TULogo
Inleiding
A. Spreken en horen
B. Theorie
B.1 Stralenmodel
B.2 Invoed geluidabsorptie
B.3 Geluidabsorberende materialen
B.4 Absorptie in tabelvorm
B.5 Veel absorptie ?
B.6 Nagalm Niveau Spraak
B.7 Geluidverstrooiing
B.8 Geluidfragmenten
B.9 Invloed volume
B.10 Afstand bron-waarnemer
B.11 Vorm van de ruimte
B.12 Positionering absorptiemateriaal
B.13 Plafondhoogte
B.14 Wanden in een sportzaal
B.15 GR: het atrium met omgeving
B.16 Geluidvoorbeelden atrium
B.17 GR: scherm en scheidingswand
B.21 Signaal en ruis
B.22 Maten spraakverstaanbaarheid
B.22.1 U50 versus STI
B.22.2 Theorie U50
B.22.3 STI voor beginners
B.22.4 STI voor gevorderden
B.23 Spreekzalen
B.24 Meerdere sprekers
B.25 Bereken direct-stoorverhouding
B.26 Lombardeffect, geluidniveau
B.27 Meerdere sprekers in atrium
B.31 Muziekzaal, theorie
C. Absorptievoorbeelden
D. Ontwerpregels
E. PDF's
F. Artikelen
G. Colofon

Een vergelijking van STI met U50



 
 

1.    Inleiding

In pagina B.22 (over de maten die bestaan voor de spraakverstaanbaarheid) werd al beweerd dat de verschillende grootheden sterk correleren. De term "lood om oud ijzer" is zelfs gevallen. In de huidige webpagina zal worden aangetoond waar die bewering op is gestoeld.

 

2.    Van STI naar C50 en terug

2.1    Waarom niet altijd STI?

De Speech Transmission Index STI werd ontwikkeld als een instrument om de kwaliteit te meten van een transmissiekanaal voor spraak. Dat geldt dus bijvoorbeeld voor een telefoonlijn of voor een public-address-systeem, maar ook een spreekzaal met één spreker plus toehoorders kan als transmissiekanaal worden beschouwd. STI kan worden gemeten met een speciaal meetinstrument, maar kan ook worden bepaald als de pulsresponsie van het transmissiekanaal bekend is. Het bepalen van de pulsresponsie is mogelijk met een ray-tracing-model, waardoor het mogelijk wordt om vooraf de spraakkwaliteit van een ruimte te bepalen. Echter, een simpel schema voor bijvoorbeeld een restaurant ontbreekt. Er zijn wel formules die de invloed van de nagalmtijd verdisconteren; de nagalmtijd wordt dan beschouwd als een "laagdoorlaat-filter" [[1]]. Maar de simpele verdeling tussen direct en vroeg geluid, essentieel in bijvoorbeeld een schoollokaal, is lastig en U50 komt dan meer in aanmerking.

 

2.2    Correlatie tussen STI en C50

De grootheden U50 en STI mogen ook probleemloos door elkaar worden gebruikt, omdat de correlatie tussen beide grootheden zeer groot is. In meerdere artikelen, met name van Bradley plus medewerkers, wordt het verband aangetoond [[2]].  Via correlatietechnieken worden dan verbanden afgeleid, die helaas van artikel tot artikel lichtjes kunnen afwijken en bovendien geeft een niet-lineaire curve de hoogste correlatie. Daarom zijn onze eigen metingen geanalyseerd die in de loop der jaren zijn uitgevoerd. Bij iedere meting worden STI en C50 afgeleid, zodat een correlatieberekening simpel is uit te voeren.

Figuur 1 toont de correlatie voor ca. 300 meetposities in ca. 30 verschillende ruimten. Alleen de oktaafband van 2000 Hz wordt hier getoond; de overige oktaafbanden tonen hetzelfde verband.

De figuur heeft C50 langs de horizontale as. Dat komt omdat alle metingen zijn uitgevoerd met minimale ruis. Langs de verticale as staat TI in plaats van STI. De waarde van STI moet worden berekend uit een gewogen middeling over de oktaafbanden van 63 tot 4000 Hz; de waarde voor iedere afzonderlijke oktaafband wordt veelal met TI aangeduid. Eventueel kan C50 op dezelfde manier over de oktaafbanden worden gewogen als STI. Dat zal echter in deze website niet worden gedaan. We gaan vrijwel altijd uit van één A-gewogen waarde over het gehele spectrum.

Figuur 1:  De correlatie tussen TI and C50 waarden voor de 2000 Hz oktaafband voor ca. 300 bron-waarnemer-configuraties. De rode stippellijn geeft de beste fit; de getrokken blauwe lijn representeert formule (1).

 

De rode lijn in figuur 1 geeft de lineaire regressie met de hoogste correlatie (R2 = 0.96) zoals berekend in Matlab. In het werk van Bradley kunnen nog hogere correlaties worden gevonden, maar dan moet een tweede-ordecurve (een kromme lijn) worden gekozen.

In de webpagina's van deze site wordt een iets steilere curve gebruikt die is aangegeven met een doorlopende blauwe lijn. Daardoor ontstaat een zeer simpel verband: Een toename van 0.15 in TI komt dan overeen met een toename van 5 dB in C50. De correlatie is wat minder voor TI waarden tussen 0.9 en 1.0, maar is zelfs nog wat hoger in het belangrijkste gebied tussen TI = 0.30 en 0.80. Het verband in formulevorm luidt:

 

(1a)

  of andersom:

 

(1b)

 

2.3    De toevoeging van ruis

De overgang van C50 naar U50 geschiedt onder toevoeging van ruis. Dat gebeurt op een relatief simpele manier door de ruis-energie op te tellen bij het late geluid. Bij STI zijn er eigenlijk twee gevallen:

  • Als STI wordt gemeten in ruis, worden twee geluidbronnen gebruikt, één voor het "gewenste" signaal (bij metingen in de vorm van een testsignaal) en één voor de ruis. De onderlinge sterkte kan worden ingesteld op grond van de te verwachten spraak- en ruisniveaus.

  • Stel dat TI bekend is, bijvoorbeeld uit de berekening van een pulsresponsie met een ray-tracing-programma, dan kan ruis aan de berekening worden toegevoegd op precies dezelfde manier als bij de overgang van C50 naar U50.

De eerste methode is de officiële. Bij de tweede methode wordt altijd wat onnauwkeurigheid toegevoegd, maar de vraag is hoeveel. In de literatuur is hier eigenlijk niets over te vinden. Omdat bij een berekening vooraf de eerste methode niet kan worden gebruikt, moeten we het dus met de tweede doen.

 

3.    Goed en slecht

In ander pagina's van deze site worden de kwaliteitsaanduidingen "slecht" tot "uitstekend" gebruikt voor de spraakverstaanbaarheid. Tabel 1 geeft die aanduidingen voor STI, zoals die officieel zijn vastgelegd.

 

Tabel 1:  Officiële kwaliteitsaanduidingen voor STI.

STI < 0.30

0.30 < STI < 0.45

0.45 < STI < 0.60

0.60 < STI < 0.75

STI > 0.75

‘slecht’

‘matig’

‘redelijk’

‘goed’

‘uitstekend’

 

Maar in figuur 1 en de formules (1a) en (1b) is het verband tussen U50 en STI vastgelegd, zodat in figuur 2 een herhaling van figuur 1 kan worden gegeven, maar nu met kwaliteitsaanduidingen. In deze figuur is ook te zien dat de grootste afwijkingen worden gevonden als STI groter is dan 0.90. Dat gebied is niet zo interessant; het gaat in de praktijk om het opknappen van matige en slechte situaties. De figuur wordt daarna in tabel 2 ook nog numeriek gegeven.

 

Figuur 2:  De correlatie als in figuur 1, maar nu met kwaliteitsaanduidingen toegevoegd.

 

Tabel 2:  Officiële kwaliteitsaanduidingen voor STI en voor U50 via de transformatie van figuur 1.

STI < 0.30

0.30 < STI < 0.45

0.45 < STI < 0.60

0.60 < STI < 0.75

STI > 0.75

‘slecht’

‘matig’

‘redelijk’

‘goed’

‘uitstekend’

U50 < -8.5

-8.5 < U50 < -3.5

-3.5 < U50 < 1.5

1.5 < U50 < 6.5

6.5 < U50 < 11.5

 

4.    Welke maat te kiezen:  STI of U50?

Indien zowel STI als U50 voorhanden zijn kan het beste STI worden gekozen. In de figuren 1 en 2 staan een paar meetpunten die vrij slecht correleren. Nadere beschouwing leert dat die zijn gemeten in een situatie met een zeer hoog plafond en een directe weg die ten dele was geblokkeerd door een scherm. Als de plafondreflectie dan na 51 ms binnen komt vinden we een flink andere waarde dan bij een reflectie na 49 ms. Die zwakheid van U50­ kan worden opgevangen door een glijdende overgang toe te passen, maar STI gaat vanzelf goed.

Anderzijds is STI vaak niet voorhanden, omdat een simpele berekening niet kan worden uitgevoerd. Voor een schatting in een eenvoudig kantoor, een schoolklas of een restaurant zal niet vaak een ray-tracing-programma worden gebruikt, zodat STI daar geen alternatief vormt voor U50.

 

 

vorige    theoriedeel    volgende

 

 


[1]     Zie het artikel van de bouwers van STI:

Houtgast T, Steeneken HJM, Plomp R, "Predicting Speech Intelligibility in Rooms from the Modulation Transfer Function. I. General Room Acoustics", Acustica, 46, pp. 60-72, 1980.

Maar ook in webpagina B.22.4 (STI voor gevorderden) wordt nader op de methode ingegaan.

[2]     Zie daartoe:

J.S. Bradley, "Speech-Intelligibility Studies in Classrooms", Journal of the Acoustical Society of America, 80, pp. 846-854, 1986.

S. R. Bistafa, J. S. Bradley, "Reverberation Time and Maximum Background-Noise Level for Classrooms from a Comparative Study of Speech Intelligibility Metrics", Journal of the Acoustical Society of America, 107 , pp. 861-875, 2000.

J. S. Bradley, S. R. Bistafa, "Relating Speech Intelligibility to Useful-to-Detrimental Sound Ratios", Journal of the Acoustical Society of America. 112, pp. 27-29, 2002.