VPT 2008 1

Spraakverstaanbaarheid(criteria, normalisatie, subjectieve en objectieve

verstaanbaarheidsmaten, toepassingen en voorspelkracht)

Herman J.M. Steeneken

(www.steeneken.com)

VPT 2008 2

• Kwaliteit van Spraakcommunicatie

• Spraakverstaanbaarheidmaten

• Evaluatiemethoden (subjectief-objectief)

• Voorspellingsmethoden

• Samenvatting

Overzicht

VPT 2008 3

Het communicatiekanaal

VPT 2008 4

Spreker (stem, moedertaal, vocale inspanning)

Transmissiepad (lawaai, akoestiek, vervorming)

Luisteraar (gehoor, moedertaal)

Het communicatiekanaal

VPT 2008 5

Spraakcommunicatiekwaliteit

Spraakwaliteit

Spraakverstaanbaarheid

Vocale inspanning

Objectieve voorspellingsmethoden

VPT 2008 6

Toepassing en criteria (ISO-9921)

Toepassing bij: verst. “vocal effort”

Gevaar en waarschuwing matig luid Persoon-tot-persoon (kritiek) redelijk luid Persoon-tot-persoon (algemeen) goed ontspannen Omroepinstallaties openbaar goed normaal Persoonlijke comm. systemen goed normaal

VPT 2008 7

Evaluatiemethoden

Subjectieve evaluatie• meerdere sprekers en luisteraars• specifieke testmethoden• representatief• resultaten soms niet reproduceerbaar

Objectieve evaluatie• voorspelling van verstaanbaarheid• diagnostisch• reproduceerbaar

VPT 2008 8

Subjectieve evaluatie

• Mean Opinion Scores (korte zinnen)beoordeling op (vijfpuntsschaal), zeer veel ppn.

• Speech Reception Thresholdslechts voorspelling bij 50% zinsverstaanbaarheid

• (Nonsens)woorden in (dragerzin)indirect, groot bereik, arbeidsintensief

VPT 2008 9

Objectieve evaluatiemethoden

• Speech Interference Level (SIL)beperkt tot directe communicatie in lawaai

• Speech Transmission Index (STI)geschikt voor alle soorten vervorming

• Speech Intelligibility Index (SII)geen niet-lineaire en temporele vervorming

VPT 2008 10

Relatie tussen subjectieve en objectieve verstaanbaarheidsmaten

VPT 2008 11

Kwalificatie Sent.% CVC % PB % STI LSA – LLN

nonsens bestaande dBwoorden woorden

Uitstekend 100 >81 > 98 >0.75 21

Goed 100 70-81 93-98 0.60-0.75 15 - 21

Redelijk 100 53-70 80-93 0.45-0.60 9 - 15

Matig 70-100 31-53 60-80 0.30-0.45 3 - 9

Slecht <70 <31 <60 < 0.30 <3

Relatie tussen subjectieve en objectieve verstaanbaarheidsmaten

VPT 2008 12

Demonstratie van vier kwalificaties

Uitstekend SNR = 11 dB

Goed SNR = 5 dB

Redelijk SNR = 1 dB

Matig SNR = - 4 dB

Toegevoegde ruis op basis van het gemiddeldespraakspectrum

VPT 2008 13

Toepassing Verst. SIL STI Vocale inspan.

Alarm Waarschuwing matig 9 0.45 Luid

Persoon-tot-persoon (kritisch) redelijk 9 0.50Luid

Persoon-tot-persoon (ontspan.) goed 15 0.60 Ontspan.

Omroepinstallatie openbaar redelijk 11 0.50 Normaal

Persoonlijke communicatie redelijk 11 0.50 Normaal

Criteria ISO-9921

VPT 2008 14

Voorspellingsmethoden

SIL, vocale inspanning, omgevingslawaai

STI, vocale inspanning, geslacht spreker,omgevingslawaai, bandbreedte-beperking,

maskering, nagalm, echo’s, niet-lineairiteit,(IEC 60268-16)

SII, vocale inspanning, omgevingslawaai,bandbreedte-beperking, maskering,(ANSI 305.2)

VPT 2008 15

Demonstratie van kwalificatie “Redelijk”

Redelijk SNR = 1 dB, (STI = 0,53)geen bandbreedte-beperking

Redelijk SNR = 3 dB, (STI = 0,53)bandbreedte 375 - 5600 Hz

Toegevoegde ruis op basis van het gemiddeldespraakspectrum

VPT 2008 16

Speech Transmission Index (STI)

Gewogen SNR levert voorspelling spraakkwaliteit

VPT 2008 17

Modulatieoverdracht (lijnfrequentie)

VPT 2008 18

Omhullende funktie en spectrum

VPT 2008 19

Omhullende funktie met nagalm en ruis

VPT 2008 20

Modulatieoverdracht (MTF)

De MTF wordt verkregen door de omhullende-spectra van het originele en ontvangen spraaksignaal te vergelijken

VPT 2008 21

Matrix voor zeven MTF’s

1 Hz

X

3 Hz

10 Hz10 Hz

VPT 2008 22

Modulatieoverdracht meten met testsignaal

VPT 2008 23

Berekening STI (Spraak Transmissie Index)

Voor elke octaafband wordt eerst de effectieve SNR bepaald

De gewogen octaaf-bijdrage levert de STI

VPT 2008 24

octave-band centre frequency (Hz)

frequ

ency

-wei

ghtin

g fa

ctor

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

125 250 500 1k 2k 4k 8k

nonsense syllables (Pavlovic et al. 1984, ANSI S3.5)PB-words (Steeneken et al. 1980, IEC 60268-16)initial consonants (Steeneken, 1992)vowels, (Steeneken, 1992)

Optimale frequentieweging

De bijdrage perfrequentieband hangtaf van het type spraak

VPT 2008 25

Redundante informatie is overbodig!

VPT 2008 26

octave-band centre frequency (Hz)

frequ

ency

-wei

ghtin

g fa

ctor

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

125 250 500 1k 2k 4k 8k

CVC words male speech female speech

Redundantie in het spraakspectrum

VPT 2008 27

Proefpersonen aan het werk

VPT 2008 28

Proefpersoon responsies

CVC woorden, dragerzin:

versta des overen nu fijs uithet woord zek eindenoteer lal punt

“Semi random” combinatievan:

17 beginmedeklinkers15 klinkers11 eindmedeklinkers

VPT 2008 29

Relatie tussen woordscores en STI

STI r

CV

C-w

ord

scor

e (%

)

1

2

3

4

5

6

78

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

0

20

40

60

80

100

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

male speech

Relatie STI/CVC-score voor mannelijke spraak en condities met ruis en bandbreedte-beperking

De verticale spreiding bedraagt s.d. 4.8%

VPT 2008 30

STI voor Cabine-omroepinstallatie

VPT 2008 31

Iso STI-contouren in collegezaal

VPT 2008 32

STI als funktie het omgevings-lawaainiveau

Twee condities (met en zondertoespreekinstallatie)

Verschil in lawaainiveau bijzelfde STI-waarde leverteffectieve versterking van detoespreekinstallatie

Effectieve versterking van PA-systeem

VPT 2008 33

STI gemeten met spraaksignalen

MTF via verschil vanomhullendespectra vanverzonden en ontvangenspraaksignalen

Toepasbaar bij ruis, nagalm en echo’s maarniet bij niet-lineairevervorming

VPT 2008 34

RASTI (room acoustical STI, 1980)

Screening-apparaat

2 Octaafbanden

Continu testsignaal

Verouderd (gebruik STIPA)!

VPT 2008 35

STIPA (STI Public Address, 2001)

Evaluatie voor Public Address

Omvat: akoestische omgeving, bandbreedtebeperking, oversturingsvervorming

Zeven octaafbanden (125 Hz en 250 Hz samen)

Complex omhullende (2 simultane modulatie- frequenties per band)

zie: IEC 60268-16

VPT 2008 36

Conclusies

Criteria voor vele toepassingen volgens ISO-9921

Subjectieve methoden: representatief, niet diagnostisch

Objectieve methoden: voorspellen, snel, diagnostisch