Entwicklung von Elektroakustik Systemen mit hoher Sprachverständlichkeit

Transkript

1 Entwicklung von Elektroakustik Systemen mit hoher Sprachverständlichkeit Dirk Noy MSc Physik, Partner Geschäftsführer WSDG Europe Office 2017 AVIXA

2 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 2 VON 54

3 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 3 VON 54

4 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT Die Sprachverständlichkeit eines elektroakustischen Übertragungssystems ist quantitativ messbar. Verschiedene Metriken sind bekannt, z.b. AL cons, STI, RASTI oder STI-PA. Es ist zu beachten, dass die Messgrösse obwohl (z.b. im Falle von STI) international anerkannt und vielfach verwendet in bestimmten Fällen subjektiv gesehen nicht unbedingt der gehörten Sprachqualität entspricht. Dieses Phänomen ist in der Fachwelt bekannt und allgemein akzeptiert, aber ein neuer (präziserer) Mess-Standard liegt momentan in weiter Ferne. 4 VON 54

5 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT Rangliste der Einflussfaktoren Die einzigen beeinflussbaren Faktoren sind: a. Raumakustik b. Elektroakustik 5 VON 54

6 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT Word Articulation Älteste Art der Messung von Sprachverständlichkeit, mithilfe eines Sprechers, phonetischen Wortlisten und einem mitschreibenden Publikum. 6 VON 54

7 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT AL cons Articulation Loss of Consonants Alcons beschreibt den prozentualen Anteil der Konsonanten, die bei der Übertragung verloren gehen. Alcons erlaubt eine maschinelle Berechnung und Messung von Sprachverständlichkeit. AL CONS 2 2 DT % VQ ZIELWERT D T 60 V Q Abstand zwischen Quelle und Hörer Nachhallzeit Raumvolumen Directivity Factor der Schallquelle 7 VON 54

8 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT Beispiel 1 Modifikation der Raumakustik 8 VON 54

9 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT Beispiel 2 Modifikation der Elektroakustik 9 VON 54

10 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 10 VON 54

11 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI Speech Transmission Index Die STI Metrik basiert auf der Berechnung bzw. Messung eines Modulationsindexes. Eine bestimmte Audiofrequenz (z.b. 500Hz) wird dabei in der Amplitude (also in der Lautstärke) moduliert, d.h. lauter und leiser gefahren. Die Modulation findet ebenfalls mit einer gewissen Frequenz statt (z.b. mit 2Hz). Der Modulationsindex auf der Eingangsseite (also vom Messignal) beträgt 100%, was einer perfekten Sprachübertragung entsprechen soll. 11 VON 54

12 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI Speech Transmission Index Der Modulationsindex auf der Ausgangsseite wird berechnungs- bzw. messtechnisch erfasst (z.b. 50%). 12 VON 54

13 Je 14 verschiedene Modulationen SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI Speech Transmission Index STI erlaubt eine maschinelle Berechnung und Messung von Sprachverständlichkeit. Der Algorithmus ist komplex und langwierig, die Resultate sind brauchbar. 7 Frequenzen Speech Transmission Index (STI) Berechnung mittels Modulation Transfer Function (MTF), basierend auf 98 Werten 13 VON 54

14 Je 4 bzw. 5 verschiedene Modulationen SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT RASTI Room Acoustic Speech Transmission Index RASTI erlaubt eine rasche, maschinelle Berechnung und Messung von Sprachverständlichkeit. Die Resultate des Algorithmus können unkorreliert zur empfundenen Sprachverständlichkeit ausfallen. 2 Frequenzen Room Acoustic Speech Transmission Index (RASTI) Berechnung mittels Modulation Transfer Function (MTF), basierend auf 9 Werten 14 VON 54

15 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT RASTI Room Acoustic Speech Transmission Index Möglichkeit der RASTI Messung in handlichen, tragbaren Geräten. Goldline, ~ VON 54

16 verschiedene Modulationen SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI-PA Speech Transmission Index for Public Adress Systems STI-PA erlaubt eine relativ rasche, maschinelle Berechnung und Messung von Sprachverständlichkeit. Die Resultate des Algorithmus sind brauchbar. 7 Frequenzen Speech Transmission Index for Public Adress Systems (STI-PA) Berechnung mittels Modulation Transfer Function (MTF), basierend auf 14 Werten 16 VON 54

17 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI-PA Speech Transmission Index for Public Adress Systems Möglichkeit der STI-PA Messung in handlichen, tragbaren Geräten. NTI, ~2005 NTI, ~ VON 54

18 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT Kirche Matzendorf bei Solothurn, Schweiz 18 VON 54

19 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI 0.24 Hoher Raum mit viel Marmor Oberflächen Wenig Absorption, wenig Diffusion Falsch eingestellte Beschallungsanlage Deutsch Englisch Quelle Empfänger 19 VON 54

20 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI 0.49 Tiefere Deckenhöhe, Marmor durch Holz ersetzt Etwas mehr Absorption Falsch eingestellte Beschallungsanlage, weniger Lautsprecher Hinterwand (durch Windfang) mit Helmholzplatten bekleidet Deutsch Englisch Quelle Empfänger Raumakustische Massnahme 20 VON 54

21 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT Deutsch Englisch STI 0.60 Absorber-Panele an der Decke Empore und Seitenwände mit Absorbern Kalibrierte Beschallungsanlage mit abgestimmtem Frequenzgang Kissen auf allen Bänken (Hochton-Absorber Catt Simulation Quelle Empfänger Raumakustische Massnahme 21 VON 54

22 SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT STI 0.80 Decke und Wände stark absorbierend Rückwand und Empore stark absorbierend Kalibrierte Beschallungsanlage Deutsch Englisch Quelle Empfänger Raumakustische Massnahme 22 VON 54

23 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 23 VON 54

24 FALLBEISPIEL RAUMAKUSTIK Die RT 60 Nachhallzeit ist ein wesentlicher Faktor zur Beeinflussung der Sprachverständlichkeit. 24 VON 54

25 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 Zustand vor Erneuerung 25 VON 54

26 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 D0 E3 E4 D4 E5 D5 D6 E1 D7 100 m z C7 C4 C5C6 C3 C2 C1 C SPL db D1 03 E0 B2 01 B0 B1 y D2 B4 B D3 B6 B5 70 1k no data: B7 AirportZH x Raumakustisches Simulationsmodell 26 VON 54

27 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN RT60 Simulation Simulierte Nachhallzeit (a) Simulation Baffeln 40% (b) Simulation Baffeln 50% (c) Simulation Baffeln 60% (d) Simulation Baffeln 80% RT60 Nachhallzeit [s] Walters-Storyk Design Group Frequenz [Hz] 27 VON 54

28 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 STI C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B E6 0.4 D7 D3 D6 D5 D4 E3 E4 E5 D0 D1 D2 AirportZH_K Simulation STI OHNE ABSORPTION STI VON 54

29 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 STI C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B E6 0.4 D7 D3 D6 D5 D4 E3 E4 E5 D0 D1 D2 AirportZH_K Simulation STI 40% DECKENFLÄCHE ABSORPTION STI VON 54

30 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 STI C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B E D7 D3 D6 D5 D4 E3 E4 E5 D0 D1 D2 Simulation STI 50% DECKENFLÄCHE ABSORPTION STI AirportZH_K 30 VON 54

31 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 STI C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B E D7 D6 D5 D4 E3 E4 E5 D0 D1 D2 D3 AirportZH_K Simulation STI 60% DECKENFLÄCHE ABSORPTION STI VON 54

32 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 STI C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B E6 0.4 D7 D3 E3 E4 E5 D6 D5 D4 D0 D1 D2 AirportZH_K Simulation STI 80% DECKENFLÄCHE ABSORPTION STI VON 54

33 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 FLUGHAFEN BEREICH STI London Heathrow Terminal 5 >0.5 Prag Haupthalle Brüssel Terminal A New York JFK Arrivals Zürich Check-In 2 ohne zusätzliche Baffeln Zürich Check-In 2 40% Baffeln Zürich Check-In 2 50% Baffeln Zürich Check-In 2 60% Baffeln Zürich Check-In 2 80% Baffeln VON 54

34 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 Raumakustische Absorber-Baffeln 34 VON 54

35 FALLBEISPIEL FLUGHAFEN ZÜRICH KLOTEN, CHECKIN 2 Zustand nach Erneuerung 35 VON 54

36 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 36 VON 54

37 FALLBEISPIEL KKL LUZERN 37 VON 54

38 FALLBEISPIEL KKL LUZERN Teilaufgabe: Ersatz des bestehenden Elektroakustik Systems STI Bestand = VON 54

39 FALLBEISPIEL KKL LUZERN Elektroakustisches Simulationsmodell 39 VON 54

40 FALLBEISPIEL KKL LUZERN Elektroakustische In-Situ Tests 40 VON 54

41 FALLBEISPIEL KKL LUZERN Elektroakustische In-Situ Tests 41 VON 54

42 FALLBEISPIELE RAUMAKUSTIK UND ELEKTROAKUSTIK Raumakustik (Flughafen Zürich) Bestand (ohne Massnahmen) STI Erneuerung (mit 60% Absorption) STI DELTA STI Elektroakustik (KKL Luzern) Bestand (Punktquelle) STI 0.64 Erneuerung (Line Array) STI 0.70 DELTA STI VON 54

43 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 43 VON 54

44 FALLBEISPIEL PEGELABHÄNGIGKEIT Ein höherer Schalldruck resultiert oberhalb einer gewissen Lautstärke nicht in einer Zunahme der Sprachverständlichkeit (sondern genau im Gegenteil). 44 VON 54

45 FALLBEISPIEL STADION MARACAÑA, RIO DE JANEIRO, BRASILIEN 45 VON 54

46 FALLBEISPIEL STADION MARACAÑA, RIO DE JANEIRO, BRASILIEN 110dB(A) STI mean = 0.56 STI IEC male, masking on, [50000 rays (adapt), 1600 ms] (interference off) (STI < 0.55=35.1%) Bkg [db]: dB(A) STI mean = 0.58 STI IEC male, masking on, [50000 rays (adapt), 1600 ms] (interference off) (STI < 0.55=17.0%) Bkg [db]: ays (adapt), 1600 ms] (interference off) (STI < 0.55=17.0%) Bkg [db]: F6 F7 F8 F9 F2 F3 F4 F5 E8 E9 F0 F1 E4 E5 E6 E7 E0 E1 E2 E3 Maracana x D6 D7 D8 D9 E8 E9 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 H0 H1 H2 H3 H4 H5 D2 D3 D4 D5 E4 E5 E6 E7 H6 H7 H8 H9 E0 E1 E2 E3 D6 D7 D8 D9 z200 m A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 C8 C9 D0 D1 y C4 C5 C6 C7 D2 D3 D4 D5 A8 A9 B0 B1 C8 C9 D0 D1 C4 C5 C6 C7 C0 C1 C2 C3 B6 B7 B8 B9 B2 B3 B4 B5 STI E G F P B STI - E G Maracana x F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 H0 H1 E8 E9 F0 F1 H2 H3 H4 H5 E4 E5 E6 E7 H6 H7 H8 H9 E0 E1 E2 E3 z200 m A0 A1 A2 A3 y D6 D7 D8 D9 A4 A5 A6 A7 D2 D3 D4 D5 A8 A9 B0 B1 C8 C9 D0 D1 C4 C5 C6 C7 C0 C1 C2 C3 B6 B7 B8 B9 B2 B3 B4 B5 STI E G F P B Eqx [db]: G0 G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 H0 H1 z200 m B2 B3 B4 B5 C0 C1 C2 C3 B6 B7 B8 B F P B H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 B0 B1 46 VON 54

47 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 47 VON 54

48 FALLBEISPIEL METRO LINE 6, SÃO PAOLO, BRASILIEN Station Santa Marina 48 VON 54

49 FALLBEISPIEL METRO LINE 6, SÃO PAOLO, BRASILIEN STI = 0.46 STI = 0.52 STI = 0.58 PLAY STOP PLAY STOP PLAY STOP 49 VON 54

50 INHALT ENTWICKLUNG VON ELEKTROAKUSTIK SYSTEMEN MIT HOHER SPRACHVERSTÄNDLICHKEIT 1. AL cons 2. STI Speech Transmission Index 3. Fallbeispiel Raumakustik 4. Fallbeispiel Elektroakustik 5. Fallbeispiel Pegelabhängigkeit 6. Fallbeispiel Auralisationen 50 VON 54

51 Questions?? 51 VON AVIXA

52 Upcoming webinars and recordings avixa.org/insights/webinars THANK YOU! 52 VON AVIXA