[发明专利]一种具有教室语言清晰度测量功能的扩声系统

说明书

本发明公开了一种具有教室语言清晰度测量功能的扩声系统，包括扩声音箱、麦克风、音频主机等；音频主机采用改进的STI间接法测量语言传输指数，扩声音箱用于老师讲课声音的扩音和测试激励信号的播放，麦克风布置于教室内的各个测量点，用于测试信号的接收，将接收到的音频信号传输到音频主机；音频主机中的数字处理单元对传入的数字信号进行处理，计算得到语言传输指数STI，并根据语言传输指数STI值获得在各个测量点听课的语言清晰度。本发明具有精度高、误差小、可实时测量、可同时测量多个位置等优点，并且能够消除了由于发言者个体声音差异引起的测量误差，能更加准确地反映真实上课的语音清晰度。

技术领域

本发明涉及扩声系统技术领域，尤其涉及一种具有教室语言清晰度测量功能的扩声系统。

背景技术

扩声系统通常是指把讲话者的声音对听话者进行实时放大的系统，使得讲话者和听话者处在同一个声学环境中，扩声系统包括扩声系统和声场。成功的扩声系统必须要具有足够的响度和足够的清晰度，并且能使声音均匀地覆盖听众区域。

现在大多数的扩声系统在使用时都会面临着一个问题，即扩声系统的扩声增益应该调节到多少才能保证听众区域具有均匀的声场和足够的清晰度。语言传输指数(STI)是评价语音传输品质的客观评价方法。研究证明，语言传输指数与语言清晰度具有很大的相关性。一般而言，语言传输指数越大，说明语言清晰度越高。汉语清晰度与语言传输指数之间的关系如图1所示。我国国家标准GB/T 12060.16-2017中明确规定在教室、报告厅等场景下，要想达到较好的语言清晰度，语言传输指数值应不小于0.62。

STI的测量通常有两种方法，一种是直接测量法，即对声传输系统发出特定的测试信号，通过分析并识别接收到的信号，得到声传输系统的STI，根据STI值就能够确定语言清晰度。通常，测试信号包含7个从125Hz～8kHz的倍频带噪声载波信号，这些载波信号对应于语言的频谱，每个噪声载波信号用一个或多个调制频率调制，这些调制频率对应于不同词、句子的声学特征导致的语言信号的波动起伏。为与语言的语速对应，典型的调制频率从0.5Hz～16Hz按照1/3倍频程分布，共14个。完整的STI是经过对7×14＝98个调制数据点(调制转移矩阵)的综合计算得到的。采用完整的STI直接法进行测量至少需要15分钟，因此这种方法并不实用，大多用在研究方面。

另一种是间接测量法，因为调制传递函数MTF是STI计算的核心，所以MTF可使用Schroeder提出的方法从传输通路的脉冲响应中导出。因此，MTF的计算公式为：

式中，m(f_m)是调制转移函数，h(t)是房间脉冲响应，f_m是调制频率，SNR是信噪比。间接法STI只适用于线性时不变系统。使用这种方法需要丰富的经验，因为测量系统允许对一些参数进行调整，这会影响最终的结果。

STIPA(speech transmission index for public address systems)是从STI衍生出来的简化形式，STIPA是对每个载波用两个调制频率调制，一共14个调制数据点。由于该方法有效缩减了测量STI所需要的时间，所以得到了较为广泛的应用。不过该方法使用的测试信号是人工合成的模拟人声的音频信号，且模拟人声的音频信号是以英语语言为基准。众所周知，汉语和英语两种语言在发音等方面具有很大的不同。如果直接采用原始的STIPA测试信号来测量汉语的语言清晰度，难免会带来一些不可避免的误差，从而影响清晰度的测量结果的准确性。

传统的STI测量结果，只是反映了房间的声学特性，与发言者发音的个体差异无关。但实际上课时，听课者实际听到的声音的清晰度不仅与房间的声学特性有关，还跟讲课者本身的发音清晰度有关，另外教室内安装的扩声系统也会对声音的清晰度产生影响。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种具有教室语言清晰度测量功能的扩声系统。