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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 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.

STIPA noise modulation

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.

STIPA octave bands de

 

Wie sieht eine praktische STIPA Messung 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.

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. 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.

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.