語言清晰度

語言清晰度

語言單位百分數
語言清晰度(speech intelligibility/speech articulation)是指一個或幾個發音人所發的、經過通信系統能被一個或幾個聽音人所确定的意義不連貫的語言單位百分數。若語言單位為語音和音節,則稱為語言清晰度和音節清晰度。清晰度實驗由經過專門訓練的清晰度實驗小隊、采用專門的語言材料進行。語言清晰度(語言傳輸指數;語言可懂度)是衡量講話人語音可理解程度的物理量。(STI/RASTI/STIPA是采用不同測量方法的語言清晰度結果。)按照相關标準,由發音人發出語言單位(句、詞或音節),經語言傳遞系統,考察聽音人正确識别的比率,其結果即為語言清晰度。具體的操作步驟需按照标準PB-words,CVC或SRT。盡管這種方法可以測得語言清晰度,但是要進行這樣的測量需花費很長時間并且花費巨大,并且在一些對人體有害的位置這種方法也不可行。因此,這些方法主要用來驗證候補的測量方法。
  • 中文名:語言清晰度/語言傳輸指數/語言可懂度
  • 外文名:speech intelligibility/speech articulation
  • 定義:
  • 測量方法:主觀分析法或STIPA法
  • 作 用:考察聽音人正确識别的比率
  • 影響參量:放射、混響時間、心理聲學效果

物理描述

語言在傳輸過程中,混響、失真、噪聲(信噪比)等因素都會導緻音位的包絡函數發生變化。從而導緻語言可懂度惡化。研究m(或調制指數)的變化,即可确定語言可懂度惡化的程度。

連續的語言信号可以認為是一系列被稱為“音位phoneme”的語音碎片組成的。而“音位”又可以認為是一個窄帶噪聲被發音器官的極低頻運動所調制而形成,在時域上表現為一個以某種窄帶噪聲為載波的調幅波。因而,每一個音位都有自己的包絡函數,語言所傳遞信息就包含在該調幅波包絡之中。下圖示一個音位的包絡及其包絡的頻譜。包絡頻率F約在0.2~12.5Hz之間。頻譜的相對量值是用調制指數表示的,m是各調制分量對載波的調幅度。

一般用語言傳輸指數STI(speech transmission index)來描述語言清晰度的好壞。

測量方法

傳統方法

按照相關标準,由發音人發出語言單位(句、詞或音節),經語言傳遞系統,考察聽音人正确識别的比率。

具體的操作步驟需按照标準PB-words,CVC或SRT。盡管這種方法可以測得語言清晰度,但是要進行這樣的測量需花費很長時間并且花費巨大,并且在一些對人體有害的位置這種方法也不可行。因此,這些方法主要用來驗證候補的測量方法。

科學方法

回溯到1940年,貝爾實驗室開始研究确定語言清晰度的量測技術。那些很成熟的算法,比如SII(語言清晰度指數)和各種形式的STI(語言傳遞指數)都是可以很好的量測語言清晰度。這些測量方法考慮了很多對語言清晰度有影響參量,比如:

語言聲壓級

背景噪聲聲壓級

反射

混響時間

心裡聲學效果(掩蔽效應)

STI法

STI法,即“語言傳輸指數“speech transmission index”法。

該法用人工合成的測量信号進行測量。其信号在模拟一個“音位”的基礎上,考慮到以下諸因素:平均語聲譜、頻率計權、聽覺掩蔽效應、聽覺門檻、由非線性和非線性互調引起的諧波分量(正确的設計可以使這些分量變成幹擾測試信号的噪聲而不是無法從當前測試信号中分離的諧波)等

STI信号包含6個窄帶噪聲載波,其中心頻率為

125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz

每一個載波分别用14個極低頻的簡諧信号調制,調制信号的頻率為:

0.630.801.01.251.62.02.53.154.05.06.38.01012.5(單位為Hz,相隔1/3倍頻程)

共有98個測量信号分量。

STIPA法

由STI法派生出3種簡縮版(condenced version):

STITEL-适用于長途通信(STI for telecommunication systems);

RASTI-适用于不用電聲設備的、僅由房間聲學特性決定的可懂度測量(room acoustics STI);

STIPA-适用于擴聲系統(STI for pubblic address systems)。即适用于評價包括擴聲系統和房間聲學特性的語言傳輸質量。

與STI法不同的是,STIPA法把測量信号矩陣簡化了。主要是隻選用12個調制頻率,且每個載波隻有2個調制頻率,其構成如下:

載波中心頻率Hz

125-250/500(1k)

2k(4k)

第一調制頻率Hz

1/0.63(2)

1.25(0.8)

第二調制頻率Hz

5/3.15(10)

6.25(4)

這樣,98個測量信号便縮減為14個。

STIPA是在廣泛的科學研究下得到的标準化的結果。但與RASTI不同的是,在2年内已經有4家國際測試儀器制造商采用了STIPA的方法并提供了解決方案。由于其精确的測試結果和較短的量測時間(15s),可以這樣說STIPA是世界上測量語言清晰度應用最廣泛的方法。

應用案例

語言清晰度對信息傳遞極其重要。

例如:建築群中的公共廣播系統必須具有在緊急情況下指導人群逃生方向的能力。這些建築群包括機場,火車站,購物中心或者音樂廳等。盡管如此,如果由于廣播系統質量差而導緻人群不能聽清楚播放的通知,而不能安全逃離,由此導緻的後果可能非常悲慘。因此設計,安裝并且驗證公共廣播系統的語言清晰度是必不可少的。此外,還有很多其他應用(比如法律和醫療方面),也會應用到語言清晰度為其提供佐證。

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