IZBOLJŠANJE RAZUMLJIVOSTI GOVORA V UČILNICAH

IZBOLJŠANJE RAZUMLJIVOSTI

GOVORA V UČILNICAH

Mentor: redni prof. dr. Mirko Čudina, univ. dipl. inž. str.

Somentor: doc. dr. Jurij Prezelj, univ.dipl. inž. str.

Ina Čarić

UNIVERZA V LJUBLJANI

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Specialistično delo

Ljubljana, 2011

2

Namen in cilji

• V številnih predavalnicah na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani je razumljivost govora tako slaba, da se razume samo 75 % izgovorjenih besed predavatelja.

• Akustika predavalnic je odvisna od več faktorjev.

• Raziskati parametre, ki opisujejo akustiko prostorov.

• Ugotoviti dejansko razumljivost govora v nekaterih predavalnicah.

• Predlagati ukrepe za izboljšanje razumljivosti govora v predavalnicah oziroma učilnicah.

• Na izbrani učilnici izvesti vzorčno sanacijo.

3

Vsebina

• Osnove prostorske akustike

– Vplivni dejavniki prostorske akustike

– Impulzni odziv prostora

• Teoretični pregled parametrov

– Najpogosteje uporabljani parametri za ocenjevanje akustike prostorov

– Parametri za ocenjevanje razumljivosti govora

– Primerjava med objektivnimi in subjektivnimi parametri

• Meritve parametrov akustike predavalnic

– Namen in opis postopka ter opreme ter opisi predavalnic

• Rezultati meritev in sanacije

– Rezultati meritev

– Ocena negotovosti

– Rezultati sanacije

• Predlogi za izboljšanje stanja preostalih predavalnic

• Sklep

4

OSNOVE PROSTORSKE AKUSTIKE

- Dimenzije prostora (Š x D x V)

- Odmevni čas

- Razmerje signal-šum ozadja S/N

- Raven zvoka Lp

SabinS

VT

163,060

Vplivni dejavniki prostorske akustike

5

0

)(log20)(

p

tptLp RMS

Impulzni odziv prostora.


Vse zgodovinske in

intuitivno pridobljene

parametre lahko

danes izmerimo iz

impulznega odziva.

6


Razdalja med dvema osebama in razumevanje govora

pri različnih nivojih konstantnega hrupa

Odvisnost priporočenega odmevnega časa pri

frekvencah od volumna za različne vrste glasbe

7

Najpogosteje uporabljani parametri za ocenjevanje akustike prostorov

• Odmevni časi (T60, T10, T20, T30)

• Začetni odmevni čas (EDT)

• Jasnost zvoka (C50, C80)

• Definicija (D50)

• Težiščni ali sredinski čas (TS)

• Parametri hrupa

• Razmerje signal/šum (S/N)

• Razmerje impulzni odziv/hrup ozadja (INR)

• Parametri za ocenjevanje razumljivosti govora

Teoretični pregled parametrov

8

Parametri za ocenjevanje razumljivosti govora

• Indeksi prenosa govora (STI, RaSTI, STIPA)

• Indeks razumljivosti govora (SI)

• Indeks prenosa (prepoznavanja) govora (AI)

• Artikulacijska izguba soglasnikov (AlCons)

• Indeks zasebnosti (PI)

• Indeks razumljivosti govora v telekomunikacijah (STITEL)

• Zlogovna razumljivost (SI)


9

Primerjava med objektivnimi in subjektivnimi parametri

• Odmevnost (Reverberance) EDT (Začetni odmevni čas )

• Akustičnost (Liveness) EDT, T60 (Začetni odmevni čas, Odmevni čas)

• Polnost (Fullness) T60 (Odmevni čas)

• Glasnost (Loudness) G (Glasnost)

• Jasnost , čistost (Clarity) C80 (Čistost)

• Barva glasu (Timbre) RT (Odmevni časi po frekvencah)

• Barva glasu (Warmth) BR (Razmerje nizkih frekvenc)

• Toplina (Brilliance) TR (Razmerje visokih frekvenc)

• Kvaliteta odrske »školjke« ST1 (Podpora)

(Stage support)

• Odziv dvorane (Hall response) STlate (Podpora)

• Prostornost (Spaciousness) LF, IACCE (Stranski energijski odboji,

Koeficient razlike slišnosti med obema ušesoma E )

• Širina navideznega izvora zvoka LF (500 – 4000 Hz), IACCE (Stranski energijski odboji,

(Apparent source width) Koeficient razlike slišnosti med obema ušesoma E)

• Kako zvok obdaja poslušalca LLF (125 – 500 Hz), IACCL

(Listener envelopment) (Koeficient razlike slišnosti med obema ušesoma L)

• Zasebnost (Intimacy) LF, IACCE (Stranski energijski odboji,

Koeficient razlike slišnosti med obema ušesoma E )

• Združevanje zvočne slike (Ensemble) CS, EDTP (Jasnost na odru, Začetni odm. čas na odru)


10

Meritve parametrov akustike predavalnic

• Namen

– Določiti okvirno območja parametrov in jih primerjati s

priporočenimi vrednostmi.

– Oceniti nekatere vire merilne negotovosti

• Število mest, izbira položaja vira in mikrofona.....

• Programska oprema (SW)

• Testni signal

• Razmerje S/N

11

– Meritve smo izvajali v naslednjih predavalnicah: I/1, II/3B, II/4, II/5, V/8 in v laboratoriju LDSTA.

– Predavalnice smo izbrali glede na njihovo obliko in velikost ter število sedežev. Izbrali smo dve predavalnici, ki sta že bili akustično obdelani, dve predavalnici, ki še nista bili akustično obdelani, ter dve predavalnici, ki imata posebno obliko oziroma volumen prostora in sta zato zanimivi za primerjavo.

– Meritve smo ponovili s tremi različnimi vrstami signala

• Roza šum, Beli šum in Sin Sweep.

– Izvorne meritve so bile obdelane s tremi različnimi računalniškimi programi: ARTA, EASERA in DIRAC.

– Rezultati meritev so podani v grafih kot tudi v obliki tabele o meritvah.

Opis postopka:


12


Opis postopka:

Simulacija programa znotraj Matlaba

Shema meritve impulznega odziva z adoptivnim algoritmom

D(n)x(n)

13

– merilnik ravni hrupa proizvajalca Bruel&Kjaer, tip 2230;

– stojalo za merilec zvočnega tlaka;

– omnidirekcionalni zvočni vir tip LEDES 140 – 5 tip 1;

– ojačevalec BEHRINGER EP 2500;

– laserski meter;

– prenosni računalnik za obdelavo in zapisovanje podatkov;

– zajem signala; AD kartica v notebooku;

– tabela za zapisovanje meritev;

– prenosni MIDI – disk;

– neusmerjen mikrofon PANASONIC WM64.

Opis opreme:


14

Predavalnica I/1 pred sanacijo

Rezultati meritev T60 pred

sanacijo (rdeče) in

načrtovana vrednost odmevnega

časa po sanaciji (modra)

Prostor (opis predavalnic)


15

Predavalnica II/3B, z obešenimi kockastimi absorberji zvoka in oblazinjen stol v tej predavalnici

Predavalnica II/4, ki je akustično

neobdelanaPredavalnica II/5,

ki je akustično

neobdelana

Prostor (opis predavalnic)Predavalnice II/3B, II/4 in II/5


16

Prva vrsta sedišč v predavalnici V/8,

ki so akustično obdelana

Ploščati absorberji v

predavalnici V/8

Predavalnica V/8, ki je bila v preteklosti akustično obdelana



17

Predavalnica LDSTA



18

Rezultati meritev in sanacije

• Rezultati sanacije predavalnice I/1.

• Vpliv akustične sanacije na razumljivost.

• Rezultati meritev posameznih parametrov:

– Po predavalnicah.

– V različnih programih.

– Različne vrste signala.

• Roza šum

• Beli šum

• Sin sweep

– Ocena merilne negotovosti.

Teoretični signal

I/1

II/3b

II/4

II/5

V/8

LDSTA

19

Grafi primerjave med rezultati različnih parametrov v posamezni

predavalnici in izračunanih s tremi različnimi programi:

• Začetni odmevni čas EDT

• Odmevni čas T10



• Težiščni čas Ts

• Jasnost zvoka C80

• Definicija D50

• Indeks prenosa govora STI

• Indeks prenosa govora RASTI

• Artikulacijska izguba soglasnikov %AlCons

Rezultati meritev

20

Rezultati meritev

Začetni odmevni čas EDT [s]

0

0,5

1

1,5

2

2,5

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

I-1 II-3B II-4 II-5 LDSTA V-8

Predavalnica

Zače

tni o

dmev

ni č

as E

DT

[s]

.

Odmevni čas T10

0

0,5

1

1,5

2

2,5

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Odm

evni

čas

T10

[s]

.

Odmevni čas T20

0

0,5

1

1,5

2

2,5

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Od

mevn

i čas T

20[s

]

Odmevni čas T30

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Od

mevn

i čas T

30[s

]

21

Rezultati meritev

Težiščni čas Ts

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Tež

iščn

i čas

Ts[

ms]

Artikulacijske izgube soglasnikov %AlCons

0

2

4

6

8

10

12

14

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

%A

lCon

s

.

10%

15%

Jasnost zvoka C80

-4

-2

0

2

4

6

8

10

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Jasn

ost

C80

[d

B]

.

Definicija D50

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Def

inic

ija D

50

22

Rezultati meritev

Indeks prenosa govora STI

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Vre

dn

ost

ST

I .

Indeks RASTI

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Vre

dn

ost

RA

ST

I .

STI 0,00 – 0,30 0,30 – 0,45 0,45 – 0,60 0,60 – 0,75 0,75 – 1,00 Razumljivost

govora Nezadovoljiva Slaba Zadovoljiva Dobra Odlična

23

Rezultati meritev - Ocena negotovosti

0

)(log20)(

p

tptLp RMS

ARTA

DIRAC

EASERA

DIRAC

Število merilnih

mest, položaj

izvora zvoka in

mikrofona v

prostoru

Vrsta in

kvaliteta

SWAlgoritemProstor MikrofonTestni signal

Viri merilne negotovosti:

Sin sweep

Beli šum

Roza šum

Razmerje S/N. Vpliv oblike imp.

odziva (teoretični in

praktični)

24

Ocena negotovosti

• Število mest in

položaj v

prostoru

• Izbira položaja

vira in

mikrofona...

Rezultati meritev po različnih merilnih mestih

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

2,2

2,3

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27

Zaporedna št. Meritve

Od

mevn

i čas T

20 [

s]

Raztros meritev

25

Ocena negotovosti

Vpliv programske opreme na določanje odmevnega časa

T20 iz istih meritev

0,5

0,7

0,9

1,1

1,3

1,5

1,7

1,9

2,1


Predavalnica

Od

mevn

i čas [

s]

26

Ocena negotovosti

Teoretični signal je

impulzni odziv nekega

namišljenega »idealnega«

prostora.

Primerjava teoretičnega impulza za parameter "Težiščni čas" Ts

0

5

10

15

20

25

30

125 250 500 1000 2000 4000

Frekvence [Hz]

Vre

dn

osti

Ts v

[m

s]

DIRAC ARTA EASERA

Primerjava dejanskega impulza LDSTA MM2 za parameter

"Težiščni čas" Ts

0

10

20

30

40

50

60

125 250 500 1000 2000 4000

Frekvence [Hz]

Vre

dn

osti

Ts v

[m

s]

DIRAC ARTA EASERA

Primerjava teoretičnega impulza za parameter EDT

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

125 250 500 1000 2000 4000

Frekvence [Hz]

Vre

dn

osti

ED

T v

[s]

DIRAC ARTA EASERA

Primerjava dejanskega impulza LDSTA MM2 za parameter

EDT

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

125 250 500 1000 2000 4000

Frekvence [Hz]V

red

no

sti

ED

T v

[s]

DIRAC ARTA EASERA

SW - Vpliv oblike imp. odziva (teoretični in praktični)

27

Ocena negotovosti

Razmerje signal/šum S/N

0

10

20

30

40

50

60

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


Predavalnica

Razm

erj

e S

/N[d

B]

.

Razmerje impulz/hrup ozadja INR

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA

ARTA

DIRAC

EASERA


PredavalnicaR

azm

erj

e IN

R [

dB

] .

28

Rezultati sanacije

Odmevni čas v predavalnici I/1 po zaključeni sanaciji.

T60 (500 Hz) = 0,9 sek

Predavalnica I/1 po sanaciji

29

Rezultati sanacije


T60 (500 Hz) = 0,9 sek


30

Rezultati sanacije

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

6300

8000

1000

0

Frekvenčni pas (1/3 oktave) [Hz]

Odm

evni č

as [se

k]


T60 (500 Hz) = 0,9 sek


31

Rezultati sanacije

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 1 2 3 4 5

Odmevni čas [sek]

indeks R

AS

TI

avtorji [10]

avtorji [4]

Območje ujemanja

Pred izvedeno sanacijo je bil izmerjen indeks RASTI 0,45.

Napovedali smo izboljšavo tega indeksa na 0,63.

Po izvedeni sanaciji je bil izmerjen dejanski indeks RASTI

0,64.

32

PREDLOGI ZA IZBOLJŠANJE STANJA

PREOSTALIH PREDAVALNIC

• V »problematičnih« predavalnicah dodati »spuščene strope«.

• V predavalnici V/8 na nek način očistiti stare absorberje.

• Na stene predavalnic II/4 in II/5 dodati učinkovite nove akustične obloge.

• Pod strop predavalnic II/4 in II/5 obesiti kockaste absorberje.

• Kockaste absorberje je potrebno enakomerno porazporediti od zadnje stene do prve tretjine obeh predavalnic.

• Nad predavatelja ni potrebno namestiti absorberjev.

• Zmanjšati zunanji hrup oziroma prehod le – tega v predavalnico LDSTA z okni, ki imajo boljšo zvočno izolacijo.

• Zamenjati talne obloge, da se zmanjša hrup hoje in premikanja stolov in miz.

• Vaje iz retorike za predavatelje.

33

• Parametre s katerimi opisujemo akustiko prostorov, lahko na grobo delimo na merljive in subjektivne.

• Subjektivno ocenjeni parametri so preveč odvisni od individualnih izkušenj, starosti in zdravstvenega stanja ocenjevalca.

• Vsi merljivi parametri temeljijo na meritvah impulznega odziva prostora.

• Slovenska zakonodaja vključuje priporočila za gradnjo predavalnic in učilnic, ki pa akustiko prostorov samo ohlapno upoštevajo.

• Potrebujemo poenoteno poimenovanje in klasifikacijo osnovnih parametrov za vrednotenje akustike prostorov.

• Osnovne objektivne parametre bi bilo potrebno vključiti v gradbeno zakonodajo.

Sklep

34

• Uporabili smo tri različne vrste signala: Roza šum, Beli in Sin Sweep.

• Obdelava rezultatov meritev s tremi različnimi računalniškimi programi:

– ARTA, EASERA in DIRAC

– Razlike so vendar v večini primerov niso signifikantne

– Programska oprema prispeva k raztrosu rezultatov samo v nekaterih geometrijsko kompleksnejših prostorih.

• Rezultati meritev:

– Analiza rezultatov je pokazala da so vrednosti posameznih parametrov močno prostorsko odvisne.

– Podajanje vrednosti parametra temelji na povprečnih vrednostih.

– zaradi tega je potrebno meritve izvajati na čim večjem številu merilnih mest.

• Rezultati Sanacije:

– Pred izvedeno sanacijo je bil izmerjen indeks RASTI (0,45).

– Napovedali smo izboljšavo tega indeksa na 0,63.

– Po izvedeni sanaciji je bil izmerjen dejanski indeks RASTI (0,64).

• Na koncu je predlaganih nekaj tehničnih in alternativnih ukrepov za izboljšanje razumljivosti govora v predavalnicah.

Sklep

Hvala

za vašo pozornost.

Documents

IZBOLJŠANJE RAZUMLJIVOSTI GOVORA V UČILNICAH