Проектирование для разборчивости речи.

15.1. Введение.

Акустические свойства помещений являются основой успешного дизайна звуковых систем. В этой главе мы увидим, что уровень окружающего шума в помещении, отношение прямого звука к звуковому уровню реверберации и время реверберации влияют на разборчивость речи. Звуковой аппарат можно выбрать и настроить для оптимизации разборчивости речи.

Полная система звукоусиления состоит из:

1. Говорящий или другой исполнитель.

2. Микрофон.

3. Электроника.

4. Система громкоговорителей.

5. Акустическая среда.

6. Приемник-слушатель.

15.1.1. Говорящий или исполнитель.

Исполнители акустические. Они могут использовать электроакустические вспомогательные устройства, такие как электронные инструменты, гитары, и они могут смешивать входные сигналы с звуковой системой путем прямого введения, также как и с помощью акустических входов. Акустическая среда, окружающая микрофон, уникальна сама по себе и заслуживает отдельного анализа.

15.1.2. Микрофон.

Микрофон представляет собой электроакустический преобразователь. Направленные характеристики, имеющие значение в свободном поле, могут стать бессмысленными в звуковом поле реверберации. Направленность микрофона сильно зависит от акустической среды. Если он используется за критическим расстоянием Dc, в сильно реверберируемом пространстве, то, по существу, он является всенаправленным устройством, далеким от его способности выделять сигналы от громкоговорителей, отражений и т. д.

Когда сигнал, то есть «говорящий» или какой-то соседний исполнитель, находится внутри критического расстояния Dc, то вступают в игру его направленные характеристики.

15.1.3. Электронная система.

Здесь можно с высокой точностью рассчитать и скорректировать правильные начальные настройки чувствительности для микрофонов, тщательную структуру усиления и перекрытие усиления (gain overlap), а также выбор достаточной мощности для реализации желаемого потенциального акустического усиления.

15.1.4. Система громкоговорителей.

Система громкоговорителей представляет собой еще один электроакустический преобразователь, который во многих случаях может выступать в качестве входного и выходного устройства. Взаимодействие привода (драйвера) и примененных соединительных устройств, рупоров, кроссоверов и т. д. является значительным выбором дизайна.

15.1.5. Акустическая среда.

Было действительно сказано, что большинство проектирований звуковых систем заканчивается около 4 футов перед громкоговорителем. На самом деле, все проектирование звуковой системы должно начинаться с анализа акустической среды, в которой звуковая система должна работать. Уровни шума, реверберация, задержанные отражения, фокусировка, сложная геометрия и множество других трудностей в окружающей среде должны быть распознаны, проанализированы, скорректированы или скорректированы для компрометации в дизайне системы.

15.1.6. Приемник-слушатель.

Это самый сложный компонент. Он может быть проанализирован, но над ним у вас нет прямого контроля. Говорящие с плохой артикуляцией или слушатели-инвалиды или какая-то их комбинация могут быть непреодолимыми в реализации проекта, и они могут стать критиками вашего дизайна.

Центры разборчивости речи на октавной полосе 2 кГц, а также пиковый отклик у барабанной перепонки слушателя, см. Рис. 15-1.

Рисунок 15-1. Составлено из 30 левых ушей.

Обратите внимание, что при 2500 Гц наибольший отклик пинны составляет 72 дБ, а самый низкий - 58 дБ или разность 14 дБ. Во время семинара по разборчивости в Университете Индианы мы проводили тесты. Мы обнаружили, что человек с высоким откликом пинны в области 2500 Гц, но с плохим частотным откликом, будет набирать больше очков в тесте разборчивости, чем человек с низким откликом пинны в области 2500 Гц, но с почти идеальной кривой частотного отклика. Эта информация была собрана у 30 слушателей, у которых были очень приемлемые аудиометрические диаграммы их слуха. Отклик пинны в значительной степени обусловлен ​​конфигурацией ушной раковины и резонансами индивидуального ушного канала. Чувствительность слуха, конфигурации ушей, которые допускают существенные различия между ушами, а также обучение сосредоточению внимания на речи, могут обеспечить значительные различия в показателях разборчивости речи у отдельных слушателей. Например, музыканты часто игнорируют высокие гармонические искажения в записи, но сразу обнаруживают неправильную ноту или высоту тона из-за "вау" или флаттера. Анализ слушателей - это психоакустическая задача. А осведомленность о таких типах слушателей - дирижеры, руководители хоров, органисты, позволяет «взвешивать» свои показания.

15.2. Потери артикуляции согласных в речи (% ALCONS).

Потери артикуляции согласных в речи (% ALCONS) глубоко вплетаются в общий дизайн системы. Они могут рассматриваться как отдельный акустический объект только тогда, когда вся электроакустическая система работает безупречно. Широкое использование анализа обещает все более аналитические психоакустические исследования. В то же время уравнения Пютца расширили работу ранних пионеров разборчивости речи до такой степени, что их повседневное использование доказало свою точность и практичность в области звуковой системы.

15.2.1. Прогнозирование, измерения и аномалии.

Разработчики звуковых систем должны уметь прогнозировать разборчивость речи, точно измерять ее и понимать аномалии, присутствующие в реальных условиях, которые не обнаруживаются заранее до начала измерений.

Ключевыми параметрами, влияющими на разборчивость речи, являются:

1. Отношение сигнал/шум (SNR).

2. Время реверберации (RT₆₀), особенно разность уровней между прямым уровнем и уровнем реверберации.

3. Расстояние от источника.

4. Рассогласование источника.

5. Отражения в пределах 1 фута разницы длины пути.

6. Отражения, которые задерживаются во времени (100+ мс) и выше по уровню, чем энергия вблизи них.

Первые три параметра предсказуемы в пределах разумных допусков на стадии чертежной доски. Последние три классифицируются как аномалии, которые происходят по недосмотру или ошибке.

Когда авторы начали свою карьеру в аудио, то при проектировании звуковой системы не было никакого практического способа предсказать разборчивость речи на уровне чертежной доски. К 1953 году Харви Флетчер написал свою замечательную книгу «Speech and Hearing in Communications», которая предоставила средства для измерения разборчивости звуковой системы с использованием артикуляционных тестов, разработанных в Bell Telephone Laboratories в 1930-х годах. Лохнер и Бургер рассказали о роли влияния отношения сигнал/шум (SNR) на разборчивость речи в статье 1964 года в журнале «Звук и вибрация», рис. 15-2.

где P (t) - импульсный отклик системы, a (t) - функция взвешивания для интегрирующих свойств слуховой системы.

Передаточная функция модуляции (Modulation Transfer Function, MTF)

Индекс передачи речи Houtgast и Steeneken (STI) в уравнении Schroeder's MTF

На словах, MTF пропорционален величине (магнитуде) преобразования Фурье квадрата импульсного отклика.

J.P.A. Lochner и J.F. Burger, "Влияние отражений на акустику аудитории", Journal of Sound and Vibration, Vol. 1 (1964), pp. 426 - 454.

Т. Хоутгаст и Дж. М. Стенекен, «Обзор концепции MTF в акустике помещения и ее использование для оценки разборчивости речи в аудитории», журнал «Акустическое общество Америки», том. V (март 1985 г.), стр. 77.

M. R. Schroeder, «Передаточная функция модуляции, MTF: определение и измерение», Acoustica, Vol. V (1981), p. 49.

Рисунок 15-2. Влияние отношения сигнал/шум на разборчивость речи. (Courtesy Journal of Sound and Vibration.)

Значимые предсказания артикуляции на стадии чертежной доски пришлось ждать до 1971 года, когда в. М. А. Peutz опубликовал свои уравнения для процента потери артикуляции согласных в речи (%ALCONS).

Более десяти лет спустя, в 1980-х годах, Houtgast и Steeneken опубликовали адаптацию передаточной функции модуляции (MTF) (сначала используемой в оптике) к индексу передачи речи (STI). В течение того же десятилетия Peutz разработал наиболее удовлетворительное измерение, которое вычисляло % ALCONS из измеренных параметров L_D, L_R, L_N и RT₆₀. В настоящее время только уравнения Пютца позволяют получить эффективную оценку % ALCONS на стадии чертежной доски, то есть до начала любого измерения. Метод MTF является полезным вычислением после получения фактических измеренных данных. По состоянию на 2005 год существуют компьютерные программы, которые могут смоделировать комнату в достаточной степени, чтобы предоставить приблизительный импульсный отклик предполагаемой комнаты. См. Рис. 15-2 для Lochner и Burger's, а также интеграл MTF г-на Шредера, определяющий метод Houltgast-Steeneken.

По причинам, приведенным здесь, мы сосредоточимся на уравнениях Пютца и его методах. У них есть реальное преимущество наличия программного обеспечения, которое напрямую вычисляет % ALCONS из измерений кривой огибающей времени (ETC) *.

* Кривая ETC связана с хорошо устоявшейся концепцией в теории коммуникации, известной как огибающая модуляции. ETC представляет собой величину аналитических сигналов, описывающих импульсную характеристику.

В наше время анализаторы TEF являются наиболее доступными. И в руках работающих звукорежиссеров и акустических консультантов и вместе с существующими программами позволяют прогнозировать и измерять % ALCONS с одним и тем же устройством.

Когда мы говорим, то звуки, которые мы создаем, можно широко классифицировать на согласные и гласные. Гласные - это a, e, i, o и u. Комбинации, такие как ba, pa, da, ta, ga и tha, содержат согласные звуки. Пютц провел несколько лет, решив, что процент потери артикуляции согласных определяет оценку артикуляции в различных слуховых пространствах. Формулы для% ALCONS, потери артикуляции для согласных в процентах, были затем разработаны и опубликованы В. М. А. Пютцем и В. Клейном из Неймегена, Голландия, в декабрьском номере Audio Engineering Journal 1971 года. Формулы были адаптированы для этого текста путем добавления Q и представления всех их альтернативных форм. Они могут быть полезны при согласовании комнаты со звуковой системой.

15.2.2. Вычисление % ALCONS.

Формула для вычисления потери артикуляции согласных в процентах:

где, D₂ - расстояние от громкоговорителя до самого дальнего слушателя,

RT₆₀ - время реверберации в секундах,

V - объем комнаты в кубических футах,

Q - коэффициент направленности,

N - отношение мощности L_W, вызывающее L_D к L_W всех устройств, кроме вызывающих L_D,

M - модификатор D_c (обычно выбирается 1, за исключением особых случаев).

Вышеприведенная формула используется для D₂ ≤ D_L, а D_L = 3,16 D_c. Когда D₂ ≥ D_L, формула становится:

ПРИМЕЧАНИЕ. Для обеспечения этих расчетов необходимо принять требуемое значение SNR 25 дБ на октавной полосе 2 кГц. Когда измерители используются для расстояний и громкостей, то константа становится равной 200.

15.2.3. Полезные проценты.

Г-н Пютц утверждает: «Если AL составляет менее 10%, то разборчивость очень хорошая. Между 10 и 15%, разборчивость хорошая. Если сообщение затруднено («говорящий» и/или слушатели с проблемами дикции и слуха), то разборчивость будет недостаточной. Выше 15% разборчивость достаточна для хороших слушателей и для хороших говорящих и/или сообщений». Сравнивая метод Peutz с известными данными многих установок, 15%ALCONS считается практическим рабочим пределом, но многие считают, что нужно стремиться к 10%.Основная формула может быть преобразована в следующие полезные формы:

Для комнаты объемом 250 000 фут3 (церковь среднего размера) с D₂ = 75 футов, для которой один рупор с коэффициентом Q = 20 имеет углы покрытия, которые соответствуют зонам аудитории, мы могли бы подсчитать количество сэбин, которые мы бы хотели иметь в комнате

и

15.3. Уравнение Максфилда.

Формула Пицца была адаптирована к их данным из формулы, которую использовал Дж. П. Максфилд «Вестерн Электрик» для поиска «живого» микрофонного пикапа при использовании в радиовещании в конце 1930-х годов.

где, D_S - расстояние от «говорящего» до микрофона.

Допустимые значения L для диапазона речи от 0,167 до 0,666. Этим уравнением можно манипулировать так же, как формулой Пютца и Клейна.

15.4. Мощность речи и артикуляция.

Существует два основных параметра частотной характеристики речи, которые требуют рассмотрения инженером звуковой системы. Первая - мощность речи как функция частоты. На рис. 15-3 показано типичное распределение по каждому циклу в диапазоне 60-10 000 Гц для мужчин и женщин, и для ссылки приведена кривая ANSI (третий спектр, доступный от GR 1382 RNG).

Рисунок 15-3. Относительная речевая мощность как функция частоты для мужчин и женщин. (Courtesy Journal of the Acoustical Society of America.)

Здесь важна форма спектра, поскольку она дает отличное представление о том, какие частоты, скорее всего, получат наибольшие энергетические требования и различия, которые могут быть между одной частотой и другой в дБ.

Второй параметр - относительный вклад в разборчивость каждой 1/3 октавной полосы, выраженной в процентах от вклада в показатель артикуляции, на рисунке 15-4. Добавление процентного вклада каждой из полос, показанных между 200 Гц и 4000 Гц, составляет 91,5% от общего вклада. Самый большой процент, на сегодняшний день, составляет 31,5% в 1,0 октавной полосе с частотой 2000 Гц. Можно видеть, почему телефон с его ограниченным откликом работает так же хорошо, как небольшие радиостанции с хорошо спроектированными 4-8-дюймовыми громкоговорителями, охватывающими диапазон 125-5000 Гц.

Гораздо важнее обеспечить плавный частотный отклик, а не расширенный частотный отклик, а также управлять или устранять определенные нелинейности в преобразователях, которые вызывают резонансы, искажения и другие формы окраски по выбранному отклику. Сравнивая широкополосную музыкальную систему с высокой точностью с таблеточной моделью радио, мало кто понимает, насколько мала разница в увеличенной частотной характеристике по сравнению с различиями в гладкости отклика через критическую область от 250-5000 Гц.

Рисунок 15-4. Изменение вклада индекса артикуляции с речевыми компонентами в 1/3 октавах.

На рисунке 15-4 также подтверждается, что если вы можете иметь данные Q, RT₆₀ или sabins только на одной частоте, то эта частота должна быть октавной или 1/3 октавной полосой с центрально частотой 2000 Гц.

15.5. Отношение сигнал/шум (SNR).

На рисунке 15-5 показано влияние отношения сигнал/шум, SNR, на% ALCONS. % ALCONS неуклонно улучшается с улучшением SNR до 25 дБ. После этого артикуляция не улучшается по мере дальнейшего расширения отношения SNR.

Эта диаграмма показывает, что в комнатах с RT₆₀ 1,5 секунды, мы не хотели бы принимать SNR менее 25 дБ. Тем не менее, в комнате RT60 = 0,5 секунды мы могли бы поддерживать% ALCONS на 15% с SNR всего лишь11 дБ.

15.6. Расчет разборчивости речи.

15.6.1. Вычисление минимального коэффициента Q.

Имея комнату, для которой V = 150 000 фут³ и RT₆₀ = 1,92 секунды, теперь мы можем рассчитать минимальный коэффициент Q, который позволит в этой комнате получить 15% ALCONS на расстоянии 125 футов.

или

Поэтому, если вы можете найти громкоговоритель с соответствующими характеристиками углового покрытия, который также имеет Q ≥ 16.8, то вы можете быть уверены в приемлемой артикуляции на расстоянии 125 футов.

Было много ярких подтверждений точности этих формул.

Рисунок 15-5. Влияние отношения SNR на% ALCONS на расстоянии D_L.

15.6.2. Расчет максимального времени RT₆₀.

Рисунок15-6 иллюстрирует формулы % ALCONS в упрощенной форме. (Уравнения описывают кривую, тогда как график является консервативным прямолинейным приближением формулы). Обращаясь снова к рис. 15-6, мы видим базовую линию вдоль дна, выражающую источник на расстоянии от слушателя в единицах D_L. D_L - это предельное расстояние, за которым не происходит дальнейшего увеличения потери артикуляции. Для данной акустической среды предельное расстояние связано с критическим расстоянием:

Левая вертикальная шкала - % ALCONS, откалиброванная в процентах, а правая вертикальная шкала - RT₆₀, откалиброванная в секундах. Здесь мы отмечаем, что потери артикуляции продолжают увеличиваться до достижения D_L.

Рисунок 15-6. % ALCONS в зависимости от расстояния источника в единицах D_L для различных значений RT₆₀.

За пределами D_L потери артикуляции остаются неизменными. Поэтому, если бы у нас была комната с RT₆₀ ≤ 1,6 с и SNR 25 дБ, то мы могли бы пойти на любое расстояние от источника звука, не превышая ALCONS на 15%.

Предположим, однако, что мы сохраняем SNR 25 дБ, но RT₆₀ теперь составляет 4.5 секунды. Мы будем следовать вниз между наклонными линиями, соответствующими 4 и 5, до тех пор, пока мы не пересечем горизонтальную линию 15% ALCONS (или любое другое значение % ALCONS, которое нам требуется), а затем опуститесь вниз до базовой линии на 0,61 D_L. Теперь это будет новое максимальное расстояние от источника, для которого потеря артикуляции составит 15%.

Еще одно применение этих очень полезных уравнений является определение предельных параметров комнаты, если архитектор предпочитает определенный массив громкоговорителя по эстетическим соображениям. Скажем, архитектор выбрал определенный громкоговоритель с коэффициентом Q = 5 и проектирует здание, имеющее максимальное расстояние между предпочтительным расположением громкоговорителя и самым дальним слушателем 150 футов. Затем вы можете использовать уравнения, чтобы сообщить ему о максимальном времени RT₆₀, который позволит 15% ALCONS на 150 футах от громкоговорителя с коэффициентом Q = 5. (Предположим, V - 150 000 фут3).

Используя уравнение 15-12 для вычисления D_L, и если для этой комнаты:

Желаемое расстояние выходит за пределы D_L, а значение ALCONS составляет 15% только потому, что предел 1,6 секунды не был превышен.

15.6.3. Факторы, влияющие на % ALCONS.

% ALCONS у слушателя зависит от L_D, L_R, L_N, RT₆₀. Это также зависит от слишком раннего или слишком позднего возврата отраженной энергии. Слишком ранний возврат обычно меньше 3 футов, а слишком поздний возврат обычно превышает 50 футов. Пройденное расстояние или задержка сигнала не является единственным фактором. Количество интерференции, вредной для% ALCONS, также очень сильно «зависит от уровня». Слишком раннее возвращение, которое видно на анализаторе, и слышимое в ушах, изменит амплитудный отклик системы, а также ее полярный отклик. Слишком поздний возврат, способный к интерференции, будет стоять выше нормальной экспоненциально затухающей реверберации.

Так как уравнения акустического усиления становятся действительными с использованием выравнивания при появлении амплитудной аберрации, то эти слишком ранние и слишком поздние отражения обнаруживаются путем анализа измерений и корректируются путем более тщательного размещения устройств или селективного поглощения или диффузии.

В общем случае уравнения% ALCONS работают достаточно хорошо, если во время установки не обнаружены посторонние параметры, такие как приведенные выше.

15.6.4. Измерение разборчивости.

Перед любыми измерениями нужно пройти и прослушать измеряемую область. Приставьте ладони к ушам, чтобы прислушаться к сфокусированным отражениям. Слушайте высокий уровень шума, отсутствие покрытия и любую другую аномалию. Разборчивость должна быть исследована в зоне покрытия.

Ввод в эксплуатацию звуковой системы без полного анализа того, что ее разборчивость речи максимальна, безответственна. Зоны аудитории должны быть тщательно пройдены на изучение прохождения речевой информации от звуковой системы (подсчет, очень хорошо), а затем изучению подвергаются сомнительные области, которые впоследствии измеряются и корректируются. Только тогда вы можете сказать, что эта система готова к использованию.

Авторы подписываются под мнением, что наиболее способным анализатором по-прежнему является обученная пара человеческих ушей, а такая «обученная пара человеческих ушей» возникает только тогда, когда уши калибруются часами прослушивания в сочетании с использованием хороших измерительных инструментов.

Обученный слушатель имеет необычные возможности, не соответствующие любому известному измерительному устройству. Возьмем, например, осциллограф, волновой анализатор и т. д., мы никогда не можем быть уверены, что это - речь, музыка или какой-то случайно генерируемый сигнал, но подключение недорогого 2-дюймового громкоговорителя позволит слушателю мгновенно определить, какой это тип звука.

Когда звуковая система имеет проблемы разборчивости в данной акустической среде, первый тест состоит в том, чтобы выключить звуковую систему и посмотреть, существуют ли те же проблемы для «живого» говорящего. Ожидается, что живой "говорящий" имеет Q = 2,5 в октавной полосе 2 кГц с углом покрытия 90° по вертикали и на 120° по горизонтали для той же октавной полосы 2 кГц.

Многие ошибочно принимают качество речи за разборчивость речи. Важно отделить суждение о качестве звука от вопроса разборчивости речи. Разборчивость речи определяется оценкой, полученной живыми слушателями живого говорящего через рассматриваемую систему. Иногда разборчивость приносится в жертву, чтобы предоставить слушателю более широкую полосу пропускания. Авиационные радио обладают высокой разборчивостью речи, но относительно резким качеством звука. Речь в телефоне является понятной, но не обязательно с широким диапазоном, соответствующим верности нюансам данного голоса. Текущие измерительные инструменты определяют только показатель разборчивости речи. Качество, субъективное суждение, остается в компетенции принятия решений установщиком-пользователем.

Когда дизайн вращается вокруг существующего здания, время и затраты на проведение измерений очень полезны. Идеальная методика измерения заключается в том, чтобы взять портативный подъемник, поднять громкоговоритель известной направленности на место, и как говорить, так и измерять в пределах и за пределами критического расстояния, D_c.

Многомерный анализ комнаты проводится с импульсным тестированием, использующим в основном всенаправленные источники, чтобы максимизировать возбуждение пространства. Поскольку целью успешной звуковой системы является минимальное возбуждение комнаты, то все измерения должны использовать вероятные устройства на переносных подъемниках, если необходимо, для проверки из предполагаемых мест громкоговорителей. В существующих системах все тесты должны проводиться с использованием всей системы - при настройке звуковой системы все должно включаться одновременно, в один момент времени.

Слишком часто делаются измерения и исправления проводятся без того, чтобы кто-то стоял в позиции ведущего и разговаривал без посторонней помощи в комнате. Часто выясняется, что комната является безупречной и неудовлетворительное качество звука и разборчивость речи через систему создает сама звуковая система. У авторов было слишком много звуковых систем, которые повышали уровень звука, но снижали разборчивость.

В прошлом единственный способ измерить разборчивость заключался в использовании длинных списков слов и группы живых слушателей. Разработанные процедуры тестирования сегодня выросли, и только в редких случаях предпринимаются попытки фактически проверить звуковые системы в реальной жизни. Сегодня у нас есть очень точные и быстрые методы измерения разборчивости с помощью акустических инструментов:

1. Постоянный процент потери артикуляции, % ALCONS.

2. Индекс передачи речи, STI, рис. 15-7.

Измерение разборчивости STI.

Индекс передачи речи, STI, - это метод количественной оценки в соответствии с передаваемой речью. Идеальная передача речи подразумевает, что временная речевая огибающая в позиции слушателя реплицирует речевую оболочку во рту говорящего. Разборчивость речи может быть количественно оценена с точки зрения изменений, вызванных модуляцией речевой оболочки в результате шума и реверберации в комнате.

Уменьшение модуляции можно описать с помощью коэффициента уменьшения модуляции. Коэффициент уменьшения модуляции, выраженный как функция частоты модуляции, называется функцией передачи модуляции, MTF. Эта функция обеспечивает объективное средство оценки качества передачи речи, и из нее выводится значение STI. Оба метода измерения не зависят от статистического предсказания, поскольку оба измеряют в той или иной форме модуляцию сигнала, вызванного тем, что помогает или уменьшает разборчивость.

Рисунок 15-7. Измерение разборчивости STI. (Courtesy B & K Instruments.)

15.6.5. Оценки Измерений Разборчивости Речи.

Измерения STI, индекс передачи речи - это анализ бездействия. Они говорят вам, что есть проблема, но не содержат никакого анализа причины или причин. Если возникновение SNR может оказаться проблемой, то STI работает адекватно.

Измерения % AlCONS анализатора TEF более сложны для проведения и оценки, но они содержат доказательства, необходимые для устранения причины или причин. На рисунке 15-8 показано, как преобразовать измерения STI в % AlCONS. Ожидание близких корреляций между оценками СИ и слушателями реальной жизни чрезмерно оптимистично. Тонкая настройка звуковых систем для максимальной SI выполняется с помощью ETC, уделяя особое внимание синхронизации сигналов и выравниванию прямого звука.

В правильно спроектированной звуковой системе, полученные таким образом ETC не должны иметь ранних отражений, менее 10 мс. Правильное место для разделения прямого звука от отраженного звука - это измерение только прямого звука. Мое мнение, хотя и противоречивое, что ранние отражения менее 30 мс прямого звука не помогают разборчивости. Они повышают воспринимаемый уровень звука. Насколько мне известно, не было показано, что мозг интегрирует ранние отражения, не иначе как громкости.

Кривая времени огибающей, ETC, является очень полезным способом получения данных относительно разборчивости речи. Методы ETC не только позволяют надежно собирать L_N, L_D, L_R и RT₆₀, но в то же время позволяют просматривать фактическую причину, если таковая имеется, плохой разборчивости. На экране ETC легко увидеть, являются ли причины статистическими, конкретными или смешанными.

Как мы видели в нашем исследовании акустики большой и малой комнаты, статистическая основа использования уравнений на основе уравнений Сэбина уже недействительна, когда время реверберации становится малым. Также не прогнозируется использование этих уравнений при использовании в таких пространствах. К счастью, когда уравнения на основе Сэбина более не действуют, мы находимся в акустической среде, которая не может навредить разборчивости посредством реверберации.

15.6.6. Причины уменьшенной разборчивости.

1. Плохое соотношение SNR.

2. Чрезмерная реверберация (т. е. уменьшает LD - LR).

3. Специфичные длинные, отсроченные, высокоуровневые отражения.

4. Перекос (рассогласование) громкоговорителя между одинаковыми устройствами.

5. Отсутствие синхронизации (электронное).

6. Нарушение выравнивания, перекос выравнивания (Misequalization).

7. Некачественные устройства (т. е. низкий коэффициент Q, когда требуется высокий коэффициент Q).

8. Расстояние от источника (т. е. увеличение LD - LR путем сокращения D2).

Рисунок 15-8. Преобразование измерений STI в% ALCONS. (Courtesy Farrel Becker.)

Ниже приведены некоторые из способов устранения проблем, вызывающих снижение разборчивости.

SNR и чрезмерное время RT₆₀. Инженер звуковой системы должен обработать SNR, указав кривую приемлемого уровня шума (NC), а также подходящий RT60 для октавных полос 500 Гц, 1 кГц и 2 кГц.

Конкретные отражения. Исправление определенных длинных, отложенных, высокоуровневых отражений становится вопросом размещения и/или ориентации громкоговорителя. Только в редких случаях речь идет об обработке комнаты.

Синхронизация. Синхронизация обычно используется, когда используются электронные средства, обычно цифровое устройство задержки, для синхронизации двух устройств, которые должны быть физически разделены, но должны быть акустически подключены к идентичным временам поступления в уши слушателя, на рис. 15-9, 15-10 и 15-11.

А. Между далеким броском и близким броском рупор рассогласован на 300 µс.

B. С устройством точной сигнальной задержки, корректирующим рассогласование 300 µс (обратите внимание на увеличение в LD).

Рисунок 15-9. Показания до и после, ETC, измеренные в аудитории, в результате выравнивания (синхронизации) двух рупоров. Измерения проводились в области перекрытия двух устройств.

Перекос (Misalignment). Рассогласование громкоговорителей подобных устройств, вероятно, является наиболее распространенной причиной снижения разборчивости звуковых систем. Перекос приводит к тому, что громкоговорителями излучаются острые лепестки, которые могут возбуждать поверхности стен. Это приводит к увеличению уровня звукового поля реверберации.

Перекос выравнивания (Misequalization). Перекос выравнивания также происходит чаще, чем предполагалось. Перекос уровней, часто связанных с неправильным использованием эквалайзеров, может привести к снижению разборчивости из-за преждевременных искажений, возникающих перед усилителем мощности.

Неправильные коэффициенты Q и углы охвата. Сегодня используются громкоговорители, которые имеют низкую разборчивость на открытом воздухе, не говоря уже об их работе в сложной акустической среде. Наиболее частым злоупотреблением является использование в реверберационном пространстве устройств со слишком низким коэффициентом Q.

Расстояние от источника. Когда все остальное плохо, устранение проблемы приведет к уменьшению расстояния от источника до слушателя. Мы никогда не были в окружающей среде, где считается правильным, что вы можете общаться лицом к лицу.

A. Два рупора одновременно.

B. Выравнивание сигнала, используемое для задержки сигнала ближнего броска 300 µс.

A. Нарушение физического выравнивания на 3 дюйма.

B. Физическое выравнивание.

15.7. Неакустические проблемы артикуляции.

Перекос поляризации электронных компонентов, перекос в эквализации электронных компонентов или паразитные колебания из-за неправильного проводного соединения или неправильного заземления могут привести к значительному уменьшению разборчивости.

Уравнения % AlCONS предполагают, что правильно спроектированная, правильно установленная система под рукой и что единственными оставшимися параметрами, которые необходимо учитывать, являются те, которые присутствуют в акустической среде. Когда есть плохая разборчивость, это чаще всего связано с системными проблемами, чем с проблемами акустической среды.

15.8. Связь между Q_MIN и D_{2 (MAX).}

Нет ничего необычного в том, что Q_{MIN (SS)} не предоставляет необходимые C∠, необходимые для равномерного охвата аудитории. Если в исходной позиции единого источника должно быть проверено несколько устройств (например, устройство с «длинным броском» и высоким коэффициентом Q, и устройство с «коротким броском» и низким коэффициентом Q). Процедура состоит в увеличении Q_{MIN (SS)} в N раз.

Q рупоров «короткого броска» можно найти по:

Уменьшение в четыре раза приводит к устройству с коротким броском, имеющему на оси уровень на 6 дБ ниже, чем устройство с длинным броском, для одной и той же мощности. Здесь важно отметить, что L_R определяется выходной мощностью устройств, а не их чувствительностью. В реальном реверберирующем звуковом поле мы хотим получить равный энергетический вклад от каждого устройства. В условиях свободного поля вы можете изменять фактическую мощность устройства, чтобы получить желаемые уровни, поскольку слушатель слышит, по существу, только L_D. Изменение мощности входов на устройствах в действительно реверберирующем пространстве может быть катастрофическим для % ALCONS.

Когда NQ_{MIN (SS)} превышает реализуемое значение, мы прибегаем к сокращению D₂. Когда вызывается эта опция, то мы обычно выбираем устройство с желательными характеристиками покрытия, не уделяя чрезмерного внимания его Q. Затем мы находим N для устройств, выбранных с помощью:

Поскольку N увеличивается, а Q не увеличивается, то мы вычисляем новое расстояние D_{2 (MAX)}

Этот тип системы заменил более короткое расстояние D₂ для требуемого значения N_{Q (SS)} и сохранил D/R или L_D - L_R, необходимые для задействованных % ALCONS. Обычно используется задержка сигнала, и слушатель в зоне аудитории получает сигнал, который невозможно отличить от массива нескольких устройств в одной точке. Невозможность либо увеличить Q, либо сократить D2 при увеличении N может значительно повлиять на% ALCONS.

15.9. Распределение верхнего уровня высокой плотности.

Несколько источников генерируют амплитудные отклики «гребенчатого фильтра». Интересно, однако, что, если используется достаточно источников, то пики одного отклика гребенчатого фильтра имеют тенденцию заполнять пустоту другого отклика гребенчатого фильтра, и наша результирующая кривая сглаживается. D₂ может в редких случаях становиться настолько коротким, что единственный ответ - это системы громкоговорителей «pew back» (т. е. громкоговорители, установленные в задней части скамьи или сидений, обычно с одним громкоговорителем для каждых двух или трех слушателей).

15.10. Переменные % ALCONS.

15.10.1. Роль коэффициента Q в% ALCONS.

На рисунке 15-12 показан эффект для громкоговорителя с Q = 1, для громкоговорителя с Q = 5 и для громкоговорителя с Q = 50. Влияние таких драматических изменений в L_D - L_R может иметь или не иметь драматического влияния на% ALCONS. Как только уровень реверберирующего звукового поля опускается ниже определенной точки, он, как и SNR, больше не оказывает никакого влияния на вычисления или измерения под рукой.

15.10.2. Роль Sā и Ма в % ALCONS.

Когда L_D - L_R является сильно отрицательным значением, его можно изменить либо с помощью изменения L_D (т. е. увеличить Q или Me, что позволяет L_W понизить L_R или уменьшить D₂) или путем изменения L_R