The speech intelligibility and applicability of the speech transmission index in large spaces

This paper aims to explore the influence factors of speech intelligibility and the applicability of the speech transmission index (STI) in large spaces, where the sound energy is unevenly distributed and non-exponentially decays. The subjective speech intelligibility tests were conducted in Mandarin (China mainland) in two large spaces with volumes of 97,000 m3 and 246,000 m3. Objective indicators such as the Reverberation Time (RT), Early Decay Time (EDT), Definition (D50), and Speech Transmission Index (STI) under different signal-to-noise ratio (SNRs) were also measured in these two spaces. The results showed that both the SNR and room acoustics had significant effect on the speech intelligibility in these two spaces, but the effect of room acoustics on speech intelligibility was also affected by SNR. The speech intelligibility scores significantly increased with the increase in SNR when the SNR was less than 14.4 dB. In terms of room acoustics, D50 was more relevant to speech intelligibility than RT and EDT in these two large spaces when SNR ranged from −5dB to 15 dB. The STI value in large spaces should not be used as in ordinary spaces to evaluate the speech intelligibility. Based on the tests in this paper, the corresponding relation between STI and speech intelligibility in large spaces was modified, and a new rating threshold of STI was also proposed according to the revised relation, which indicated a necessity to modify the rating criteria of using STI to predict speech intelligibility in large spaces

Апаратно-програмний комплекс «Штучна голова». Частина 2. Оцінювання розбірливості мови в аудиторіях

Виконано експериментальні дослідження можливості використання розробленого апаратно-програ-много комплексу «Штучна голова» для двоканального оцінювання розбірливості мови, спотвореної реверберацією. На першому етапі такого оцінювання здійснюють запис відгуку приміщення на тестовий сигнал у вигляді mls-послідовності. На другому етапі оцінюють імпульсну характеристику приміщення шляхом обчислення взаємно-кореляційної функції відгуку із тестовим сигналом. На третьому етапі розраховують модуляційні коефіцієнти за формулою Шредера, використовуючи оцінку імпульсної характеристики приміщення. На четвертому, останньому етапі, оцінюють розбірливість мови модуляційним або формантно-модуляційним методом. Результати проведених досліджень узгоджуються із результатами попередніх досліджень, де показано, що розбірливість мови в середині приміщення може бути меншою за таку біля стінки приміщення.Experimental studies of the use of the developed hardware and software tool “Artificial Head” for two-chan-nel estimation of the intelligibility of the speech distorted by reverberation have been performed in this paper. The peculi-arity of this complex is that it contains electro-acoustic equipment of different quality, including household appliances with mediocre quality features. In the first stage of this evaluation, the response of the room to the test signal is recorded. The test signal was based on the maximum-length sequence (mls) which is a periodic two-level signal of length 216, which corresponds to a signal length of 1.49 s at a sampling rate of 44.1 kHz. This mls-sequence was repeated 17 times during radiation and averaging the last 16 bursts of the cross-correlation estimates have been made to increase the signal-to-noise ratio by 12 dB in the calculation of the room impulse response. The calculation of the cross-correlation function of the response and the test signal was performed in the second stage, while the correction of the frequency characteristic of the measuring path was performed by it dividing by the amplitude-frequency characteristic of the loudspeaker-microphone subsystem. To improve the accuracy of the calculations, the result of such division was multiplied by the regularization factor in the form of a Hann window. In the third stage, the modulation coefficients were calculated according to the Schroeder formula, using the room impulse response estimate. In the fourth, last step, speech intelligibility was evaluated by a modulation or formant-modula-tion method. The results of the speech intelligibility evaluation in two lecture rooms of small and medium size showed that the speech intelligibility in the middle of the room can be less than that near the wall of the room. These results are in line with the results of previous studies, where speech intelligibility has been evaluated by objective and subjective methods for another lecture room. It should be noted that although the estimates of the widely used C50 coefficient are consistent with the estimates of speech intelligibility, the phenomenon of increasing speech intelligibility near the walls of the room is more pronounced when applying the speech intelligibility estimates. The results presented in this paper indicate that the usefulness of early reflections in the room is different in different parts of the room. This important fact must be taken into account both in the design and the reconstruction of the lecture rooms

Kuulon merkitys suojaimen valinnassa

Kuulonsuojauksen suurin kompastuskivi on, että suojaimia ei käytetä oikein. Tämä raportti käy läpi tavallisimmat syyt sille, miksi käyttö on hankalaa ja minkälaisia lisäriskejä suojainten käyttö voi aiheuttaa käyttäjille. Julkaisu antaa yksinkertaiset ohjeet sille, millainen suojain kannattaa valita käyttäen henkilökohtaisia tietoja valinnan pohjana.1

Оцінювання розбірливості мови, спотвореної реверберацією

В роботі проведено розгляд сучасного стану у сфері оцінювання розбірливості мови, спотвореної реверберацією. Досліджена можливість модифікації формантного та модуляційного методу оцінювання розбірливості мови використанням бінауральної імпульсної характеристики приміщення. Представлено програмне забезпечення, яке дозволяє проводити досліди. Використовуючи оригінальний пакет програм, розроблених у середовищі програмування MATLAB®, експериментально виконано оцінювання розбірливості мови у приміщенні, призначеному для проведення лекцій та засідань. За результатами експерименту показано, що найкраща розбірливість мови спостерігається тоді, коли прямий звук переважає над відбитим. Також показано, що біля задньої стіни приміщення розбірливість може бути вищою, ніж всередині приміщення, що пояснюється корисною дією ранніх відбить. Застосування штучної голови із двома вимірювальними мікрофонами, розташованими біля вух, дозволило показати, що розбірливість мови може бути суттєво різною біля кожного із вух людини.Modern condition analysis in speech intelligibility estimation, reverberation distorted, had completed. Modification possibility of formant and modulation speech intelligibility estimation methods using binaural room impulse response researched. Presented software which allows take tests. Experimentally, using software developed in MATLAB®, speech intelligibility estimation done in a lecture room. There are experiment results. Shown that near a back wall of room intelligibility can be better than in the middle of the room that can be explained by helpful effect of early reflections. Using artificial head with two measurement microphones located near the ears allowed to show that speech intelligibility can be significantly different for both of ears

Захист акустичної інформації: комп'ютерний практикум

Даний навчальний посібник складається із шести частин - шести лабораторних робіт із завданнями до комп’ютерного практикуму дисципліни «Захист акустичної інформації». Посібник призначений для здобувачів освіти рівня «магістр». Окрім практичних завдань, він містить необхідні теоретичні відомості. Метою лабораторних робіт є практичне закріплення питань прогнозування та вимірювання розбірливості мовлення формантним, модуляційним та формантно-модуляційним методами. В додатках до завдань викладено тексти відповідних комп’ютерних програм для середовища Matlab. Навчальний посібник не тільки забезпечує проведення лабораторних робіт у формі комп’ютерних практикумів, але й буде корисним на лекційних заняттях із дисципліни «Захист акустичної інформації». Крім того, навчальний посібник буде корисним студентам акустичних та телекомунікаційних спеціальностей технічних навчальних закладів, що навчаються за спеціальністю «Електроніка», а також фахівцям в галузі акустичної експертизи та корекції комунікаційних каналів.This textbook consists of six parts - six laboratory works with tasks for the computer workshop of the discipline "Protection of acoustic information". The manual is intended for students with a master's degree. In addition to practical tasks, it contains the necessary theoretical information. The purpose of laboratory work is the practical consolidation of issues of prediction and measurement of speech intelligibility by formant, modulation and formant-modulation methods. The appendices to the tasks contain the texts of the relevant computer programs for the Matlab environment. The textbook not only provides laboratory work in the form of computer workshops, but will also be useful in lectures on the subject of "Protection of Acoustic Information". In addition, the textbook will be useful for students of acoustic and telecommunications specialties of technical educational institutions majoring in "Electronics", as well as specialists in the field of acoustic examination and correction of communication channels.Данное учебное пособие состоит из шести частей – шести лабораторных работ с заданиями к компьютерному практикуму дисциплины «Защита акустической информации». Пособие предназначено для студентов уровня «магистр». Кроме практических задач, оно содержит необходимые теоретические сведения. Целью лабораторных работ является практическое закрепление вопросов прогнозирования и измерения разборчивости речи формантным, модуляционным и формантно-модуляционным методами. В приложениях к задачам изложены тексты соответствующих компьютерных программ для среды Matlab. Учебное пособие не только обеспечивает проведение лабораторных работ в форме компьютерных практикумов, но и будет полезным на лекционных занятиях по дисциплине «Защита акустической информации». Кроме того, учебное пособие будет полезно студентам акустических и телекоммуникационных специальностей технических учебных заведений, обучающихся по специальности «Электроника», а также специалистам в области акустической экспертизы и коррекции коммуникационных каналов

Speech intelligibility in multilingual spaces

This thesis examines speech intelligibility and multi-lingual communication, in terms of acoustics and perceptual factors. More specifically, the work focused on the impact of room acoustic conditions on the speech intelligibility of four languages representative of a wide range of linguistic properties (English, Polish, Arabic and Mandarin). Firstly, diagnostic rhyme tests (DRT), phonemically balanced (PB) word lists and phonemically balanced sentence lists have been compared under four room acoustic conditions defined by their speech transmission index (STI = 0.2, 0.4, 0.6 and 0.8). The results obtained indicated that there was a statistically significant difference between the word intelligibility scores of languages under all room acoustic conditions, apart from the STI = 0.8 condition. English was the most intelligible language under all conditions, and differences with other languages were larger when conditions were poor (maximum difference of 29% at STI = 0.2, 33% at STI = 0.4 and 14% at STI = 0.6). Results also showed that Arabic and Polish were particularly sensitive to background noise, and that Mandarin was significantly more intelligible than those languages at STI = 0.4. Consonant-to-vowel ratios and languages’ distinctive features and acoustical properties explained some of the scores obtained. Sentence intelligibility scores confirmed variations between languages, but these variations were statistically significant only at the STI = 0.4 condition (sentence tests being less sensitive to very good and very poor room acoustic conditions). Additionally, perceived speech intelligibility and soundscape perception associated to these languages was also analysed in three multi-lingual environments: an airport check-in area, a hospital reception area, and a café. Semantic differential analysis showed that perceived speech intelligibility of each language varies with the type of environment, as well as the type of background noise, reverberation time, and signal-to-noise ratio. Variations between the perceived speech intelligibility of the four languages were only marginally significant (p = 0.051), unlike objective intelligibility results. Perceived speech intelligibility of English appeared to be mostly affected negatively by the information content and distracting sounds present in the background noise. Lastly, the study investigated several standards and design guidelines and showed how adjustments could be made to recommended STI values in order to achieve consistent speech intelligibility ratings across languages

Оцінка акустичних параметрів приміщення як каналу мовленнєвої комунікації

Дисертаційна робота присвячена дослідженню впливу акустичних характеристик приміщення, ранніх і пізніх відбиттів звуку на розбірливість мовленнєвого сигналу, автоматизації оцінювання акустичних характеристик приміщення, автоматизації проведення артикуляційних випробувань на суб’єктивну розбірливість мовлення. Зміст дисертаційного дослідження викладено у чотирьох розділах, у яких представлені та обґрунтовані основні результати роботи. У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та перераховано задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Перший розділ присвячено огляду публікацій з моделювання імпульсної характеристики приміщення, впливу реверберації на мовленнєвий сигнал, методів компенсації впливу реверберації та методів вимірювання часу реверберації. В розглянутих роботах з впливу приміщення на мовленнєвий сигнал бракує аналізу зв’язку об’єктивних показників якості мовлення із суб’єктивною розбірливістю. Окрім цього, запропонована методологія проведення суб’єктивних тестів дуже ресурсоємна і потребує автоматизації. У другому розділі розглянуто вимірювання імпульсної характеристики і часу реверберації прямими методами (з використанням тестового сигналу). Запропоновано покращення алгоритму автоматичного оцінювання часу реверберації прямим методом, що полягає у автоматичному, віконному з перекриттям, аналізі записаного відгуку на збуджуючий сигнал. Запропонований алгоритм був використаний при дослідженні акустичних параметрів учбових приміщень кафедри акустичних та мультимедійних електронних систем НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Крім того, розроблено рекомендації щодо коригування характеристик акустичної апаратури непрофесійного рівня якості при проведенні вимірювань якості та розбірливості мовлення із використанням штучної голови. Ефективність зазначених рекомендацій була перевірена експериментально, шляхом оцінювання акустичних характеристик університетських аудиторій малого, середнього та великого розміру, а також шляхом перевірки узгодження отриманих результатів із літературними даними. У третьому розділі представлено результати модернізації відомого алгоритму сліпого вимірювання часу реверберації. Складність завдання полягає в тому, що при таких вимірюваннях в розпорядженні інженера є лише запис мовленнєвого сигналу, спотвореного реверберацією. В дисертаційній роботі запропоновано таке покращення зазначеного алгоритму, яке дозволило розширити діапазон вимірювання часу реверберації розглянутим методом. Достовірність та точність отриманих результатів перевірена із використанням комп’ютерного моделювання, шляхом порівняння результатів алгоритму-прототипу та модернізованого алгоритму. В четвертому розділі дисертаційної роботи представлено результати розробки апаратно-програмної системи для автоматизації артикуляційних випробувань при суб’єктивному оцінюванні розбірливості мовлення. Використання розробленої системи дозволило співставити результати оцінювання якості мовленнєвих сигналів із результатами оцінювання розбірливості мовлення та зробити висновки щодо принципової можливості використання простих, з точки зору об’єму обчислень, оцінок якості сигналів замість складних оцінок розбірливості мовлення. Представлено результати експериментального порівняння розбірливості мовлення при діотичному та діхотичному прослуховуванні мовленнєвих сигналів. Виконано порівняння впливу ранньої та пізньої реверберації на результати суб’єктивного оцінювання розбірливості мовлення. Представлено результати комп’ютерного моделювання впливу ранньої реверберації на розбірливість мовлення в залежності від структури імпульсної характеристики приміщення. Результати досліджень дозволили створити уточнені аналітичні та комп’ютерні моделі дії акустичних завад у вигляді шуму, ранніх та пізніх відбиттів звуку в приміщенні на якість мовленнєвих сигналів та на розбірливість мовлення. Виявлення негативної дії ранніх відбиттів звуку на розбірливість мовлення в середній частині приміщень дозволяє обґрунтувати необхідність прийняття відповідних дій для нейтралізації виявленого ефекту. Результати, представлені у дисертації, можуть бути використані для експертизи та корекції акустичних характеристик приміщень шляхом розрахунку та вимірювання якості та розбірливості мовленнєвих сигналів у приміщеннях, що проектуються, будуються або піддаються реновації. Володіння інформацією щодо характеру та ступеня впливу шуму, ранніх відбиттів звуку та пізньої реверберації на якість та розбірливість мовлення в різних точках приміщень дозволить підвищити точність акустичної експертизи. Автоматизація вимірювань акустичних характеристик приміщення, в тому числі якості та розбірливості мовлення, дозволить підвищити точність вимірювань, знизивши при цьому витрати матеріальних, часових, фінансових та людських ресурсів. Викладені у дисертації нові теоретичні та практичні результати досліджень знайшли застосування у освітньому процесі кафедри акустичних та мультимедійних електронних систем за спеціальністю 171 Електроніка, освітньою програмою “Акустичні електронні системи та технології обробки акустичної інформації”, Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”. В дисертаційній роботі отримано наступні наукові результати: - вперше вказано умови, за яких об’єктивне оцінювання якості мовленнєвих сигналів, що маскуються шумовою завадою, може бути застосовано замість суб’єктивного оцінювання розбірливості мовлення; - вперше вказано на можливість зниження розбірливості мови в окремих частинах приміщень через погіршення якості мовленнєвого сигналу, яке спричинене дією ранніх відбиттів звуку; - вперше запропоновано, при автоматизації оцінювання розбірливості українського мовлення артикуляційним методом, спосіб фіксації сприйнятих слухачем звукових сполучень, що використовуються в якості елементів мовлення; - вдосконалено алгоритми оцінювання часу реверберації прямим та сліпим методами, що дозволяє розширити границі застосування зазначених алгоритмів та підвищити ступінь автоматизації акустичних вимірювань; - розроблено рекомендації щодо коригування характеристик акустичної апаратури непрофесійного рівня якості при проведенні вимірювань якості та розбірливості мовлення із використанням штучної голови. Практичне значення отриманих в дисертаційній роботі результатів полягає у наступному: - показано можливість підвищення достовірності результатів артикуляційних випробувань та підвищення ступеня автоматизації таких випробувань, спрямованих на суб’єктивну оцінку розбірливості українського мовлення в приміщеннях; - встановлено принципову можливість використання мір якості мовленнєвого сигналу замість мір розбірливості мовлення, що дозволяє спростити процедуру оцінювання розбірливості мови; - розроблено програмно-апаратну систему для артикуляційних випробувань каналів передачі української мови в умовах дії шумової завади та реверберації, що дозволяє автоматизувати такі випробування, підвищити їх достовірність та суттєво знизити ресурсоємність випробувань; - вдосконалено алгоритми оцінювання часу реверберації прямим та сліпим методами, що дозволяє розширити границі застосування зазначених алгоритмів та підвищити ступінь автоматизації акустичних вимірювань

Обробка сигналів електронних та акустичних систем. Конспект лекцій

Даний навчальний посібник складається із трьох розділів. Перший розділ містить 9 підрозділів із теоретичними відомостями, що висвітлюють такі питання як акустична паспортизація приміщень, різновиди джерел тестових сигналів, штучна голова та її застосування для акустичних вимірювань, створення та використання банку бінауральних імпульсних характеристик приміщень, методи пасивної та активної корекції акустики приміщень, програмне та апаратне забезпечення акустичної експертизи приміщень. Другий розділ навчального посібника містить 2 підрозділи, що висвітлюють питання корекції акустики приміщень. Третій розділ навчального посібника містить завдання із оцінювання розбірливості мови методом артикуляційного випробування та завдання для самостійного аналізу наукової статті оглядового характеру. Даний навчальний посібник забезпечує проведення лекційних та практичних занять із дисципліни «Обробка сигналів електронних та акустичних систем» для здобувачів освіти рівня підготовки PhD. Крім того, навчальний посібник буде корисним для студентів акустичних та телекомунікаційних спеціальностей технічних навчальних закладів, що навчаються за спеціальністю «Електроніка», а також фахівцям в галузі акустичної експертизи та корекції комунікаційних каналів.This tutorial consists of three sections. The first section contains 9 subsections with theoretical information covering issues such as acoustic certification of premises, types of test signal sources, artificial head and its application for acoustic measurements, creation and use of binaural impulse characteristics of premises, methods of passive and active correction of premises acoustics, programs and hardware for acoustic examination of premises. The second section of the manual contains 2 subsections that cover the correction of room acoustics. The third section of the textbook contains tasks for assessing language intelligibility by the method of articulation test and tasks for independent analysis of a scientific article of a review nature. This textbook provides lectures and practical classes in the discipline "Signal processing of electronic and acoustic systems" for students with a PhD. In addition, the textbook will be useful for students of acoustic and telecommunications specialties of technical educational institutions majoring in "Electronics", as well as specialists in the field of acoustic examination and correction of communication channels.Данное учебное пособие состоит из трех разделов. Первый раздел содержит 9 подразделений с теоретическими сведениями, освещают такие вопросы как акустическая паспортизация помещений, разновидности источников тестовых сигналов, искусственная голова и ее применение для акустических измерений, создания и использования банка бинауральных импульсных характеристик помещений, методы пассивной и активной коррекции акустики помещений, программное и аппаратное обеспечение акустической экспертизы помещений. Второй раздел учебного пособия содержит 2 подразделения, освещающих вопросы коррекции акустики помещений. Третий раздел учебного пособия содержит задачи по оценке разборчивости речи методом артикуляционного испытания и задания для самостоятельного анализа научной статьи обзорного характера. Данное учебное пособие обеспечивает проведение лекционных и практических занятий по дисциплине «Обработка сигналов электронных и акустических систем» для соискателей образования уровня подготовки PhD. Кроме того, учебное пособие будет полезным для студентов акустических и телекоммуникационных специальностей технических учебных заведений, обучающихся по специальности «Электроника», а также специалистам в области акустической экспертизы и коррекции коммуникационных каналов