一种客观评价室内语言清晰度的方法与流程

本发明涉及建筑声学和信号处理技术领域，特别涉及一种基于房间脉冲响应和背景噪声测量的客观语言清晰度参数计算方法。

背景技术：

语言清晰度是指一个或几个发音人所发的、经过通信系统能被一个或几个听音人所确定的意义不连贯的语言单位百分数。语言清晰度是衡量讲话人语音可理解程度的物理量。语言清晰度评价分为主观听音测量评价和客观声学测量。主观评价是最终的评判标准，它是由一批听音人在实际厅堂通过听给定的测试语音信号得到，但主观听音评价费时费力，通常采用客观声学测量的方法对室内语言清晰度进行评价。

目前，国际上通用的方法是根据iec60268-16标准测量语言传输指数来客观评价室内语言清晰度。语言传输指数同时考虑了噪声和混响对语言清晰度的影响。但是，计算语言传输指数时为了计及噪声的影响需要测量测试位置的语言声级，确定信噪比，从而得到考虑噪声影响的语言传输指数值。而实际上，很多建筑声学测量软件根据房间脉冲响应计算语言传输指数时需单独测量听音位置的125hz至8000hz倍频带的语言声级和背景噪声级值，并在软件中输入这些数值才能得到测试位置的语言传输指数值，这样计算比较繁琐。而另一个既考虑混响又考虑噪声的客观参数是有用与不利声比u50，它的定义为：

式中，e为早期声能，l为后期声能，n为噪声声能，s为语言声能。尽管早迟声能比e/l为可由声学测量软件中根据脉冲响应计算明晰度c50得到，与语言传输指数一样，还需要听音位置的语言声级和噪声级才能得到u50的值，这在实际测试中很不方便，无法直接在测量脉冲响应的同时得到u50的值。而且，对于语言声级的测量具有很大的随机性，随声源的大小变化而变化，没有规定一定固定的声源声级，具有随意性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种客观评价室内语言清晰度的方法，在测量脉冲响应的同时得到u50的值，以客观评价厅堂的语言清晰度。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种客观评价室内语言清晰度的方法，包括以下步骤：

s1、在厅堂待测位置测量房间脉冲响应；计算不同倍频带的清晰度d、强度指数g；

清晰度d为：

e为早期声能，l为后期声能，e/l为早迟声能比；

强度指数g为：

式中pr(t)为测点的声脉冲响应，p10(t)为同一声源在消声室中离开10m处测得的声脉冲响应；

s2、获得背景噪声级ln；

s3、计算各倍频带u50(i)值：

信噪比snr＝lrs-ln；lrs为厅堂内与声源距离为r测量点由无指向性声源所贡献的声压级：

lrs＝l1+g-20，

l1为在自由场中离无指向性声源距离为1m处的声压级；

s4、根据不同倍频带的权重因子计算有用与不利声比u50。

优选的，早迟声能比e/l为可由声学测量软件中根据脉冲响应计算明晰度c50得到。

优选的，不同倍频带包括125hz、250hz、500hz、1000hz、2000hz、4000hz和8000hz7个倍频带。

优选的，l1数据来自于标准bb93-buildingbulletin93‘acousticdesignofschools或在消声室采用同一声源测量。

优选的，l1数据包括正常发话声级或抬高的发话声级，根据使用场合选择正常发话声级或抬高的发话声级。

优选的，步骤s2中，在相同声源增益条件下测量各待测位置的房间脉冲响应，同时拾取测点位置的背景噪声信号以获得背景噪声级ln；或者直接通过其它声学仪器测量获得背景噪声级ln。

优选的，步骤s4中采用marshall权重因子。

优选的，按照u50≥5db为优秀，1.0≤u50<5db为良好，-2≤u50<1.0db为一般，u50<-2为差四个等级评价测试位置的语言清晰度。

优选的，正式测量之前在消声室测量接收传声器的频率响应，校准传声器的频率特性。

优选的，正式测量之前用标准声源校准接收传声器。

优选的，正式测量之前对强度指数g进行校准。

具体的，对强度指数g进行校准，具体方法如下：

在消声室采用同一声源相同声级条件下测量距离声源10m处脉冲响应(或各倍频带声压级)，或在待测厅堂内获取一个直达声和反射声完全分离的房间脉冲响应，并测量声源至接收点的距离r；然后将反射声移出，得到只有直达声的脉冲响应，然后根据声源至接收点的距离r推算出消声室距声源10m远处的声压级l10值，l10为同一声源在消声室中离开声源10m处测得的声压级，以对g值进行校准并保存校准值。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

现有客观评价室内语言清晰度主要通过专用仪器(如b&kde3361语言传输仪)或通过测量给定位置的房间脉冲响应及语言声压级、背景噪声级，在测量软件中手动输入语言声压级、背景噪声级进行计算，比较繁琐。本发明方法在测量脉冲响应的同时自动测量房间的背景噪声级，然后根据脉冲响应计算出明晰度c50和强度指数g的值就可以得到u50，即可评价其室内语言清晰度。方便，简单，省时，便捷。

附图说明

图1是u50与汉语语言清晰度得分的拟合曲线(小学六年级学生)。

图2是u50与sti之间的线性拟合关系图。

图3是待测房间测量得到的直达声和反射声完全分离的房间脉冲响应图。

图4是将反射声移出只有直达声的脉冲响应图。

图5是实施例方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种客观评价室内语言清晰度的方法，具体的测量原理如下：

定义清晰度d为：

式中p(t)为测点的声压级。由式(1)和(2)得：

式中，i表示125hz、250hz、500hz、1000hz、2000hz、4000hz和8000hz7个倍频带，snr为信噪比，定义如下：

lrs为厅堂内与声源距离为r测量点由无指向性声源所贡献的声压级，ln为背景噪声级。

强度指数g定义为：

式中pr(t)为测点的声脉冲响应，p10(t)为同一声源在消声室中离开10m处测得的声脉冲响应。l10为同一声源在消声室中离开声源10m处测得的声压级。强度指数g使用式(5)的前一个等式计算，关键是确保消声室和待测房间所采用的是同一声源且声源声级相同。

设声源的声压级为ls，在自由场中离无指向性声源距离为1m、10m处的声压级分别表示为：

l1＝ls-11(6)

l10＝ls-31(7)

由式(5)-(7)得：

lrs＝l1+g-20(8)

上式表明只要知道消声室内距声源1m处的声源声级(表1，数据来自于标准bb93-buildingbulletin93‘acousticdesignofschools)、测试位置的强度指数g的值，就可以得到测点位置的声级，如果测得测点的背景噪声级即可根据式(3)计算得到125hz至8000hz倍频带u50(i)的值，再根据表2给出的权重因子计算u50的值。

u50＝ωi×u50(i)(9)

表1不同倍频带1m处声级

表2不同倍频带权重因子

具体的技术方案如下：

1.在消声室测量接收传声器的频率响应，校准传声器的频率特性；

2.用标准声源校准接收传声器；

3.在厅堂待测位置测量房间脉冲响应，同时拾取测点位置的背景噪声信号；

4.计算125hz至8000hz倍频带的d、g及背景噪声级值；

5.计算正常发话声级和提高嗓门声级(表1)条件下的各倍频带u50(i)值。

6.根据表2的权重计算u50。

实施例2

在广州市9所小学选取10间教室，每间选取教室4个位置进行客观声学测量和主观汉语语言清晰度评价(由小学6年级学生完成)，并在主观汉语语言清晰度评价完成后测量每个位置的语言声压级和背景噪声级，从而得到不同倍频带的信噪比，然后根据式(3)计算各倍频带的u50(i)值(传统方法)，再采用表2中的权重因子根据式(9)计算不同计权因子条件下的u50值作为参考；即：

1、根据脉冲响应计算早迟声能比e/l；测量s、n；

2、根据计算信噪比；

3、由早迟声能比e/l根据计算清晰度d；

4、最后根据式(3)计算u50(i)。

同时，采用本专利提出的方法，根据式(8)计算出测试位置的语言声压级，得到信噪比，根据式(3)计算各倍频带的u50(i)值(本实施例方法)，再采用表2中的权重因子根据式(9)计算不同计权因子条件下的u50值；即：

表3为上述两种方法得到的结果的相关系数。表4为不同倍频带权重因子条件下的u50值与语言清晰度得分之间三次多项式拟合的相关系数和标准误差(本专利方法与主观汉语语言清晰度得分的相关系数)。由表3和表4可知，8种权重相比，采用marshall权重因子得到的结果相对来说比较好，与主观汉语语言清晰度得分的相关系数较高，标准误差较小，本实施例以marshall权重因子计算u50。图1为采用marshall权重因子得到的u50与汉语语言清晰度得分的拟合曲线。图2为u50与在测试位置测量得到的sti值之间的线性拟合关系，相关系数为0.86，标准偏差为1.4db。

根据u50值与测试位置的汉语语言清晰度得分的关系及与sti值之间的关系，确定按照u50≥5db为优秀，1.0≤u50<5db为良好，-2≤u50<1.0db为一般，u50<-2为差四个等级评价测试位置的语言清晰度。

表3不同倍频带权重因子条件下两种方法得到的u50值的相关系数

表4不同倍频带权重因子条件下的u50值与语言清晰度得分之间三次多项式拟合的相关系数和标准误差

具体实施方式：

1.在消声室测量接收传声器的频率响应，校准传声器的频率特性，得到125hz-8000hz倍频带修正值；

2.用标准声源校准接收传声器；

3.对强度指数g进行校准，具体方法如下：

在消声室采用同一声源相同声级条件下测量距离声源10m处脉冲响应(或各倍频带声压级)，以对g值进行校准并保存校准值。

或者在待测厅堂内获取一个直达声和反射声完全分离的房间脉冲响应，并测量声源至接收点的距离r，脉冲响应如图3所示，然后将反射声移出，得到图4所示的只有直达声的脉冲响应，然后根据在只有直达声的条件下声源至接收点的距离r处的g值和距声源10m远处的g(＝0)值对g值进行校准并保存校准值。例如：g在10m处为0db，则在14.3m处应该为：-20*log10(14.3/10)＝-3.11db，从而对g值进行校准。

4.在相同声源增益条件下测量各待测位置的房间脉冲响应，同时拾取测点位置的背景噪声信号。噪声信号记录在测试信号(扫频信号或最大长度序列信号)后再记录10秒钟的背景噪声。背景噪声级亦可采用其它声学仪器(如b&k2250)测量获得。

5.根据测量得到的房间脉冲响应计算125hz至8000hz倍频带的d、g值，根据记录的背景噪声计算背景噪声级值；

6.根据正常发话声级和提高嗓门的发话声级(表1，根据使用场合选择正常发话声级或抬高的发话声级)计算125hz至8000hz7个倍频带的u50值。

7.计算marshall权重(表2)条件下的u50，根据u50值对测试位置的语言清晰度进行评价，u50≥5db为优秀，1≤u50<5db为良好，-2≤u50<1db为一般，u50<-2为差。

该方法可通过编程采用软件进行自动处理实现对125hz至8000hz7个倍频带的u50值的计算，亦可通过室内声学测量软件如aurora测量得到脉冲响应，计算出125hz-8000hz倍频带d和g的值，同时采用声级计测出125hz-8000hz倍频带噪声级，依次根据式(8)、(4)、(3)计算出125hz至8000hz7个倍频带的u50值。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。