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基于统计的语音传输指数预测方法实验对比

应用声学 2023年

作者：祝培生陶畹琪莫方朔路晓东王时原大连理工大学建筑与艺术学院同济大学物理科学与工程学院

良好的言语可懂度是语言声厅堂声环境设计的重要目标，语音传输指数(STI)是言语可懂度的客观评价参量。在设计阶段就能对STI做出准确预测，对语言声厅堂的声环境控制具有重要意义。基于统计的STI预测方法是IEC 60268-16标准推荐的主要... 详细信息

良好的言语可懂度是语言声厅堂声环境设计的重要目标，语音传输指数(STI)是言语可懂度的客观评价参量。在设计阶段就能对STI做出准确预测，对语言声厅堂的声环境控制具有重要意义。基于统计的STI预测方法是IEC 60268-16标准推荐的主要预测方法，但对于使用该方法时的影响因素以及预测精度，当前仍缺少系统性的实验对比研究。该文使用4个房间中13个测点共52种听音条件下的STI实测结果，分析了基于统计的STI预测方法的精度以及影响因素，结果表明：考虑和不考虑直达声的两种预测方法，都存在着系统偏差，预测结果普遍小于实测值；在距离声源较近测点的预测都产生了较大误差，在距离声源较远测点的预测误差相对较小；基于单指数衰变声场不考虑直达声的预测方法操作简单，但误差较大，52种听音条件的平均误差达到了-0.032，最大误差达到了-0.131；考虑直达声的预测方法误差相对较小，52种听音条件的STI平均误差为-0.018，最大误差为-0.080；预测精度主要受所使用的信噪比、扬声器的指向性、房间的声场条件等因素影响，并对这些因素的影响进行了对比分析。结果可为STI预测方法的使用者提供参考。

关键词：语音传输指数预测方法预测精度影响因素

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语音传输指数STI的测量

声学技术 2021年第6期40卷 801-806页

作者：祝培生莫方朔大连理工大学建筑与艺术学院辽宁大连116024 同济大学物理科学与工程学院上海200092

语音传输指数(Speech Transmission Index,STI)是被广泛使用的言语可懂度客观评价参量。尽管国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)标准致力于提供一个确定的STI技术规范,但经过近年的使用发现,在自然声房间... 详细信息

语音传输指数(Speech Transmission Index,STI)是被广泛使用的言语可懂度客观评价参量。尽管国际电工委员会(International Electrotechnical Commission,IEC)标准致力于提供一个确定的STI技术规范,但经过近年的使用发现,在自然声房间和厅堂的STI测量中,仍有一些可能带来较大误差的影响因素没有考虑。这使得按当前标准测得的不同房间的数据之间缺少可比性。结合近年的研究进展,对这些可能的影响因素做出分析并给出了解决方案,以促进STI方法在建筑声学领域的应用与推广。

关键词：言语可懂度客观评价自然声房间和厅堂语音传输指数影响因素

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言语可懂度简易客观评价方法对比

电声技术 2022年第12期46卷 9-13页

作者：刘浩成祝培生宋嘉炜刘曦东大连理工大学建筑与艺术学院辽宁大连116024

言语可懂度是厅堂音质评价的重要指标。对言语可懂度的客观评价,除国际标准推荐的语音传输指数(Speech Transmission Index,STI)外,在工程实践中,声学设计者常使用一些易于测量和掌握的简易方法,如明晰度C_(50)、清晰度D_(50)、有益有... 详细信息

言语可懂度是厅堂音质评价的重要指标。对言语可懂度的客观评价,除国际标准推荐的语音传输指数(Speech Transmission Index,STI)外,在工程实践中,声学设计者常使用一些易于测量和掌握的简易方法,如明晰度C_(50)、清晰度D_(50)、有益有害声能比U_(50)以及语音干扰级等。结合大量教室实测数据,通过建立简易方法与STI的线性关系,系统地对比简易方法相对于STI的偏差程度,结果表明:各简易方法在不同声学条件下与STI的偏差程度存在较大差异,在某些条件下可与STI媲美;C_(50),D_(50)在混响时间较长时与STI偏差程度较小,线性回归结果的估计标准误差(Standard Error of Estimate,Se)均小于STI的1个JND;U_(50)在不同混响和信噪比条件下与STI的偏差程度均较小,线性回归得到的Se最大仅在STI的1个JND左右;语音干扰级在混响时间较短时与STI偏差程度相对较小,但Se仍接近2个JND。相关结果可为简易方法的使用者提供参考。

关键词：言语可懂度语音传输指数声能比参量语音干扰级

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言语声级对言语可懂度评价的影响

电声技术 2023年第5期47卷 12-16页

作者：孟璇祝培生陶畹琪韩晓迪刘曦东大连理工大学建筑与艺术学院辽宁大连116024

言语声级是影响言语可懂度的重要因素。文章梳理了言语声级与言语可懂度主、客观评价的关系,并依据已有研究及实测数据探讨了主、客观评价方法下的最佳言语声级范围。结果表明,随着言语声级增加,言语可懂度呈现先增加后不变或降低的趋... 详细信息

言语声级是影响言语可懂度的重要因素。文章梳理了言语声级与言语可懂度主、客观评价的关系,并依据已有研究及实测数据探讨了主、客观评价方法下的最佳言语声级范围。结果表明,随着言语声级增加,言语可懂度呈现先增加后不变或降低的趋势。当背景噪声为30~50 dBA时,依据主、客观评价方法导出的最佳语音声级范围分别为65~75 dBA和75d BA,可为语言声厅堂的声环境设计提供参考。

关键词：言语声级言语可懂度语音传输指数

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教室混响时间和背景噪声与STI关系研究

教室混响时间和背景噪声与STI关系研究

作者：任锡洁大连理工大学

学位级别：硕士

教室是教师授课、学生学习的主要场所,言语交流是课堂上主要的教学手段。不良的教室声学条件会直接影响师生的言语感知,所以获得良好的言语可懂度是教室音质设计的主要目标。目前,指导教室音质设计的国内外教室声学设计标准主要采用混... 详细信息

教室是教师授课、学生学习的主要场所,言语交流是课堂上主要的教学手段。不良的教室声学条件会直接影响师生的言语感知,所以获得良好的言语可懂度是教室音质设计的主要目标。目前,指导教室音质设计的国内外教室声学设计标准主要采用混响时间(Reverberation time,RT)和背景噪声作为音质控制指标,但这两个参量与言语可懂度的对应关系并不直接。言语可懂度的客观评价参量语音传输指数(Speech transmission index,STI)能与主观言语可懂度感受直接对应,但是在教室音质评价中的应用还不普遍。在国际标准IEC 60268-16和依据IEC标准修订的国家标准GB/T 12060.16—2017中,建议教室目标STI值至少为0.62。因此,本研究的目的是获得教室平均STI与RT值和背景噪声级(Background noise levels,BNL)的关系,根据预期STI值精确导出所需的RT值和BNL,以建立RT和BNL与言语可懂度主观感受的对应关系,这对于教室声环境设计与评价具有重要意义。本研究首先选择具有代表性的8间阶梯教室和3间小型教室作为样本教室,以标准化的测量方法和测量程序,对RT、BNL和STI等声学参量进行了实际测量,获得了动态范围较大的教室声学条件,并为教室音质仿真提供了准确的实测数据。然后,使用声学软件ODEON建立每间教室的声学仿真模型,从空间建模、声源接收点设置、材料设置、参数设置等各个环节对教室仿真模型进行细致地等效,并参照实测数据不断调整模型设置,使仿真声场与实际教室声场的声学特征保持一致。在此基础上,等比例改变仿真模型各界面的吸声系数,使每间教室获得RT间隔为0.1s的大范围的混响条件(阶梯教室的RT范围为0.4～2.6s,小型教室RT范围为0.4～1.8s),并以5d B为一梯度设置了25～60d BA范围内的8种背景噪声条件,两类教室共获得了1560种声学条件。最后,基于仿真得到的大范围声学参量数据进行统计分析,分别建立了阶梯教室和小型教室在不同背景噪声条件下RT与STI的关系、不同混响条件下BNL与STI的关系以及RT和BNL与STI的对应关系。本研究明确了RT和BNL与STI的关系,将RT和BNL与言语可懂度对应起来,可为STI在教室声学领域的应用提供理论和数据支持,并为教室的音质控制和评价提供参考和依据。

关键词：教室声学混响时间背景噪声语音传输指数言语可懂度

基于言语可懂度评价的高校教室音质改善策略研究

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基于言语可懂度评价的高校教室音质改善策略研究

作者：沙沫大连理工大学

学位级别：硕士

高校教室是师生学习交流的重要场所,良好的听音环境是学生正常学习的必要保障。由于种种原因,当前我国乃至世界范围内大部分教室的听音环境并不理想。对高校教室听音环境改善问题进行深入研究是有必要的,教室声环境问题也是建筑声学领... 详细信息

高校教室是师生学习交流的重要场所,良好的听音环境是学生正常学习的必要保障。由于种种原因,当前我国乃至世界范围内大部分教室的听音环境并不理想。对高校教室听音环境改善问题进行深入研究是有必要的,教室声环境问题也是建筑声学领域当前研究的热点。要对高校教室听音环境进行改善设计,首先需选择合适的客观参量对教室听音环境进行评价。一直以来教室听音环境的评价都是使用传统的声学参量(例如混响时间,背景噪声,声能比等)。随着言语可懂度的客观评价参量—语音传输指数(Speech Transmission Index,STI)的完善和发展,基于STI评价的教室音质改善设计成为可能。STI与一些传统音质客观评价参量如混响时间、背景噪声、明晰度C50等相比,因能综合考虑混响时间、信噪比的影响,并与言语可懂度的主观感受直接对应,有着传统评价参量不具备的优势。因此基于STI评价,对高校教室听音环境改善策略进行研究是非常有意义的。言语在教室中的传输是一个比较复杂的过程。教室的容积、平剖面体型以及吸声材料的布置都会对教室的言语可懂度产生不同程度的影响。为此,论文在对教室音质现状进行调查和分析的基础上,系统的研究了改善高校教室言语可懂度的设计策略和方法;结合音质仿真技术,将这些策略方法应用于不同类型教室的音质改善设计,并对其进行了言语可懂度的主、客观评价验证。论文的主要工作包括以下内容:(1)对高校教室的音质现状进行了主、客观评价,总结高校教室中存在的音质问题。(2)依据评价结果,对不同客观评价参量与主观评价结果的相关程度进行了对比研究,探讨了不同客观参量用于评价教室音质的准确性。(3)基于STI评价方法对教室言语可懂度的影响因素进行了研究。包括教室的容积、平面形状、剖面形状以及吸声材料的布置和选择四个方面。(4)根据对影响因素的研究,对改善教室言语可懂度的设计策略进行了总结,通过音质仿真技术,对设计策略应用于教室音质改善的有效性进行了主、客观验证,并对设计策略存在的不足和局限性进行了讨论。本研究工作对言语可懂度评价在教室音质改善方面的应用研究有较好的指导意义。

关键词：高校教室声环境言语可懂度语音传输指数音质改善策略

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基于仿真的STI与侧向能量因子的关系研究

基于仿真的STI与侧向能量因子的关系研究

作者：周凯宇大连理工大学

学位级别：硕士

本文基于仿真研究了语音传输指数与侧向能量因子之间的关系。语音传输指数STI作为一种言语可懂度的客观评价方式,可以同时将混响时间与信噪比的影响考虑在内,并且STI直接法在一定程度上可以抗失真,所以被IEC标准采纳并推荐,已经成为评... 详细信息

本文基于仿真研究了语音传输指数与侧向能量因子之间的关系。语音传输指数STI作为一种言语可懂度的客观评价方式,可以同时将混响时间与信噪比的影响考虑在内,并且STI直接法在一定程度上可以抗失真,所以被IEC标准采纳并推荐,已经成为评价声舒适的重要指标。侧向能量因子LF是评价早期侧向反射声能占总声能比例的参量,早期反射声对厅堂同样起着非常重要的作用,但学界对其关注度明显低于其他参量。在语言声声厅堂和音乐声厅堂中,一般都会设计并控制这两个参量,但是两者的关系如何目前仍不清楚。在实际测量时,LF常因其测量方式而产生较大误差,并且在现实环境中较难获得大范围的声学条件,所以本文选用仿真模拟的方式进行研究。阶梯教室这类语言声厅堂,其面积和容积较大,可容纳的学生数量较多;音乐厅这类音乐声厅堂,更看重声场的均匀度、饱满度环绕感等;虽然两种类型厅堂的声学评价侧重点略有不同,但声场中的能量分布和传输通路影响的关系是一样的,为了使研究更加全面,本文以大连理工大学的7间阶梯教室和ODEON中的Goteborg Koncerthus音乐厅为研究对象,在对阶梯教室进行实际声学测量之后,使用ODEON软件对7间教室进行仿真,利用ODEON中的材料遗传优化器来匹配声学材料,并对其进行细致的匹配和优化,从而得到最符合实际的模拟声场。得到7间教室和音乐厅不同声学条件下的声学参量后,对与LF和STI相关的各项因素进行相关性分析,利用线性回归分析了LF值、T30、SNR、测点位置、教室类型与STI的关系,之后分析了STI与LF和各声能值之间的关系,验证并解释了STI和LF的负相关性:侧向能量因子衡量的是早期反射声占总声能的比值,不能完全的体现声能数量级别的多少;直达声与STI呈显著正相关;直达声能与早期侧向反射声能的相关性要小于直达声能与早期总声能的相关性,直达声与LF呈负相关;所以LF与STI呈弱负相关:STI作为因变量时,LF50、LFC50、LF80、LFC80的线性回归标准化系数Beta值分别为-0.190、-0.216、-0.186和-0.212,显著性为0.000。之后对教室进行仿真改造,验证了这一关系的成立。为了更进一步验证LF和STI的关系,使用ODEON软件的Aurulisation模块进行主观听音实验:将不同教室和测点的模拟听音信号与对应的三种背景噪声进行混缩,从而得到最终的听音信号,考虑了测试时被测者疲劳度、熟悉度、信号穿插等情况之后,得到主观听音实验得分。通过对主观听音实验得分、STI、T30、SNR、测点、教室的相关性分析,得到了STI与主观听音实验得分呈极显著的正相关性的结果,证明了STI可以很好地拟合人的听觉感受。之后通过对主观得分进行的线性回归,得到了LF与主观听音实验得分呈负相关的结论,验证了LF与STI的关系,并且通过LF值之间的对比,最终仍推荐使用LF80参量。本论文研究了语音传输指数与侧向能量因子的关系,为两者在不同厅堂声学设计中所发挥的作用提供了参考。

关键词：语音传输指数侧向能量因子言语可懂度主观听音实验

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教室声环境控制进展

电声技术 2020年第11期44卷 7-12页

作者：任锡洁祝培生陶畹琪刘曦东韩晓迪刘浩成大连理工大学建筑与艺术学院辽宁大连116024

良好的言语可懂度是教室声环境控制的主要目标。当前,教室音质设计主要依据相关规范控制混响时间(Reverberation Time,RT)和背景噪声(Background Noise Levels,BNL),但这两个参量与言语可懂度并没有直接的对应关系。与言语可懂度直接对... 详细信息

良好的言语可懂度是教室声环境控制的主要目标。当前,教室音质设计主要依据相关规范控制混响时间(Reverberation Time,RT)和背景噪声(Background Noise Levels,BNL),但这两个参量与言语可懂度并没有直接的对应关系。与言语可懂度直接对应的客观评价参量为语音传输指数(Speech Transmission Index,STI),在教室音质评价中的应用越来越广泛,且有很大的发展空间。基于此,总结RT和BNL与STI的相关规范,梳理三者之间的关系,并基于11间教室的声学实测数据和ODEON仿真数据,建立不同背景噪声(BNL)条件下的混响时间(RT)和语音传输指数(STI)关系曲线,最后导出了与教室语音传输指数(STI)建议值对应的混响时间(RT)。研究结果可为教室声环境控制提供参考。

关键词：教室声环境混响时间背景噪声语音传输指数

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双耳言语可懂度客观评价研究进展

电声技术 2021年第10期45卷 1-8页

作者：韩晓迪祝培生陶畹琪刘曦东刘浩成大连理工大学建筑与艺术学院辽宁大连116024

言语可懂度是语言声厅堂音质评价的重要指标,工程实践中常用言语可懂度客观评价参量对厅堂音质进行预测和评价。当前应用最为广泛的言语可懂度客观评价参量为语音传输指数(Speech Transmission Index,STI)和言语可懂度指数(Speech Intel... 详细信息

言语可懂度是语言声厅堂音质评价的重要指标,工程实践中常用言语可懂度客观评价参量对厅堂音质进行预测和评价。当前应用最为广泛的言语可懂度客观评价参量为语音传输指数(Speech Transmission Index,STI)和言语可懂度指数(Speech Intelligibility Index,SII),二者是基于单耳听闻或双耳等响听闻模式开发的单通道模型,没有考虑双耳听闻对言语可懂度的优势。因此,首先对单通道言语可懂度客观评价参量及其局限性进行概述,其次综述双耳言语可懂度的影响因素,分析3类双耳言语可懂度客观评价参量的优点和局限性,最后对当前双耳言语可懂度客观评价参量应用仍需解决的问题进行分析。

关键词：言语可懂度语音传输指数言语可懂度指数客观评价参量双耳听闻