彭健新 呂永鑫 劉小俊 路曉東

(1.華南理工大學理學院，廣東廣州510640;2.華南理工大學亞熱帶建筑科學國家重點實驗室，廣東廣州510640;3.大連理工大學建筑與藝術學院，遼寧大連116023)

對于語言用廳堂，尤其是會議室、報告廳、教室等主要用于言語交流的場合，衡量其廳堂音質好壞的一個重要指標是盡可能讓聽眾區(qū)域達到最大的語言清晰度.對于語言傳輸系統(tǒng)，一個或幾個發(fā)音人所說的語言單位(音節(jié)、單字、句子等)或其失真可忽略的錄音信號，經(jīng)被測系統(tǒng)傳輸后，能為聽眾正確辨認的百分數(shù)稱語言清晰度或可懂度［1］.語言清晰度客觀評價是通過測量廳堂內(nèi)的客觀聲學參數(shù)(如早遲聲能比C50、語言傳輸指數(shù)STI等)來評價廳堂內(nèi)的語言清晰度.語言清晰度主觀評價是最終的判斷.但是，主觀評價只能由聽音小組的主觀測聽來進行評價，費時費力.許多研究者通過語言清晰度主觀評價和客觀聲學測量，建立語言清晰度主客觀參數(shù)之間的對應關系，通過客觀語言清晰度參數(shù)預測廳堂內(nèi)的主觀語言清晰度［2-5］.

由于大部分客觀語言清晰度評價參數(shù)，如STI，都是基于西方語言建立起來的［2-3］，而西方語言不像漢語那樣聲調(diào)明顯突出，當室內(nèi)語言清晰度對英語滿足要求時，并不一定滿足漢語的情況，反之亦然［5］.有關實際廳堂中關于漢語與英語兩種語言的主觀語言清晰度評價結果的差異較少見報道，Kang［5］采用母語發(fā)音人和聽音人在一走廊和研究室(早期衰變時間(EDT)范圍為0.6～1.3s)進行主觀評價實驗，比較了漢語和英語主觀語言清晰度與客觀聲學參數(shù)STI關系的差異，得到了一些很有意義的結果.研究表明，主觀英語語言清晰度評價采用母語為英語發(fā)音人和聽音人，與采用以其它語言為母語的聽音人相比，其結果會存在一些差異［6-7］.

隨著國際交流合作的日益廣泛，英語作為第二語言，在國內(nèi)越來越受到人們的重視;而且同時使用漢語和英語兩種語言的場所越來越多，如學校教室、車站、機場、會議室(廳)等.對西方語言的研究表明，對于非母語的聽音人或發(fā)音人，為保證良好語言清晰度，要求廳堂具有更高的STI值［8］.文中在較寬的(不同信噪比、不同混響時間)范圍內(nèi)、相同的測試條件下采用以漢語為母語的聽音人來評價漢語和英語測試字的清晰度和句子的可懂度，比較分析漢語和英語兩種語言的主觀語言清晰度(可懂度)得分差異及其與客觀語言清晰度參數(shù)STI的關系，為語言用廳堂(尤其是中小學教室)的聲學設計和聲環(huán)境改善提供重要的參考依據(jù).

1 實驗方法

研究表明，采用室內(nèi)聲場仿真和可聽化技術來評價室內(nèi)語言清晰度是可行的［9-10］.文中應用建筑聲學仿真軟件ODEON，針對兩個教室模型，通過改變教室內(nèi)各界面材料的布置獲取5個具有不同聲學特性的聽音位置處的客觀聲學參數(shù)和雙耳房間脈沖響應.表1為仿真得到的這些聽音位置處的一些聲學參數(shù)統(tǒng)計，包括早期衰變時間EDT、混響時間T30、清晰度D50、語言傳輸指數(shù)STI(無噪聲)等.通過調(diào)節(jié)背景噪聲級改變信噪比，獲得不同信噪比條件下的語言傳輸指數(shù)STI值.

表1 5個聽音位置的聲學參數(shù)統(tǒng)計Table 1 Statistics of acoustical indices at five listening positions

語言清晰度測試采用韻律測試字表進行.漢語的測試材料由5張基本字表派生的11張發(fā)音字表組成，每張25行，每行5個字［11］.英語的測試材料與漢語相似，由6張基本字表派生12張發(fā)音字表，每張50行，每行6個字［9］.測試時，隨機播放測試字表，由引導句將被讀字帶出，聽音人圈出所聽到的字，按照相關標準進行評分［12］.語言可懂度測試句表采用噪聲下言語測試材料(HINT)，它由24個等價句表和4－6個練習句表組成，每個句表內(nèi)包含10個簡單句.每個英語句子包含4～7個英文單詞，每個漢語句子包含10個漢字.文中選用10張測試句表和1張練習句表.測試時，聽音人寫出所聽到的句子中的漢字(英文單詞)，然后統(tǒng)計記錄正確的字(詞)百分率.

漢語和英語測試信號分別由以漢語、英語為母語的男性發(fā)音人在消聲室錄制而成，然后采用Cooledit Pro編輯測試信號，并插入適當?shù)撵o音，以便聽音人記錄.同時采用粉紅噪聲產(chǎn)生與測試信號具有相同頻譜特性的語言形狀噪聲信號.將在消聲室錄制的漢語和英語語言清晰度測試聲信號和相對應的噪聲信號分別與ODEON仿真得到的雙耳房間脈沖響應卷積后，通過Cooledit Pro按照給定的信噪比混合，通過耳機(Sennheiser HD580)重放，供聽音人進行語言清晰度主觀評價.英語和漢語字/句的語言清晰度/可懂度測試分別采用5種信噪比(－5、0、5、10和15dB(A))，5個不同的聽音位置(中頻混響時間分別為0.3、0.6、1.0、1.5和2.0 s)，共25種測試條件，由ODEON計算得到這些測試條件的STI值范圍為0.16～0.82，這個范圍包括了實際應用中STI可能的取值范圍.聽音人均為以漢語為母語、聽力正常的大學生，其中漢語測試要求聽音人能聽說正確的普通話，英語測試采用通過國家英語4級考試的大學生.每種測試條件下共4位聽音人參加測試，每個測試條件播放2張測試字(句)表，語言清晰度(可懂度)得分為該條件下8張字(句)表主觀語言清晰度(可懂度)得分的平均值.

2 結果與討論

圖1為由聽音人在相同的聽音條件下對漢語和英語測試(韻律)字表進行主觀評價得到的語言清晰度得分，及其與客觀語言清晰度參數(shù)STI之間的三次多項式擬合曲線，判定系數(shù) R2分別為0.96 (P＜0.001)、0.95(P＜0.001)，標準偏差分別為3.2%、4.5%.圖2為由聽音人在相同的聽音條件下對漢語和英語測試句(HINT)表進行主觀評價得到的語言可懂度得分，及其與STI之間的擬合(采用Logisitc非線性擬合)曲線，R2分別為0.91(P＜0.001)、0.95(P＜0.001)，標準偏差分別為4.0%、6.3%.這些數(shù)據(jù)表明，采用漢語普通話為母語的聽音人評價得到的漢語和英語語言清晰度(可懂度)得分與STI之間具有較高的相關性.

圖1 漢語和英語語言清晰度得分(字表)及其與STI的擬合曲線Fig.1 Chinese and English speech intelligibility scores(word lists)and the fitting curves between the scores and STI

圖2 漢語和英語語言可懂度得分(句表)及其與STI的擬合曲線Fig.2 Chinese and English speech intelligibility scores(sentence lists)and the fitting curves between the scores and STI

表2為25種測試條件下得到的英語和漢語字(句)表的語言清晰度(可懂度)得分方差分析結果.表2表明，聽音位置的混響時間B和信噪比A對漢語和英語語言清晰度(可懂度)有顯著影響(P＜0.001)，信噪比因素的F值比混響時間特性的F值大得多，表明信噪比比混響時間特性對語言清晰度(可懂度)有更加顯著的影響.混響時間特性和信噪比的交互作用對漢語和英語字表的語言清晰度和漢語句表的可懂度也有顯著影響(P＜0.001)，但其F值均比相同條件下的混響時間和信噪比因素小得多，其影響比混響時間和信噪比因素的作用弱;而混響時間特性和信噪比的交互作用對英語句表的可懂度無顯著影響(F=1.59，P=0.117).

表2 漢語英語語言清晰度(可懂度)得分方差分析Table 2 Analysis of variance for Chinese and English speech intelligibility scores

Kang［5］指出，當STI較大時，對應的信噪比較高，此時混響是影響語言可懂度的主要因素.在混響條件下，一些英語輔音，如像破擦音、摩擦音、鼻音和爆破音，非常容易混淆，而漢語普通話中的聲調(diào)對漢語語言可懂度是有益的，由混響所造成的英語語言可懂度的下降比漢語語言可懂度的下降要大.而當STI較低時，對應的信噪比較低，由于英語語言聲壓級的動態(tài)范圍比漢語普通話的要大很多，例如同樣的等效A聲級，英語的峰值電平比漢語普通話的大約要高3dB.這樣在低信噪比條件下一些英語單詞可以只根據(jù)一些峰值就能理解.由圖1可知，以母語為漢語普通話的聽音人得到的漢語韻律測試的主觀語言清晰度得分容易飽和，出現(xiàn)天花板效應，這與Bradley［3］以英語為母語的聽音人在教室采用韻律測試得到的英語語言清晰度得分相似.由于天花板效應，當STI較高時，無論是英語還是漢語，對母語聽音人采用韻律測試均可得到100%語言清晰度得分.但是，當STI較低時，漢語語言清晰度得分比Bradley的結果低，這與Kang［5］得到的在走廊的結果一致.

對比以漢語為母語的聽音人得到的漢語和英語韻律測試的主觀語言清晰度得分與STI的擬合曲線(圖1)可知，當STI較低時，語言清晰度得分均隨STI的增加而迅速增加，當STI＞0.5時，增加較緩慢.當STI＞0.61時，其漢語語言清晰度得分達到100%.在相同測試條件下，漢語語言清晰度得分比英語語言清晰度得分高.Bent等［13］針對英語采用母語聽音人和非母語聽音人(美國西北大學留學生，約80%來自中國)進行主觀語言清晰度評價，非英語母語聽音人的分比英語母語聽音人的得分低20%以上.考慮這一因素的影響，對以漢語為母語的聽音人得到的英語語言清晰度得分進行修正，當STI較高時，其結果與Bradley的結果基本一致，但當STI較低時，其得分比與Bradley的結果略低，這與聽音人(針對Bent等采用的聽音人而言)對英語掌握的熟練程度、發(fā)音人為男性以及Bradley采用的詞表為5個單詞選1而文中詞表采用6個單詞選1等因素有關.

由圖2可知，以漢語為母語的聽音人評價得到的漢語語言可懂度先隨STI的增加而迅速增加，隨后基本不變(已達到100%的清晰度).當STI＞0.5時，漢語句子可懂度基本達到100%.而由以漢語為母語的聽音人評價得到的英語語言可懂度隨STI的增加而增加.Bent和Bradlow發(fā)現(xiàn)在相同測試條件下，采用修改的BKB測試句子，英語母語聽音人得到的主觀可懂度比非母語聽音人的結果要高30% ～40%［6，14］.考慮非母語聽音人對英語句子的理解的影響，由圖2可知，存在一個分界點，當STI值小于該分界點所對應的STI值時，英語句子可懂度比漢語句子可懂度高;當STI值大于該分界點所對應的STI值時，漢語句子可懂度比英語句子可懂度高.這一結果亦與Kang［5］采用母語聽音人得到的結果相似.

對比圖1和2可以發(fā)現(xiàn)，當STI較低(小于0.3)時，漢語句子的可懂度比韻律測試得到的清晰度低.由于漢語句子評分是統(tǒng)計單個漢字的正確率，一個漢字一個音節(jié)，當STI較高時，聽音人可根據(jù)理解來推斷，當一個句子個別字未聽清楚時，句子的意思完全可以理解并記錄，因而句子可懂度得分比字表清晰度得分高.但是，當STI較低時，對于句子測試，聽音人需要完整地寫出整個句子(十個漢字)，由于混響和噪聲的連續(xù)掩蔽作用，聽音人雖能聽到幾個孤立的漢字，但無法理解并寫出整個句子;而對于韻律測試，聽音人僅需圈出引導句帶出的一個關鍵字，其注意力只集中于一個字，混響和噪聲對關鍵字的掩蔽作用相對小一些，在相同測試條件下，漢語韻律測試得到的清晰度比句子的可懂度高.

由以上分析可知，對以漢語為母語的聽音人，為了達到相同的英語清晰度，其所需要的STI值比英語母語聽音人所需要的STI值高得多.這表明，對以漢語為母語的聽音人而言，必須提高聽音人位置的客觀語言清晰度參數(shù)值(如STI等)，才能達到與英語母語聽音人同樣高的英語語言清晰度.針對以漢語普通話為母語聽音人需要進行英語交流的場合(如教室、會議室)，可以通過改善室內(nèi)的聲環(huán)境(如降低混響時間和背景噪聲、提高信噪比)以獲得較高的STI值等措施來提高英語語言清晰度;同時減慢發(fā)音速度，加強對英語音系結構、詞匯結構的掌握［15］，以進一步改善以漢語為母語的聽音人聽英語時的語言清晰度.

需要指出的是，語言清晰度主觀評價受到諸多因素的影響，如測試材料、發(fā)音人的發(fā)聲方式和風格、聽音人的語言背景、對語言的掌握程度等.

3 結語

文中通過建立教室仿真模型，應用ODEON軟件仿真獲取教室中具有不同聲學特性的聽音位置的客觀聲學參數(shù)和雙耳房間脈沖響應，在較寬的STI (不同信噪比、不同混響時間)范圍內(nèi)比較相同的測試條件下，英語和漢語兩種語言的主觀語言清晰度(可懂度)得分及其與客觀語言清晰度參數(shù)STI的關系.結果表明，采用漢語為母語的聽音人評價得到的漢語和英語語言清晰度(可懂度)得分與STI具有較高的相關性，主觀語言清晰度(可懂度)隨STI增大而增加.采用韻律測試字表進行測試時，漢語清晰度得分比英語高;采用HINT句表進行可懂度測試，當STI較高(對應于信噪比較高)時，漢語句子的可懂度比英語的高，而當STI較低(信噪比較低)時，英語可懂度比漢語的高.以漢語為母語的聽音人需要進行英語交流的場合，必須盡可能改善聽音人位置的客觀聲環(huán)境，以保證較高的STI值，獲取良好的語言清晰度(可懂度).這些結果將為語言用廳堂的聲學設計提供重要的參考依據(jù).

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