应用早期衰变时间计算语言传输指数

    语言清晰度是室内声环境评价最重要的指标之一.20世纪80年代初,荷兰声学家Houtgast及Steeneken[1]提出由调制转移函数导出语言传输指数(STI)及其简化指标的方法,客观评价厅堂的语言清晰度.国际电工委员会和我国电声标准委员会也先后建议用STI或其简化指标作为厅堂和扩声系统语言清晰度的客观评价参数.语言传输指数是通过测量从声源到接收者(听众)的声传输通路的调制转移函数而得到的.本文应用建筑声学设计软件Odeon,在不考虑噪声影响条件下对6个语言用厅堂55个不同听音位置采用3种不同计算方法分析语言传输指数之间的差异.

    1 语言传输指数及其计算

    设输入信号的声强Ii(t)为

Ii(t) =?Ii(1+cos 2Pft), (1)

    Ii为声强幅值,f为调制频率.输出信号的声强为

I0(t) =?I0{1+ m(f)cos[2Pf(t-H)]}. (2)

    其中m(f)为系统的调制指数,H为传输引起的时间延迟.当输入信号的调制度为1时,系统输出信号的m(f)即为调制转移函数,它是调制频率f的函数.由调制转移函数导出语言传输指数的方法与求清晰度指数的的方法相似.由调制转移函数转换为语言传输指数最重要的一个步骤是使将每个m值的作用以表观信噪比(S/N)来解释,即对受混响和噪声干扰的m值经逆变换求出表观信噪比:

    调制转移函数的分析要给出在125 Hz~8 kHz频率范围内的7条调制转移函数曲线,每条曲线用三分之一倍频带在0.63~12.50 Hz调制频率范围内进行频谱分析.由获得的7@14个数据的m矩阵可分别转换为98个表观信噪比(S/N)c数值.然后把表观信噪比(S/N)c限制在?15 dB范围内求平均.对于同一倍频程的调制转移函数曲线,导出的(S/N)c采用简单平均获得(S/N)ck,然后对其余不同倍频程的(S/N)ck采用加权平均,最后求得平均表观信噪比:

    式中Xk为计权因子.由平均表观信噪比(S/N)c经归一化可导出语言传输指数:

    由于房间可看作是一个线性系统,其传输特性可以用脉冲响应p(t)或传输函数P(f)表示.Shroeder已经证明复调制转移函数对应于房间脉冲响应的复数傅里叶变换,其实部等于平方脉冲响应的归一化傅里叶变换[2]:

    对于给定的听音位置,只要知道该位置的脉冲响应,就可以根据(6)式得到该位置的调制转移函数,再根据(5)式计算其指数值.

    在理想扩散声场中,声能衰变遵循指数规律,此时平方脉冲响应为

    式中C为常数,T为混响时间,它定义为声能衰变60 dB所需要的时间.实际应用中可将声能衰变30dB所需要的时间T30乘以2来计算混响时间.大量实验研究表明,声能衰变过程中开始下降的前10dB的衰变率(斜率)对混响的主观感最为密切[3].根据初始10 dB衰减所需时间乘以6可推算出声能衰变60 dB需要的时间,称为早期衰变时间(EDT).