Speech Transmission Index.

STI RASTI und STIPA

WinAudioMLS kann neben der Messung der Nachhallzeit, objektive Messungen der Sprachverständlichkeit durchführen. Die Berechnung der Parameter STI (Speech Transmission Index), RASTI (Room Analysis Speech Transmission Index) und STI-PA erfolgt gemäß der Norm DIN/IEC 60268-16. Dieser Parameter wird auch für die Messung an akustischen Notfallwarnsystemen gemäß DIN 60849 benötigt.

Die Beurteilung der Qualität von Lautsprecheranlagen erfolgt vielfach anhand der klassischen Parameter wie Frequenzgang, Klirrfaktor, Lautstärke etc. Diese Größen haben zwar Einfluss auf die Sprachverständlichkeit, allerdings kann diese nicht daraus abgeleitet werden. 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. Man unterscheidet hier zwei grundsätzliche Klassen von Verfahren:

Subjektive Verfahren: Eine Durchsage bzw. spezielle Wortfolgen werden von mehreren Probanden gehört und beurteilt. Durch statistische Auswertungen werden Parameter für die Sprachverständlichkeit abgeleitet. Letztlich ist die Sprachverständlichkeit für menschliche Zuhörer die Referenz, allerdings sind diese Verfahren sehr aufwendig. Solche Tests sind in der Norm ISO4870 standardisiert.

Objektive Verfahren: Mit Hilfe von speziellen Meßsignalen werden Parameter abgeleitet, die anhand von aufwendigen Untersuchungen möglichst gut mit subjektiven Sprachtests korrelieren. Sehr weit verbreitet sind Verfahren basierend auf der DIN/ IEC 60268-16, die auch die Grundlage von WinAudioMLS bilden. Durch die Standardisierung ist eine hohe Reproduzierbarkeit gegeben und viele Fehlerquellen bei subjektiven Tests entfallen. Die Klasse der Verfahren wird mit STI (Speech Transmission Index) bezeichnet.

weitere Dokumente:

Messung der Sprachverständlichkeit (STI/STI-PA) an elektroakustischen Notfallwarnsystemen (DIN 60849)

(Hör)-Beispiele für Sprachverständlichkeit STI STI-PA DIN 60849 DIN 60268-16

Kurzanleitung STIPA

Speech Transmission Index

Bei diesem Test wird die menschliche Sprache durch moduliertes bandbegrenztes Rauschen moduliert. Verschiedene Einflüße des Übertragungssystems wie Nachhall, Verzerrungen, Hintergrundgeräusche verringern die Modulation der Testsignale. Diese Verringerung der Modulation wird über alle Frequenzbänder und Modulationsfrequenzen zu einem Parameter zusammengefaßt, dem Sprachverständlichkeitsindex, der im Bereich von 0.0 (unverständlich) bis 1.0 (exzellent verständlich) liegen kann.

Index	Kommentar
0.0-0.3	unverständlich/bad
0.3-0.43	schwach/poor
0.43-0.6	angemessen/fair
0.6-0.75	gut/good
0.75-1.00	ausgezeichnet/excellent

Das folgende Bild zeigt das modulierte Rauschsignal mit dem Modulationsgrad m. Durch den Übertragungsweg verringert sich die Modulation und damit auch die Sprachverständlichkeit.

Die relative der Veränderung der Modulation kann über der Frequenz gemessen werden. Diese Funktion bezeichnet man als Modulations-Transfer-Funktion (MTF). Die Messung erfolgt in 7 Oktavbändern mit den folgenden Frequenzen 125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000HZ 4000Hz 8000Hz. Für jedes Band werden 14 Modulationsfrequenzen benutzt.

0.63

0.8

1.0

1.25

1.6

2.0

2.5

3.15

4.0

5.0

6.3

8.0

Damit ergibt sich folgende Matrix

Band [Hz]	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Mod. Freq. 1 [Hz]	0.63	0.63	0.63	0.63	0.63	0.63	0.63
Mod. Freq. 2 [Hz]	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8	0.8
Mod. Freq. 3 [Hz]	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0	1.0
Mod. Freq. 4 [Hz]	1.25	1.25	1.25	1.25	1.25	1.25	1.25
Mod. Freq. 5 [Hz]	1.6	1.6	1.6	1.6	1.6	1.6	1.6
Mod. Freq. 6 [Hz]	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
Mod. Freq. 7 [Hz]	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
Mod. Freq. 8 [Hz]	3.15	3.15	3.15	3.15	3.15	3.15	3.15
Mod. Freq. 9 [Hz]	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0	4.0
Mod. Freq. 10 [Hz]	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0	5.0
Mod. Freq. 11 [Hz]	6.3	6.3	6.3	6.3	6.3	6.3	6.3
Mod. Freq. 12 [Hz]	8.0	8.0	8.0	8.0	8.0	8.0	8.0
Mod. Freq. 13 [Hz]	10	10	10	10	10	10	10
Mod. Freq. 14 [Hz]	12	12	12	12	12	12	12

Einschränkungen

Die STI-Methode sollte nicht in folgenden Fällen verwendet werden:

1) Übertragungssysteme mit Frequenzverschiebung oder Frequenzmultiplikation

2) Systeme mit Sprachkomprimierung via LPC,CELP,RELP

Eine Messung ist zwar möglich, allerdings kann sich die Korrelation mit der subjektiven Sprachverständlichkeit deutlich verändern.

RASTI

Für die Berechnung von STI werden alle 98 Meßpunkte verwendet. Mit klassischer Meßtechnik war dies nur mit einem enormen Zeitaufwand möglich (ca. 10s pro Meßpunkt und damit etwa 2min für eine Messung). Daher wurde die RASTI-Messung definiert, die nur mit zwei Oktavbändern (500Hz und 2kHz) arbeitet. Im 500Hz Band werden nur die Modulationsfrequenzen 1.0 2.0 4.0 und 8Hz verwendet, bei 2kHz 0.7 1.4 2.8 5.6 11.2Hz. Dadurch reduziert sich der Aufwand auf 9 Meßpunkte. Diese 9 Meßpunkte wurden in der STI-Matrix markiert. Im 2kHzBand verwendet RASTI allerdings etwas abweichende Modulationsfrequenzen.

Die ersten Meßgeräte boten lediglich die RASTI-Methode an, die aber weniger mit der subjektiven Meßmethode übereinstimmt.

WinAudioMLS verwendet die indirekte Meßmethode über die Raumimpulsantwort und kann alle 98 Modulationsindices simultan berechnen. Daher spielt es dann keine Rolle, ob STI oder RASTI berechnet wird.

STI-PA

Wie bereits erwähnt ist die STI-Methode bei direkter Umsetzung sehr zeitaufwendig. Die RASTI-Methode ist zwar deutlich einfacher. Sie zeigt aber eine geringere Korrelation mit subjektiven Tests. Einen guten Kompromiss stellt die STI-PA (Speech Transmission Index –Public Access) dar, die wie die STI-Methode breitbandig arbeitet (125-8kHz). Pro Band werden lediglich zwei Modulationsfrequenzen verwendet. Dadurch ist es möglich alle Meßpunkte in einem Signal simultan zu übertragen. Eine direkte Messung dauert lediglich 10s. Im Gegensatz zur STI/RASTI Methode kann WinAudioMLS STI-PA direkt über die speziell modulierten Rauschsignale messen. Der Umweg über die Raumimpulsantwort entfällt. Der Meßaufbau ist auch deutlich einfacher. Es muß lediglich das spezielle STI-PA Signal über die zu messende Anlage oder Raum abgespielt werden. Über ein Mikrofon analysiert WinAudioMLS das Signal und bestimmt in Echtzeit den Modulationsverlust. Damit steht auch ein alternatives Meßverfahren zur Verfügung mit dem Fehlerquellen schnell eingekreist werden können.

Band [Hz]	125/250	500	1000	2000	4000	8000
Mod. Freq. 1 [Hz]	1	0.63	2	1.25	0.8	2.5
Mod. Freq. 2 [Hz]	5	3.15	10	6,25	4	12.5

Für männliche Stimmen werden die Bänder 125Hz und 250Hz zusammengefaßt. Bei weiblichen Stimmen wird das Band bei 125Hz nicht verwendet.

Das folgende Bild zeigt das Spektrum der STI-PA Testsignale. Man erkennt deutlich die 6 Bänder mit einer Breite von einer halben Oktave.

Auf der Produkt-CD befinden sich zwei Testsignale für STI-PA, einmal für eine männliche Stimme und die zweite für eine weibliche Stimme.

Die Ergebnisse werden in folgendem Dialogfeld angezeigt. Dabei wird der STI-PA Wert laufend aktualisiert, nach etwa 15s sollte sich ein stabiler Wert einstellen. Die aktuelle Meßzeit wird mit angezeigt. Mit „Reset“ können Sie die Messung und alle internen Zustände zurücksetzten. Die Messung startet dann wieder mit der Zeit 0s. Das Geschlecht („male“ oder „female“) müssen Sie je nach Testsignal auswählen.

Für tiefere Analysen werden zusätzlich die Modulalationsindices für alle Bänder bei beiden Modulationsfrequenzen angezeigt. Weiterhin wird der MTI Wert für jedes Band angezeigt. Details zu diesen Parametern finden Sie in der Norm DIN/ISO 60268-16.

Da WinAudioMLS alle Parameter in Echtzeit berechnet, können Änderungen an der Anlage oder Räumlichkeiten direkt verfolgt werden. Aufgrund der kleinen Modulationsfrequenzen stellt sich dabei eine Verzögerung durch die Einschwingzeit der Filter von etwa 10s ein.

Die Implementierung von WinAudioMLS arbeitet flexibel mit jeder Abtastrate von mindestens 32kHz

STI-PA Messung

Für eine STI-Messung müssen Sie das Testsignal in Ihre Anlage einspeisen. Auf der Produkt CD befinden sich zwei .wav Dateien. Sie können diese direkt über einen PC abspielen oder über einen CD-Spieler. Sie können die Testsignale auch auf andere Abspielgeräte übertragen. Dabei sollte aber keine Komprimierung verwendet werden, da dies die Meßergebnisse verfälschen kann.
Wir empfehlen zunächst das Testsignal direkt in den PC einzuspeisen. Dabei sollte sich ein STI-PA von 1.0 einstellen. Die obige Messung basiert auf einer solchen direkten Verbindung.
Im letzten Schritt nehmen Sie das Analysesignal mit einem Meßmikrofon auf. Es sind aber auch rein elektrische Messungen möglich.
Nachdem das Testsignal am Analyse-PC anliegt, drücken Sie Reset und warten etwa 10-15s bis sich die Anzeige stabilisiert hat. Aufgrund der Rauschstruktur der Testsignale, ergeben sich stets geringe Abweichung. Wir empfehlen mehrere Messungen auch an verschiedenen Punkten im Raum durchzuführen

STI/RASTI-Messung

Grundlage einer STI-Berechnung ist eine Messung der Impulsantwort. Aus dieser ermittelt WinAudioMLS die Modulationstransferfunktion (MTF) mit 7 Oktav Filtern (125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz 8000Hz). Die MTF wird im Frequenzbereich von 0.6Hz … 12Hz ausgewertet.
Für jedes Oktavband werden 14 Modulationsfrequenzen verwendet. Diese Werte werden gemittelt und gewichtet und ergeben den STI Wert. Dieser liegt zwischen 0.0 (poor) und 1.0 (excellent). RASTI ist eine vereinfachte Version von STI. Hier werden nur 2 Bänder (500Hz and 2000Hz) verwendet.
WinAudioMLS zeigt die MTF für alle Bänder in einer Tabelle. Diese kann für eine weitere Analyse in einer Datei gespeichert werden.

WinAudioMLS kann die Impulsantwort aus der MLS-Messung verwenden. Zusätzlich kann eine externe Impulsantwort aus einer einfachen Textdatei oder .wav Datei geladen werden.

Die Berechnung von STI ist sehr schnell und dauert weniger als 1s für alle Bänder.

Auf der Produkt CD finden Sie die folgenden Impulsantworten.:

sti_ideal.txt	Einzelner Impuls, kein Rauschen, ideale Verständlichkeit STI=1.0
sti_SNR0dB.txt	Einzelner Impuls, Rauschen mit SNR=0dB STI=0.5
sti_noise.txt	Nur Rauschen STI=0.0;

Beispiel mit diffusem Nachhall

Die folgende Raumimpulsantwort hat eine gleichmäßige Nachhallzeit von 500ms.

Die Nachhallzeit von 500ms kann man hier aus der Schroeder-Kurve gut erkennen.

Es ergeben sich folgende Sprachverständlichkeitsindices.

Anleitung

Die STI-RASTI Berechnung basiert auf der Raumimpulsantwort. In einem ersten Schritt müssen Sie diese zunächst messen. Wir empfehlen dies mit dem automatischen System zur Messung der Nachhallzeit durchzuführen. Im zweiten Schritt laden Sie die gespeicherte Impulsantwort in den “Impulse viewer”