Indeks transmisji mowy

Wskaźnik transmisji mowy (STI) jest miarą jakości transmisji mowy. Bezwzględny pomiar zrozumiałości mowy to złożona nauka. STI mierzy niektóre cechy fizyczne kanału transmisyjnego (pomieszczenie, sprzęt elektroakustyczny, linia telefoniczna itp.) i wyraża zdolność kanału do przenoszenia charakterystyk sygnału mowy. STI to dobrze ugruntowany obiektywny predyktor pomiaru wpływu charakterystyki kanału transmisyjnego na zrozumiałość mowy.

Wpływ kanału transmisyjnego na zrozumiałość mowy zależy od:

poziom mowy
pasmo przenoszenia kanału
zniekształcenia nieliniowe
poziom hałasu w tle
jakość sprzętu odtwarzającego dźwięk
echa ( odbicia z opóźnieniem > 100ms)
czas pogłosu
efekty psychoakustyczne (efekty maskujące)

Historia

STI został wprowadzony przez Tammo Houtgasta i Hermana Steenekena w 1971 r. I został zaakceptowany przez Acoustical Society of America w 1980 r. Steeneken i Houtgast zdecydowali się opracować wskaźnik transmisji mowy, ponieważ mieli za zadanie przeprowadzić bardzo długą serię pomiarów zrozumiałości mowy tępej dla Sił Zbrojnych Holandii. Zamiast tego spędzili czas na opracowaniu znacznie szybszej obiektywnej metody (która w rzeczywistości była poprzedniczką STI).

Houtgast i Steeneken opracowali wskaźnik transmisji mowy podczas pracy w Holenderskiej Organizacji Stosowanych Badań Naukowych TNO. Ich zespół w TNO wspierał i rozwijał STI, ulepszając model oraz opracowując sprzęt i oprogramowanie do pomiaru STI, aż do 2010 roku. W tym roku grupa badawcza TNO odpowiedzialna za STI wyodrębniła się z TNO i kontynuowała swoją pracę jako prywatny własnością firmy o nazwie Embedded Acoustics. Embedded Acoustics nadal wspiera rozwój STI, a Herman Steeneken (obecnie formalnie emerytowany z TNO) nadal działa jako starszy konsultant.

We wczesnych latach (do ok. 1985 r.) stosowanie STI było w dużej mierze ograniczone do stosunkowo niewielkiej międzynarodowej społeczności badaczy mowy. Wprowadzenie RASTI ( „ Sala A coustics STI”) udostępnił metodę STI większej populacji inżynierów i konsultantów, zwłaszcza gdy Bruel & Kjaer wprowadzili swoje urządzenie pomiarowe RASTI (oparte na wcześniejszym systemie RASTI opracowanym przez Steenekena i Houtgasta z TNO). RASTI został zaprojektowany do być znacznie szybszy niż oryginalny („pełny") STI, zajmując mniej niż 30 sekund zamiast 15 minut na punkt pomiarowy. Jednak RASTI był przeznaczony tylko (jak sama nazwa mówi) do czystej akustyki pomieszczenia, a nie elektroakustyki. RASTI do łańcuchów transmisyjnych zawierających komponenty elektroakustyczne (takie jak głośniki i mikrofony) stało się dość powszechne i doprowadziło do skarg na niedokładne wyniki.Wykorzystanie RASTI było nawet określone w niektórych normach aplikacyjnych (takich jak specyfikacja CAA 15 dla PA w kabinie samolotu systemów) do zastosowań obejmujących elektroakustykę, po prostu dlatego, że była to jedyna możliwa metoda w tamtym czasie. Niedociągnięcia RASTI były czasami po prostu akceptowane z powodu braku lepszej alternatywy. TNO produkowało i sprzedawało przyrządy do pomiaru pełnego STI i różnych innych pochodnych STI, ale te urządzenia były stosunkowo drogie, duże i ciężkie.

Około roku 2000 w pełni oczywista stała się potrzeba znalezienia alternatywy dla RASTI, która mogłaby być również bezpiecznie stosowana w systemach nagłośnieniowych (PA). W TNO Jan Verhave i Herman Steeneken rozpoczęli pracę nad nową metodą STI, która później stała się znana jako STIPA ( STI dla systemów adresów publicznych ). Pierwszym urządzeniem, które zawierało pomiary STIPA dostępne w powszechnej sprzedaży, była firma Gold-Line. Obecnie przyrządy pomiarowe STIPA są dostępne od różnych producentów.

RASTI został znormalizowany na całym świecie w 1988 roku w normie IEC-60268-16. Od tego czasu norma IEC-60268-16 była trzykrotnie poprawiana, ostatnia wersja (wersja 4) ukazała się w 2011 roku. Każda wersja zawierała aktualizacje metodologii STI, które z czasem zostały zaakceptowane w społeczności badawczej STI, takie jak włączenie redundancji między sąsiednimi pasmami oktawowymi (wersja 2), maskowania słuchowego zależnego od poziomu (wersja 3) oraz różnych metod stosowania STI w określonych populacjach, takich jak osoby niebędące tubylcami i osoby niedosłyszące (wersja 4). Zespół konserwacji IEC pracuje obecnie nad rev. 5.

RASTI został uznany za przestarzały przez IEC w czerwcu 2011 r. Wraz z pojawieniem się Rev. 4 normy IEC-602682-16. W tym czasie ta uproszczona pochodna STI była nadal określana jako standardowa metoda w niektórych branżach. STIPA jest obecnie postrzegana jako następca RASTI w prawie każdym zastosowaniu.

Skala

STI jest numeryczną miarą charakterystyki kanału komunikacyjnego, której wartość waha się od 0 = źle do 1 = doskonale. W tej skali dla większości zastosowań pożądany jest wskaźnik STI wynoszący co najmniej 0,5.

Barnett (1995, 1999) zaproponował zastosowanie skali referencyjnej, C smon I ntelligibility Scale ( CIS ), opartej na matematycznym związku z STI (CIS = 1 + log (STI)).

Zrozumiałość mowy może być wyrażona pojedynczą wartością liczbową. Najczęściej stosowane są dwie skale: STI i CIS

STI przewiduje prawdopodobieństwo zrozumienia sylab, słów i zdań. Na przykład dla native speakerów prawdopodobieństwo to jest podane przez:

wartość STI	Jakość zgodnie z IEC 60268-16	Zrozumiałość sylab w %	Zrozumiałość słów w %	Zrozumiałość zdań w %
0 – 0,3	zły	0 – 34	0 – 67	0 – 89
0,3 – 0,45	słaby	34 – 48	67 – 78	89 – 92
0,45 – 0,6	sprawiedliwy	48 – 67	78 – 87	92 – 95
0,6 – 0,75	Dobry	67 – 90	87 – 94	95 – 96
0,75 – 1	doskonały	90 – 96	94 – 96	96 – 100

Jeśli w grę wchodzą obcokrajowcy, osoby z zaburzeniami mowy lub osoby niedosłyszące, istnieją inne prawdopodobieństwa.

To interesujące, ale nie zdumiewające, że przewidywanie STI jest niezależne od mówionego języka – nie jest to zdumiewające, ponieważ mierzona jest zdolność kanału do przenoszenia wzorców mowy fizycznej.

Zdefiniowano inną metodę obliczania miary fizycznej, która jest silnie skorelowana ze zrozumiałością mowy ocenianą za pomocą testów percepcji mowy w grupie mówców i słuchaczy. Miara ta nosi nazwę wskaźnika zrozumiałości mowy lub SII .

Nominalne przedziały kwalifikacyjne dla chorób przenoszonych drogą płciową

Norma IEC 60268-16 ed4 2011 definiuje skalę kwalifikacji w celu zapewnienia elastyczności dla różnych zastosowań. Wartości tej skali alfa rozciągają się od „U” do „A+”.

Nominalne przedziały kwalifikacyjne dla chorób przenoszonych drogą płciową

Przykłady pasm kwalifikacji STI i typowe zastosowania

Normy

STI zyskał międzynarodową akceptację jako kwantyfikator wpływu kanału na zrozumiałość mowy. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna obiektywna ocena zrozumiałości mowy według wskaźnika transmisji mowy, przygotowana przez Komitet Techniczny TC 100 , określa międzynarodowy standard.

Ponadto następujące normy mają, jako część wymagań do spełnienia, zintegrowane testowanie STI i realizację minimalnego wskaźnika transmisji mowy:

Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO) dotycząca głośników systemów dźwiękowych w systemach wykrywania i sygnalizacji pożaru
Kod alarmowy Krajowego Stowarzyszenia Ochrony Przeciwpożarowej
British Standards Institution Systemy wykrywania i sygnalizacji pożaru w budynkach
Niemiecki Instytut Standaryzacji Systemów Dźwiękowych do Celów Ratunkowych

STIPA

STIPA ( S peech Transmission Index for P ublic A ddress Systems) to wersja STI wykorzystująca uproszczoną metodę i sygnał testowy . W sygnale STIPA każde pasmo oktawowe jest modulowane jednocześnie dwoma częstotliwościami modulacji. Częstotliwości modulacji są rozłożone w pasmach oktawowych w zrównoważony sposób, co umożliwia uzyskanie wiarygodnego pomiaru STI w oparciu o słabo próbkowaną macierz funkcji przenoszenia modulacji. Chociaż pierwotnie zaprojektowany dla systemów nagłośnieniowych (i podobnych instalacji, takich jak głosowe systemy ostrzegawcze i systemy powiadamiania masowego), STIPA może być również używany do wielu innych zastosowań. Jedyną sytuacją, w której RASTI jest obecnie uważany za gorszy od pełnego STI, jest obecność silnego echa.

Pojedynczy pomiar STIPA zwykle trwa od 15 do 25 sekund, łącząc szybkość RASTI z (prawie) szerokim zakresem zastosowania i niezawodności pełnego STI.

Ponieważ STIPA stała się powszechnie dostępna i biorąc pod uwagę fakt, że RASTI ma kilka wad i nie ma żadnych zalet w stosunku do STIPA, RASTI jest obecnie uważany za przestarzały.

„Sygnał testowy STIPA”

Próbka sygnału testowego STIPA z NTi Audio (2011)

Masz problemy z odtwarzaniem tego pliku? Zobacz pomoc dotyczącą multimediów .

Chociaż sygnał testowy STIPA nie przypomina mowy dla ludzkiego ucha, to zarówno pod względem składu częstotliwości, jak i fluktuacji natężenia jest sygnałem o charakterystyce mowy.

Mowa może być opisana jako szum, którego intensywność jest modulowana przez sygnały o niskiej częstotliwości. Sygnał STIPA zawiera takie modulacje intensywności przy 14 różnych częstotliwościach modulacji, rozłożonych na 7 pasm oktawowych. Na odbiorczym końcu systemu komunikacyjnego mierzona jest głębokość modulacji odebranego sygnału i porównywana z głębokością modulacji sygnału testowego w każdym z wielu pasm częstotliwości. Zmniejszenie głębokości modulacji wiąże się z utratą zrozumiałości.

Metoda pośrednia

Alternatywna metoda odpowiedzi impulsowej , znana również jako „metoda pośrednia”, zakłada, że kanał jest liniowy i wymaga ściślejszej synchronizacji źródła dźwięku z przyrządem pomiarowym. Główną zaletą metody pośredniej w porównaniu z metodą bezpośrednią (opartą na modulowanych sygnałach testowych) jest to, że mierzona jest pełna macierz MTF, obejmująca wszystkie istotne częstotliwości modulacji we wszystkich pasmach oktaw. W bardzo dużych przestrzeniach (takich jak katedry), gdzie prawdopodobne jest występowanie echa, metoda pośrednia jest zwykle preferowana w stosunku do metody bezpośredniej (np. przy użyciu modulowanych sygnałów STIPA). Ogólnie rzecz biorąc, metoda pośrednia jest często najlepszą opcją do badania zrozumiałości mowy w oparciu o „czystą akustykę pomieszczenia”, gdy w ścieżce transmisji nie ma elementów elektroakustycznych.

Jednak wymóg, aby kanał był liniowy, oznacza, że metoda pośrednia nie może być niezawodnie stosowana w wielu rzeczywistych zastosowaniach: zawsze, gdy w łańcuchu transmisyjnym występują elementy, które mogą wykazywać zachowanie nieliniowe (takie jak głośniki), pomiary pośrednie mogą dawać nieprawidłowe wyniki. wyniki. Ponadto, w zależności od typu zastosowanego pomiaru odpowiedzi impulsowej, wpływ szumu tła występującego podczas pomiarów może nie zostać rozwiązany prawidłowo. Oznacza to, że metodę pośrednią należy stosować tylko z dużą ostrożnością podczas pomiarów systemów nagłośnieniowych i dźwiękowych systemów ostrzegawczych. IEC-60268-16 wer. 4 nie wyklucza stosowania metody pośredniej w takich zastosowaniach, ale podaje następujące ostrzeżenie: „Wymagana jest zatem krytyczna analiza sposobu uzyskiwania odpowiedzi impulsowej i potencjalnego wpływu nieliniowości w systemie przesyłowym, szczególnie w praktyce system komponenty mogą pracować w granicach ich zakresu wydajności”. W praktyce weryfikacja słuszności założenia o liniowości jest często zbyt skomplikowana do codziennego użytku, co sprawia, że (bezpośrednia) metoda STIPA jest preferowaną metodą, gdy w grę wchodzą głośniki.

Chociaż wiele narzędzi pomiarowych opartych na metodzie pośredniej oferuje zarówno opcje STIPA, jak i „pełne STI”, rzadka macierz funkcji przenoszenia modulacji właściwa dla STIPA nie daje żadnych korzyści przy stosowaniu metody pośredniej. Pomiarów STIPA opartych na odpowiedzi impulsowej nie należy mylić z bezpośrednimi pomiarami STIPA, ponieważ ważność wyniku nadal zależy od tego, czy kanał jest liniowy.

Lista producentów przyrządów pomiarowych STI

Przyrządy pomiarowe STI są (i były) produkowane przez różnych producentów. Poniżej znajduje się lista marek, pod którymi sprzedawane były przyrządy pomiarowe STI, w porządku alfabetycznym.

Precyzja dźwięku [2] . Oferuje opcję wtyczki STI do użytku z analizatorami audio serii APx500.
Audiomatica [3] . Oferuje narzędzie STI (w tym STIPA) w systemie CLIO 11 zgodne z najnowszą wersją standardu (IEC-60268-16 rev. 4). System CLIO 12 umożliwia zarówno pośrednie pomiary STI/STIPA, jak i bezpośrednie STIPA.
Bedrock Audio [4] . Jest to marka, pod którą Embedded Acoustics sprzedaje swój sprzęt STIPA, taki jak SM50.
Brüel & Kjær [5] . Oferuje zarówno rozwiązania ręczne, jak i oparte na oprogramowaniu.
Złota Linia [6] . Jako pierwsza oferuje rozwiązania pomiarowe STIPA (DSP2 i DSP30), ale obecnie nie oferuje żadnych narzędzi zgodnych z najnowszymi normami (IEC-60268-16 rev. 4).
Akustyka HEAD [7] . Oferuje opcje STI (w tym STIPA, STITEL i RASTI) zarówno dla systemów testowych Artemis Suite [8] , jak i ACQUA [9] .
Ivie [10] . Oferuje akustyczne narzędzia pomiarowe zgodne ze standardem STIPA, takie jak IE-45.
Norsoniczny [11] . Norsonic wcześnie wdrożył STIPA i zaoferował moduły STIPA w swoich instrumentach (Nor-140). Sprzedawane przez Scantek, Inc. w Columbia Maryland.
NTi Audio [12] . Oferuje moduły STIPA z linią akustycznych przyrządów pomiarowych AL1 i XL2, a także Talkbox i inne urządzenia peryferyjne. Pozorny lider rynku w tej chwili (2013).
Zadanie [13] . Teraz część 3M , Quest produkuje narzędzia takie jak Quest Verifier.
Svantek [14] Oferuje rozwiązanie pomiarowe STI (w tym STIPA) z bardziej zaawansowanymi miernikami poziomu dźwięku.
TNO . Obecnie nie sprzedaje żadnych produktów, ale wcześniej sprzedawał (między innymi) serię przyrządów pomiarowych STIDAS.

Rynek rozwiązań pomiarowych STI wciąż się rozwija, więc powyższa lista może ulec zmianie w miarę wchodzenia lub opuszczania rynku przez producentów. Lista nie obejmuje producentów oprogramowania, którzy produkują oprogramowanie do pomiarów i symulacji akustycznych obsługujące STI. Z zestawienia wyłączone są również aplikacje mobilne do pomiarów STIPA (takie jak te sprzedawane przez Studio Six Digital [15] i Embedded Acoustics [16] ).

Zobacz też

Średnia ocena opinii

Jacob, K., McManus, S., Verhave, JA i Steeneken, H., (2002) „Opracowanie dokładnego, podręcznego, prostego w użyciu miernika do przewidywania zrozumiałości mowy”, przeszłość, teraźniejszość i Future of Speech Transmission Index, Międzynarodowe Sympozjum na temat STI

Linki zewnętrzne