Ruido modulado versus MLS para la medida de parámetros de inteligibilidad: primera aproximación

- 1 - RUIDO MODULADO VERSUS MLS PARA LA MEDIDA DE PARÁMETROS DE INTELIGIBILIDAD: PRIMERA APROXIMACIÓN PACS: 43.55.Hy Teó ilo Zama eño, Miguel Galindo, Sa a Gi ón Depa amen o de Física Aplicada II E. T. S. de A qui ec u a - Uni e sidad de Se illa A da. Reina Me cedes 2 41012 Se illa Tel: 954 556 612 Fax: 954 557 892 E-mail: [email p o ec ed] ABSTRACT This pape is a i s app oxima ion o compa e wo di e en me hods o measu ing Modula ion T ans e Func ions (MTF) and he co esponding de i ed STI-RASTI indices o assessing in elligibili y. The i s me hod uses as es signal a band il e ed noise (500 and 2000 Hz) ampli ude modula ed. The second one uses MLS signals o ob ain he impulse esponse o he sys em; u he pos p ocessing allows calcula ion o MTF om his esponse. RESUMEN Es a comunicación p e ende se una p ime a ap oximación pa a compa a dos mé odos di e en es pa a medi la Función de T ans e encia de Modulación (FTM) y los índices STI y RASTI, de ella de i ados, pa a cali ica la in eligibilidad de un canal de ansmisión. El p ime mé odo u iliza como señal de p ueba un uido il ado (bandas de oc a a de 500 y 2000 Hz) modulado en ampli ud. El segundo u iliza señales MLS pa a ob ene la espues a al impulso y calcula las FTM median e el adecuado posp ocesado de es a espues a. ANTECEDENTES TEÓRICOS Los índices STI (Speech T ansmisión Index) y RASTI (Rapid Speech T ansmisión Index) ue on p opues os po Hou gas y S eeneken [1]-[5] pa a alo a la in eligibilidad del discu so hablado; siendo el segundo una e sión educida del p ime o. Ambos se calculan a pa i de la Función de T ans e encia de Modulación (FTM), de inida po el cocien e en e la ampli ud de modulación de la in ensidad de la señal pe cibida y la co espondien e a la señal emi ida: () pe emi m mF m =; los alo es de m(F) se ob ienen pa a cada ecuencia de modulación F, en inc emen os de 1/3 de oc a a, comp endidas en e 0.63 Hz y 12.5 Hz (14 en o al), que cub en el ango de las - 2 - modulaciones de la oz humana. Po o o lado, la señal po ado a es il ada en bandas de oc a a en el in e alo comp endido en e 125 Hz y 8 kHz. De es e modo se dispone de 7×14=98 alo es de m(F). Pa a el cálculo del índice STI, es os ac o es de educción de la modulación se con ie en en elaciones señal/ uido apa en es y és as se ponde an y p omedian adecuadamen e [5] pa a ob ene los alo es STI. La Fig. 1 mues a un esquema posible pa a calcula las FTM. El mé odo es á implemen ado, po ejemplo, en el p og ama STI de Lexing on School o he Dea [6], que unciona sob e pla a o ma PC con Windows y a je a de sonido (se puede desca ga lib emen e de la ed). La señal exci ado a u iliza como po ado a un uido blanco de banda ancha modulado po señales sinusoidales de baja ecuencia. Cada medida equie e unos dos minu os, pa a aplica al sis ema, sucesi amen e, odas las ecuencias de modulación. Los p opios Hougas y S eeneken pusie on de mani ies o [4] que no e a necesa io ob ene un conjun o de FTM an de allado pa a cali ica la in eligibilidad de espacios ce ados; de hecho de inie on un pa áme o educido, el RASTI. El p ocedimien o es muy simila , pe o se educe el núme o de bandas pa a la po ado a (500 Hz y 2 kHz) y el núme o de ecuencias de modulación (4 pa a la banda de 500 Hz y 5 pa a la de 2 kHz). Es á implemen ado, po ejemplo, en el equipo Speech T ansmisión Me e de B uel&Kjæ 3361 [7] y, más ecien emen e, la i ma B üel Acous ics ha desa ollado, pa a uso p opio según ellos, el equipo RASTI 44BA basado en un concep o simila con algunas modi icaciones signi ica i as [8]. Una al e na i a al p ocedimien o de la Fig. 1 pa a de e mina los alo es de m(F) ue p opues a po Sch oede [10] al indica que se pueden ob ene di ec amen e a pa i de la espues a al impulso h( ), siemp e que el sis ema sea lineal, pasi o e in a ian e con el iempo. Pa a ello, h( ) ha de il a se p e iamen e en bandas de oc a a pa a selecciona la banda po ado a, . A pa i de la señal il ada h ( ) podemos calcula m(F) median e la exp esión: 2 0 2 0 ()·exp(2) () () hjd mF hd τπττ ττ ∞ ∞ − =∫ ∫ ; Pa a ob ene la espues a al impulso podemos u iliza una señal impulsi a (de onación, dispa o...), pe o ello iene el incon enien e de que no podemos con abiliza el e ec o del uido de ondo, dado que el espec o de la señal exci ado a no se co esponde con el espec o no malizado de la oz de inido po Hou gas y S eneken [1]-[5] ni con los p opues os en [9], que se mues an en la abla 1, donde los alo es de la oz es án no malizados espec o del alo del espec o de e e encia en la banda de 250 Hz y la unción de ans e encia del il o Fig 2.- Espec o de e e encia de la oz y del il o de acondicionamien o. Sis ema a ensaya Señal de exci ación: Señal de espues a: x 2 x 2 12 (po ado a)(1sin(2)) m Ruido π×+ [ uido y dis o sion del sis ema]+& in m ou m Fig. 1.- Esquema concep ual de la FTM. - 3 - es á no malizada espec o de su alo en la misma oc a a. Es e incon enien e se puede soslaya si se u ilizan secuencias de máxima longi ud como señal de exci ación pa a de e mina la espues a al impulso, al como puso de mani ies o Ri e [11]. En al caso es posible in e cala un il o an es de alimen a la señal MLS al ampli icado pa a acondiciona su espec o, la unción de ans e encia del que noso os hemos u ilizado se mues a en la úl ima columna de la abla 1 y se compa a con el espec o de e e encia de la oz humana en la Fig. 2. Además de los equisi os gene ales pa a u iliza MLS han de ene se en cuen a algunas ecomendaciones pa a ob ene medidas p ecisas de las FTM: • Se ha de medi una espues a al impulso su icien emen e la ga (al menos 1 s) con un ancho de banda mínimo de 12 kHz (3 kHz pa a medidas RASTI). • No p omedia pa a ob ene la espues a al impulso. Ello educi ía a i icialmen e la elación señal uido (la elación S/R aumen a +3 dB cada ez que duplicamos le núme o de pe iodos LMS p omediados). Si bien es posible saca pa ido de es a si uación pa a e alua la incidencia del uido de ondo en e a o os ac o es de deg adación de la modulación. • U iliza una uen e acús ica que ep oduzca la señal MLS con la di ec i idad de la cabeza humana si no se u iliza sis ema elec oacús ico. En caso de u iliza lo, la señal se libe a á a la audiencia a a és del mismo. • Si el iempo de e e be ación es muy g ande (unos 7 s en nues o sis ema) debe educi se el ancho de banda pa a e i a e o es ime aliasing. Reduci a la mi ad el acho de banda pe mi e que se duplique el iempo de e e be ación pa a ob ene medidas iables (si bien se p escindi á de las co espondien es bandas al calcula el STI). ADQUISICIÓN DE DATOS Y RESULTADOS OBTENIDOS Los da os que p esen amos a con inuación se oma on en una iglesia ba oca abo edada con plan a de c uz la ina y capillas la e ales ( e Fig. 3) y que iene los iempos de e e be ación mos ados en la Fig. 4. Los alo es de EDT y T 20 se han ob enido u ilizando el analizado basado en PC MLSSA de DRA Labo a o ies [12], p omediando 8 pe iodos MLS en cada medida pa a mejo a la elación señal uido. Pa a cap u a la señal se u ilizó un mic ó ono mul ipa ón AT4050/CM5 de Audio- echnica, con igu ado en su pa ón omnidi eccional, con el p eampli icado Lab 1 de Ea hwo ks. La elección del mic ó ono es á jus i icada po el hecho de que, a pa i de h( ) se de i an o os pa áme os de calidad acús ica, en e ellos la e iciencia la e al, pa a la cual se hace necesa io usa un mic ó ono con pa ón igu a de ocho. De es e modo el mismo mic ó ono si e pa a hace odos los egis os cambiando el Fig 3.- Plan a de la iglesia en la que se ha medido. Tabla1.- Espec os IEC de la oz y unción de ans e encia del il o u ilizado en las medidas MLS. Oc a a Espec. e e encia Voz masculina Voz emenina Fil o de medida 125 -2,5 2,9 -200,0 -0,55 250 0,0 2,9 5,3 0,00 500 -1,0 -0,8 -1,9 -1,43 1000 -5,0 -6,8 -9,1 -4,60 2000 -10,0 -12,8 -15,8 -9,52 4000 -17,0 -18,8 -16,7 -16,80 8000 -23,0 -24,8 -18,0 -25,30 - 4 - Fig 4.- Tiempo de e e be ación de la iglesia. Fig 5.- Valo es STI - RASTI pa a cada pun o. Fig 6.- Valo es RASTI-STI dados po MLSSA e sus alo es medidos con B&K-3361. pa ón de di eccionalidad simplemen e accionando un in e up o . Pa a alo a la in eligibilidad se han adqui ido da os u ilizando dos equipos di e en es: en p ime luga el equipo B&K-3361 que u iliza la écnica del uido modulado. El emiso se si uó siemp e en el luga indicado con F en la Fig. 3. Se ajus ó la emisión al ni el Re +10 dB; es o implica un ni el de p esión, a 1 m del emiso , de 69 dB en la banda de 500 Hz y 60 dB en la de 2kHz (≅67 dB(A)). El pe iodo de cada medida se ijó en 16 s. Nues o g upo es á amilia izado con es a écnica con la que iene abajando desde hace ya a ios años. En segundo luga se u ilizó el analizado MLSSA que u iliza la écnica MLS. La en ol en e del espec o de es a señal es á desc i a po sen2(x)/x2. MLSSA ajus a la ecuencia de mues eo al iple del ancho de banda solici ado, de modo que, en ales condiciones, puede conside a se p ác icamen e plano su espec o. Po ello, la señal gene ada po el analizado es acondicionada po un il o CWF-1 de One on One Technical P oduc s an es de se alimen ada al ampli icado . La unción de ans e encia del ci ado il o se ha medido u ilizando el p opio analizado MLSSA y el esul ado, en bandas de oc a a, se p esen a en la Fig. 2. La salida del ampli icado alimen a la uen e omnidi eccional B&K-4296 colocada ambién en el pun o F de la Fig. 3, y a la misma al u a, que en el ensayo an e io . La señal se ajus ó pa a p oduci un ni el de 67 dB(A) a 1 m de la uen e (según ecomendación del ab ican e) medido con un sonóme o B&K-2231. Se u ilizó el mic ó ono AT4050/CM5, po las azones ya indicadas, con igu ado en su pa ón omnidi eccional. La señal de salida de su p eampli icado se alimen a a la en ada de la a je a MLSSA pa a ob ene la espues a al impulso. Al hace la medida no se p omedia pa a no aumen a la elación señal uido a i icialmen e. Una ez ob enida h( ) el so wa e del analizado pe mi e calcula los alo es m(F) pa a cada ecuencia de modulación y banda de oc a a, a pa i de los cuales se ob iene el índice STI pa a el espec o de e e encia (al que co esponden los da os aquí u ilizados), al espec o de la oz masculina o al de la oz emenina, as aplica las co ecciones adecuadas. Así mismo pe mi e calcula el índice educido RASTI. La Fig. 5 mues a los esul ados, pa a cada pun o, de los alo es STI-RASTI medidos con MLSSA y los ob enidos u ilizando uido modulado (B&K-3361). A medida que no alejamos de la uen e aumen a la disc epancia en e los alo es de MLSSA y los de B&K. Los alo es de MLSSA ienden a in a alo a la in eligibilidad espec o de los p opo cionados po B&K. La Fig. 6 mues a el g ado de co elación lineal en e los alo es medidos con MLSSA (RASTI- STI) y los medidos con B&K. Es cie o que son pocos da os pa a saca conclusiones de ini i as, - 5 - Fig 7.- Compa ación de las FTM comple as (MLSSA) y las educidas (B&K-3361). Fig 8.- Funciones de ans e encia de modulación comple as pa a los pun os 1 y 8. pe o la ec a de eg esión pa a los alo es RASTI-MLSSA p esen a una des iación signi ica i a espec o de la espe ada (pendien e unidad y o denada en el o igen nula). La disc epancia aumen a pa a los alo es STI, aunque aquí puede admi i se una jus i icación: p obablemen e los ac o es que deg adan la modulación son múl iples y las bandas de 500 y 2000 Hz no son su icien es pa a da cuen a de odos ellos. En la Fig. 7 se p e ende compa a isualmen e has a qué pun o la desc ipción simpli icada de las FTM dada po el B&K-3361 (4 ecuencias de modulación en la banda de 500 Hz y 5 en la de 2kHz) es acep able en e a la desc ipción comple a de MLSSA. Puede obse a se que, sob e odo en la banda de 2 kHz, los esul ados B&K dan alo es bas an e más ele ados, sob e odo pa a los pun os más alejados de la uen e. Se han ep esen ado los da os co espondien es a los pun os de la na e cen al. La Fig. 8 mues a las FTM comple as pa a odas las bandas de oc a a pa a dos pun os: uno p óximo a la uen e (el 1) y o o alejado y si uado bajo el co o (el 8). Mien as que pa a el pun o ce cano su o ma co esponde con la deg adación debida a la e e be ación, sal o pa a las bandas de 4 y 8 KHz, en el pun o 8 se hace pa en e la deg adación debida al uido de ondo y la p esencia de e lexiones aisladas e a dadas que ambién deg adan la modulación. - 6 - Fig 9.- Valo es RASTI ob enidos a pa i de espues as p omediadas. Pa a alo a la in luencia del uido de ondo sob e las FTM, p ocesamos las espues as al impulso que se habían ob enido p omediando 8 pe iodos MLS (medida de o os pa áme os acús icos), pa a ob ene los alo es de RASTI. Además de p omedia , en es e caso el ni el no se ajus ó a los 67 dB(A) (de hecho e a mucho mayo aunque no se midió) ni se inse ó el il o CWF-1 pa a acondiciona la señal. Po odo ello, la in luencia del uido de ondo debe se desp eciable. El esul ado se mues a, co elacionado con los alo es RASTI – B&K, en la Fig. 9. Nos so p endió el al o g ado de co elación. Disponíamos de espues as al impulso p omediadas co espondien es a o os espacios eclesiales, de modo que ampliamos con ellos el conjun o de da os con los alo es RASTI y a amos de co elaciona los con los alo es medidos con uido modulado. El esul ado, pa a odos los da os disponibles has a el momen o, apa ece en la Fig. 9. La co elación es simila a la ob enida inicialmen e y no enemos una explicación plausible pa a es o, po el momen o. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO Es a p ime a ap oximación sugie e que se han de ealiza más ensayos pa a a a de cub i un ango mayo de alo es de los pa áme os. Así mismo, a a emos de e idencia el e ec o de la di eccionalidad de la uen e y las ca ac e ís icas del mic ó ono u ilizado y el ni el global en e a la uen e. Es ambién e iden e que la desc ipción educida de las FTM ha de oma se con p ecaución, y que su desc ipción comple a puede pone en e idencia di e encias ela i as en e di e en es posiciones de un audi o io que no se mani ies an de o ma an cla a con la desc ipción educida. BIBLIOGRAFÍA [1] S eeneken, H.J.M. and Hougas , T. “The Modula ion T ans e Func ion in Room Acous ics as a P edic o o Speech In elligibili y”, Acus ica 28, 66-73, 1973. [2] Hougas , T. and S eeneken, H.J.M. “A Physical Me hod o Measu ing Speech T ansmission Quali y”, J. Acous . Soc. 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