STI DIN60268-16 die direkte Methode
Messung der Sprachverständlichkeit durch Hörtests
Klassischerweise misst man die Sprachverständlichkeit durch Hörtest. Ein Sprecher liest eine Liste von Reimwörtern (Leim Beim Reim usw.). Verschiedene Zuhörer notieren welche Wörter sie gehört haben und man erhält durch statistische Auswertung die Sprachverständlichkeit. Diese Methode bezeichnet man als subjektives Verfahren. In der Praxis ist dies jedoch sehr aufwendig und wird daher kaum eingesetzt. Andererseits sind natürlich Hörtests die Referenz - der Gold-Standard. Alle anderen Verfahren müssen sich damit vergleichen. Wir beschäftigen uns daher im folgenden nur mit einer anderen Klasse von Verfahren, die nicht auf Hörtests basieren.
Eine objektive Methode zur Messung der Sprachverständlichkeit
Hier geht es um reproduzierbare Verfahren, die automatisch ausgewertet werden. Ein sinnvoller Ansatz wäre, ein standardisiertes Sprachsignal von einem Tonträger abzuspielen. Ein automatisches Spracherkennungssystem würde die Sprachqualität bewerten und die Sprachverständlichkeit berechnen. Ein solches Verfahren wäre mit heutigen Computern möglich und wird in naher Zukunft sicher standardisiert werden.
Stand der Technik sind jedoch weitaus einfachere Verfahren, die ohne einen extrem komplexen Spracherkenner auskommen. Die Grundidee ist ein spezielles Testsignal zu verwenden, das durch die Raumakustik so beeinflusst wird, dass diese Veränderung leicht messbar ist. Dieser Einfluß wird in die Sprachverständlichkeit umgerechnet. Diese Verfahren wurden Ende der 1970 Jahre von Steeniken et al entwickelt und in der DIN/IEC60268-16 standardisiert. Es sind zwei Verfahren normiert, die direkte und indirekte Methode. Die direkte Methode und insbesondere die STIPA-Methode findet man am häufigsten.
Elektroakustische Notfallwarnsysteme gemäß DIN EN 50849 VDE 0828-1:2017-11
Gerade für Notfallanlagen, bei denen im Ernstfall eine Durchsage von allen Personen im Gefahrenbereich verstanden werden muß, ist die Sprachverständlichkeit des Gesamtaufbaus von elementarer Bedeutung. In diesen Bereichen ist der Nachweis der Sprachverständlichkleit gemäß - DIN EN 50849 VDE 0828-1:2017-11 Elektroakustische Notfallwarnsysteme - vorgeschrieben. In diesem Bereich ist die Messung mit der direkten Methode nach DIN60268-16 Stand der Technik.
Die direkte Methode nach DIN60268-16
Die direkte Methode ist etwas anschaulicher und finden Sie als STIPA Methode in verschiedenen Mess-Geräten. Die indirekte Methode ist deutlich effizienter und genauer. In diesem Teil behandeln wir jedoch nur die direkte Methode.
Schauen wir uns zunächst das STIPA Testsignal an. Es besteht aus einem Rauschsignal, das amplituden-moduliert (AM) ist.
Dieses Signal hat zunächst nichts mit menschlicher Sprache zu tun. Viele statistische Größen entsprechen allerdings der menschlichen Sprache.
Die Grundidee ist, dass durch Störeinflüsse, insbesondere Nachhall, der Modulationsgrad des Signals verringert wird.
Letzlich passiert mit menschlicher Sprache durch Nachhall genau das. Die Modulation geht verloren und die Sprachverständlichkeit verrringert sich.
Und genau diese Verringerung der Modulation kann automatisch bei dem STI-Signal gemessen werden und daraus die Sprachverständlichkeit berechnet werden. Die STI-Methode wertet nur den Frequenzbereich zwischen 125 und 8000Hz aus. Dieser Frequenzbereich wird in 7 Oktavbänder eingeteilt. (Eine Oktave ist immer eine eine Verdoppelung der Frequenz).
Eine STI-Messung dauert lange!
Pro Oktavband werden 14 Modulationsfrequenzen zwischen 0.63Hz und 12Hz verwendet. Aufgrund der geringen Modulationsfrequenzen dauert eine Messung pro Modulationsfrequenz ca. 20s. Immerhin können alle 7 Oktavbänder prinzipiell gleichzeitig gemessen werden. Eine vollständige STI-Messung dauert daher ca. 5min. Dies ist in der Praxis recht unhandlich. Daher existiert eine vereinfachte Variante, die STI-PA Methode.
Die STI-PA Methode
Die STI-PA Methode verwendet lediglich zwei Modulationsfrequenzen pro Oktavband. Dabei sind die Modulationsfrequenzen so ausgelegt, dass alle Werte in einem Durchgang gemessen werden können. Eine STI-PA Messung dauert daher nur ca. 20s. Dieses Messverfahren finden Sie in verschiedenen Handschallpegelmessern z.B. NTI Xl2 oder Bedrock SM50/90 und AM100.
Testsignal für eine STIPA Messung
Das Testsignal für STIPA enthält moduliertes Rauschen in 7 Okavbändern.
Wie sieht eine praktische STIPA Messung nach DIN60268-16 aus?
Über einen Lautsprecher wird das STIPA Signal kontinuierlich abgestrahlt. An verschiedenen Messpositionen im Raum wird das Messmikrofon aufgebaut und die Messung gestartet. Die Messung ist vollautomatisch und liefert nach ca. 20s einen Messwert. Bitte beachten Sie, dass die STIPA-Methode pegelabhängig ist. Die optimale Lautstärke des Sprachsignals liegt bei 65dBA. Ein sehr lautes sowie ein sehr leises Signal verschlechtern die Sprachverständlichkeit. Die Messkette muss daher kalibriert sein.
Bei Sprachalamierungsanlagen (SAA) wird das Testsignal in der Regel elektrisch eingespeist. In Einzelfällen wird jedoch eine "Talkbox" benötigt, wenn das Durchsagemikrofon mit erfasst werden soll.
Welche Geräte benötigen Sie für eine STIPA Messung?
- Das STIPA-Messgerät, in der Regel auf Basis eines Handschallpegelmessers. z.B. Bedrock SM50 oder der NTI XL2
- Ein Schallpegelkalibrator ist zwar nicht zwingend in der DIN60268-16 vorgeschrieben. Eine kalibrierte Messkette ist jedoch erforderlich, um die Pegelabhängigkeit und das Hintergrundgeräusch zu erfassen. Es ist eine allgemein anerkannte Praxis, das Messgerät vor jeder Messung zu kalibrieren. Dies ergibt auch aus einschlägigen Normen wie ISO1996. Im Bereich der Sprachverständlichkeit ist ein Kalibrator der Klasse 2 (z.B. Center 326) ausreichend.
- Eine Quelle für das Test-Signal (STIPA-Rauschen). Das Testsignal kann elektrisch oder akustisch eingespeist werden. Soll das Durchsagemikrofon mit getestet werden (und auch die Raumakustik im Durchsageraum), so benötigen Sie eine Schallquelle, die den menschlichen Mund simuliert. Dies ist in der Regel eine "Talkbox"- ein Testlautsprecher zur Messung der Sprachverständlichkeit.
Berücksichtigung von Hintergrundgeräuschen
Die Sprachverständlichkeit am Empfangsort wird zum einen von Parametern des Übertragungssystems, wie z.B. Raumakustik, Schallpegel, Frequenzgang oder z.B. Verzerrungen, zum anderen von Hintergrundgeräuschen beeinflusst.
Es ist daher nicht ausreichend, die Sprachverständlichkeit z.B. eines Evakuierungssystems in einem leeren Kaufhaus zu messen. Die Sprachverständlichkeit eines solchen Systems muss jedoch gerade bei dem Lärm einer Notfallsituation verstanden werden.
Es ist in vielen Fällen leider nicht praktikabel eine Messung während des normalen Publikumverkehrs durchzuführen, da dies zu einer erheblichen Belästigung führt. Desweiteren kann das Hintergrundgeräusch die STI-Berechnung stark verfälschen, insbesondere wenn tonale oder impulsive Komponenten enthalten sind. Daher ist es sinnvoll, die Messung ohne Publikum durchzuführen und den zu erwartenden Hintergrundlärm durch einen Korrekturfaktor pro Oktavband getrennt zu berücksichtigen.
Signal-zu Rauschabstand
Der Signal-zu Rauschabstand (SNR) hat einen wichtigen Einfluss auf die Sprachverständlichkeit. Der SNR berechnet sich aus dem Pegeldifferenz des Nutzsignal und des Störsignals. Die Pegeldifferenz wird in dB angegeben. Das SNR sollte für STI-Messungen in Oktav-Bändern bestimmt werden.
Je schlechter das SNR, desto schlechter ist auch die Sprachverständlichkeit.
Die Sprachverständlichkeit kann im allgemeinen verbessert, in dem der Pegel der Sprache (das Nutzsignal) verbessert werden. Für menschliche Sprecher ist dies nur eingeschränkt möglich, da es belastend ist, mit höherer Lautstärker zu sprechen. Mit Lautsprechern sind grundsätzlich höhere Pegel möglich. Allerdings kann allgemein eine ungünstige Raumakustik NICHT durch höhere Pegel ausgeglichen werden sondern nur in sehr engem Rahmen. Ein sehr anschauliches Beispiel ist die Akustik in einer Kirche. Diese kann durch "kräftige" Lautsprecher nicht verbessert werden.
Das SNR liegt für STI-Messungen in einem relevanten Bereich von –15dB bis +15dB. Das bedeutet auch, wenn der SNR bereits bei +15dB liegt, kann die Sprachverständlichkeit durch Pegelerhöhung nicht mehr verbessert werden. Ganz im Gegenteil, die Sprachverständlichkeit kann sich durch hohe Pegel verschlechtern.
Bei einer seriösen STI-Messung sollte das Hintergrundgeräusch immer mit vermessen und dokumentiert werden.
Pegelabhängigkeit der Sprachverständlichkeit
Die Sprachverständlichkeit hängt vom Pegel des Sprachsignals ab. Bei sehr niedrigen Pegeln überwiegt das Rauschen und die Sprachverständlichkeit ist schlecht. Das menschliche Ohr ist sehr leistungsfähig, da der Pegel des Sprachsignal sogar unterhalb des Störsignals liegen darf. Nimmt der Signal-Pegel zu, verbessert sich der Störabstand und auch die Sprachverständlichkeit. Ab einer bestimmten Lautstärke nimmt die Sprachverständlichkeit durch Maskierungseffekte wieder ab. Dieser Effekt wird durch die STI-Methode simuliert. Hohe Pegel führen daher zu einer Abwertung der Sprachverständlichkeit. Aus diesem Grund müssen STI-Messungen auch kalibriert durchgeführt werden um den absoluten Schallpegel zu erfassen.
Welche Messgeräte gibt es zur Messung der Sprachverständlichkeit nach der STIPA-Methode?
Messysteme zur Sprachverständlichkeit STI/STIPA gemäß DIN60268-16 finden Sie als:
- PC-gestütztes Systeme wie Akulap
- Handschallpegelmesser wie dem NTI XL2 oder Bedrock SM50
- Bibliotheken zur Integration von Messverfahren der Sprachverständlichkeit in Ihre Produkte
Neben dem Marktführer NTI XL2 hat sich seit einigen Jahren das Gerät Bedrock SM50 einen Namen gemacht.
In diesem Gerät ist alles enthalten was für raumakustische Messungen benötigt wird.
Neben STIPA ist dies insbesondere
- Nachhallzeit in Terzbändern
- Unkomprimierte Tonaufzeichnung
Bitte beachten Sie, dass wir viele STIPA Messgeräte (u.a. NTI XL2) auch vermieten
