祝培生，莫方朔，王季卿

（1.大連理工大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116024；2.同濟(jì)大學(xué) 聲學(xué)研究所，上海 200092）

0 引 言

語言可懂度是音質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，可以用來評(píng)價(jià)廳堂或擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲音傳輸質(zhì)量.對(duì)語言可懂度的評(píng)價(jià)，又可分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià).20世紀(jì)四五十年代提出了第一個(gè)語言可懂度客觀評(píng)價(jià)參量清晰度指數(shù)AI［1］（articulation index，近年來發(fā)展成語言可懂度指數(shù) SII［2］，speech intelligibility index），到20世紀(jì)70年代末，又提出了語言傳輸指數(shù)STI［3］（speech transmission index）和輔音損失比%ALcons［4］（articulation loss of consonants）等參量.這些參量的提出，為語言可懂度的客觀評(píng)價(jià)提供了可能，雖然也都有各自的局限性.

STI和SII為當(dāng)前語言可懂度的兩個(gè)主要客觀評(píng)價(jià)體系，對(duì)應(yīng)于國際上兩本現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)：IEC 60268－16［5］和ANSI S3.5［2］.前者為國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，世界上大部分國家都采用該標(biāo)準(zhǔn)；后者為美國標(biāo)準(zhǔn)，除美國之外只在極少數(shù)國家使用.

STI方法因?yàn)槟軌蜉^好反映混響時(shí)間、信噪比對(duì)語言可懂度的影響，具有一定的抗系統(tǒng)失真能力，為國際社會(huì)普遍接受，并在建筑聲學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用.SII則因?yàn)橛懈鼮榫?xì)的臨界頻帶劃分方法，并且提供了6種不同語言材料的權(quán)重系數(shù)，為那些研究不同語言材料效果的人所偏愛，也經(jīng)常被經(jīng)驗(yàn)豐富的聽覺矯治專家所使用.但對(duì)于傳統(tǒng)建筑聲學(xué)領(lǐng)域來說，這兩個(gè)語言可懂度客觀評(píng)價(jià)方法到底有什么樣的差別？這方面國內(nèi)、外相關(guān)的研究文獻(xiàn)很難見到.Larm 等［6］對(duì)英語頻譜的STI與SII進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究，但在測(cè)量?jī)x器的選用、實(shí)驗(yàn)方法，以及研究?jī)?nèi)容上尚有改進(jìn)空間.

漢語是一種特殊的單音節(jié)語言，聲、韻、調(diào)為音節(jié)信息的主要組成成分，與英語有著較大的區(qū)別.中國關(guān)于漢語語言可懂度的現(xiàn)行規(guī)范有兩本：GB／T 14476—1993［7］和GB／T 15485—1995［8］，分別對(duì)應(yīng)于IEC 60268－16 標(biāo)準(zhǔn)和美國ANSI S3.5標(biāo)準(zhǔn).考慮到這兩本規(guī)范都有近20 年沒有修訂的現(xiàn)狀，按照最新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)漢語語言可懂度客觀評(píng)價(jià)的STI與SII方法進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比研究也有較好的現(xiàn)實(shí)意義.為驗(yàn)證SII和STI應(yīng)用于建筑聲學(xué)測(cè)量的具體表現(xiàn)，選取了一間辦公室和一間實(shí)驗(yàn)教室，主要研究以下內(nèi)容：（1）倍頻帶條件下的SII與STI測(cè)量結(jié)果差異；（2）與倍頻帶SII相比，載波頻帶劃分更為精細(xì)的1／3倍頻帶方法是否具有更高的精度；（3）SII和STI方法對(duì)漢語語言可懂度主、客觀評(píng)價(jià)關(guān)系曲線的影響（主觀評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來自于另外研究）.

1 STI與SII方法

1.1 STI方法

IEC 60268－16推薦了兩種STI的測(cè)量方法：一種是使用調(diào)制信號(hào)的直接測(cè)量方法，另一種是使用房間脈沖響應(yīng)的間接測(cè)量方法.關(guān)于STI的計(jì)算模型及測(cè)量方法在相關(guān)文獻(xiàn)［9］中都有詳細(xì)描述.

1.2 SII方法

清晰度指數(shù)AI是第一個(gè)將聲學(xué)測(cè)量同語言可懂度聯(lián)系起來的客觀參量，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局在1969年發(fā)布了ANSI S3.5－1969，1997年對(duì)AI進(jìn)行了大量修正，發(fā)布了ANSI S3.5－1997，通過這次修訂，AI發(fā)展為語言可懂度指數(shù)SII，標(biāo)準(zhǔn)的通用性得到擴(kuò)展，并將建筑聲學(xué)的混響聲場(chǎng)情況考慮在內(nèi).

SII通過對(duì)等效語言譜級(jí)、等效噪聲譜級(jí)、等效聽閾級(jí)這些輸入變量的計(jì)算得到語言可懂度參量.所謂等效就是采用在基準(zhǔn)環(huán)境中測(cè)得的聲級(jí)大小表示實(shí)際聲場(chǎng)中的真實(shí)情況（二者在耳膜處引起的聲級(jí)相同）.基準(zhǔn)環(huán)境主要是指自由場(chǎng)環(huán)境，沒有混響的影響.等效語言譜級(jí)、等效噪聲譜級(jí)的獲得有3種方法：（1）測(cè)量耳膜處聲強(qiáng)的調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)MTFI以及語言和噪聲的合成譜級(jí)，該方法需要使用人工頭，是SII推薦的最通用測(cè)試方法；（2）測(cè)量聲場(chǎng)中聽眾雙耳中間位置處的調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)MTFI以及語言和噪聲的合成譜級(jí)，這是一個(gè)通用性差些的方法，不能用來測(cè)量一些通信條件（如電話等）；（3）分別測(cè)量語言譜級(jí)和噪聲譜級(jí)，這種方法不能評(píng)價(jià)混響帶來的語言可懂度降低，也不能反映噪聲和語言相互影響的情況（是ANSI S3.5－1997之前版本所采用的方法，基本假設(shè)就是語言和噪聲二者獨(dú)立，可分別測(cè)量得到），因此應(yīng)用前景越來越小.在本研究中，由于IEC 60286－16推薦的STI測(cè)量方法采用的是無指向性傳聲器，為增加可比性，SII測(cè)量采用了第（2）種方法.

SII值的計(jì)算對(duì)應(yīng)于4種不同的臨界頻帶（載波頻帶）劃分方法：臨界頻帶法（共21 個(gè)頻帶）、1／3倍頻帶法（共18個(gè)頻帶）、等貢獻(xiàn)臨界頻帶法（共17 個(gè)頻帶）、倍頻帶法（共6 個(gè)頻帶）.為同STI的7個(gè)載波頻帶對(duì)比，本文采用了倍頻帶方法，同時(shí)為了驗(yàn)證精細(xì)的臨界頻帶劃分對(duì)SII測(cè)量結(jié)果的影響，也進(jìn)行了1／3倍頻帶法的測(cè)量對(duì)比.倍頻帶法從250 Hz到8 000 Hz共6個(gè)載波頻帶，1／3倍頻帶法從160 Hz到8 000 Hz共18個(gè)載波頻帶，通過對(duì)這些載波頻帶中心頻率fi的計(jì)算就可得到

式中：i為相應(yīng)的載波頻帶；E′i為等效語言譜級(jí)；Di為等效干擾譜級(jí)，對(duì)應(yīng)于倍頻帶（1／3倍頻帶）中心頻率fi.E′i－Di被限制在±15dB.Ii為各頻帶的權(quán)重系數(shù)，實(shí)驗(yàn)選用了一般語言材料的數(shù)據(jù)，ANSI S3.5同時(shí)也給出了其他5種不同測(cè)試語言材料的頻帶權(quán)重系數(shù).Li是聲級(jí)失真因子，用來考慮當(dāng)語言聲級(jí)非常高時(shí)，除了受信噪比的影響，語言可懂度還會(huì)有額外的降低，計(jì)算公式為

其中Ui為頻帶fi的標(biāo)準(zhǔn)語言譜級(jí)（由ANSI S3.5中給出）.Li被限制在0～1.

等效干擾譜級(jí)Di通過選擇內(nèi)部等效噪聲譜級(jí)X′i（為參考噪聲譜級(jí)Xi與等效聽閾級(jí)T′i之和，Xi由ANSI S3.5給出）和等效噪聲譜級(jí)N′i二者的較大值得到.內(nèi)部等效噪聲譜級(jí)的應(yīng)用是基于這樣一個(gè)考慮：在安靜環(huán)境中，人耳內(nèi)存在假設(shè)的內(nèi)部噪聲，它會(huì)對(duì)外來的聲音產(chǎn)生掩蔽.

SII的初始計(jì)算模型假定等效語言譜級(jí)和等效噪聲譜級(jí)在自由場(chǎng)內(nèi)測(cè)得，這表明整個(gè)語言聲級(jí)不包含混響聲.但在混響空間內(nèi)，并不能測(cè)得沒有混響聲的語言聲級(jí)，為考慮混響的影響，SII引入了調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)MTFI方法.該方法對(duì)倍頻帶法（或1／3倍頻帶法）的每個(gè)載波頻帶，都用9個(gè)調(diào)制頻率（0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、16.0Hz）調(diào)制.對(duì)應(yīng)于9個(gè)調(diào)制頻率的9個(gè)有效信噪比被限制在±15dB，然后取平均值得到Ri.語言和噪聲的合成譜級(jí)Pi則是通過重放沒有調(diào)制過的測(cè)試信號(hào)測(cè)量得到.等效語言譜級(jí)和等效噪聲譜級(jí)最后按式（3）、（4）計(jì)算：

1.3 STI和SII對(duì)比

作為語言可懂度的兩種最常用客觀評(píng)價(jià)體系，SII和STI的計(jì)算框架模型比較相似，都是基于將各頻帶的貢獻(xiàn)相加來確定語言可懂度.但STI可以直接測(cè)量各頻帶的貢獻(xiàn)并相加得到，SII則需要先將MTFI轉(zhuǎn)換成語言信號(hào)的等效語言譜級(jí)、等效噪聲譜級(jí)等參量，然后計(jì)算得到.

兩種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立之初，SII和STI雖然計(jì)算框架模型相似，但具體計(jì)算方法與適用范圍有較大區(qū)別.在經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的自我完善與發(fā)展后，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的最新修訂版都借鑒了對(duì)方一些內(nèi)容，有許多相似之處，例如為對(duì)混響條件下的等效語言譜級(jí)和等效噪聲譜級(jí)進(jìn)行測(cè)量，SII標(biāo)準(zhǔn)引入了STI的調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)概念；而STI的最新修訂則借鑒了SII的內(nèi)部等效噪聲譜級(jí)和聲級(jí)失真因子參量，修正了極低背景噪聲條件下的語言接收閾值以及極高聲壓級(jí)下的聽覺掩蔽效應(yīng).

SII和STI在混響條件下有效信噪比的確定都采用調(diào)制轉(zhuǎn)移函數(shù)方法，但載波頻帶并不相同，調(diào)制頻率也有區(qū)別.例如SII有4 組不同的臨界頻帶（載波頻帶）劃分可供選擇，每個(gè)臨界頻帶都用9 個(gè)調(diào)制頻率調(diào)制，而STI只有一組載波頻帶，每個(gè)載波頻帶用14個(gè)調(diào)制頻率調(diào)制.除此之外，STI雖然給出了男聲和女聲的標(biāo)準(zhǔn)語言頻譜，但在測(cè)試時(shí)只采用男聲標(biāo)準(zhǔn)語言頻譜，SII則給出了4種不同發(fā)聲條件下由男聲和女聲平均的標(biāo)準(zhǔn)語言頻譜供選擇；STI只有對(duì)應(yīng)于男聲和女聲的兩組權(quán)重系數(shù)，SII則針對(duì)6種不同的測(cè)試語言材料，給出了6種不同的權(quán)重系數(shù)，考慮到還有4種不同的臨界頻帶劃分方式，相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)共有24組.在本研究中，為在相同條件下進(jìn)行對(duì)比，SII和STI都采用了GB 7347—1987［10］規(guī)定的男聲漢語標(biāo)準(zhǔn)語言頻譜.

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

本文選取了兩個(gè)不同的房間作為測(cè)試場(chǎng)所，包括一間辦公室、一間實(shí)驗(yàn)教室.辦公室、實(shí)驗(yàn)教室平面均為矩形，表1給出了這兩個(gè)房間的基本情況.

表1 兩個(gè)測(cè)試房間的基本情況Tab.1 Characteristics of the two test rooms

在辦公室內(nèi)共布置了2個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)和聲源的布置位置見圖1；在實(shí)驗(yàn)教室內(nèi)共布置了3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)和聲源的布置位置見圖2.在這兩個(gè)房間中，接收點(diǎn)的高度都為1.2m，聲源的高度都為1.5m，圖中S1為信號(hào)聲源，S2為干擾噪聲聲源，R1～R5為接收點(diǎn).

為獲得從非常差到非常好的聽音條件，對(duì)于兩個(gè)房間中的每個(gè)測(cè)點(diǎn)，都設(shè)計(jì)了4種發(fā)聲條件，對(duì)應(yīng)于4種不同的信噪比.測(cè)量時(shí)，在發(fā)聲位置處布置了兩個(gè)聲源同時(shí)發(fā)聲（兩聲源相距0.5 m），用人工嘴播放測(cè)試信號(hào)，球面聲源播放經(jīng)過漢語語言頻譜調(diào)整的粉紅噪聲.測(cè)量STI時(shí)，語言信號(hào)播音條件按照IEC 60268－16規(guī)定，在消聲室內(nèi)設(shè)定距離人工嘴正前方1 m 處聲壓級(jí)為60dB；測(cè)量SII時(shí)，語言信號(hào)播音條件按照ANSI S3.5規(guī)定，在消聲室內(nèi)設(shè)定距離人工嘴正前方1m處聲壓級(jí)為62.35dB.同時(shí)調(diào)整噪聲源聲壓級(jí)，使得在距這兩個(gè)聲源1 m 處測(cè)量STI時(shí)分別對(duì)應(yīng)不同的信噪比：－5、0、10、20dB（這些信噪比并不代表現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)處的實(shí)際信噪比）；測(cè)量SII時(shí)分別對(duì) 應(yīng) 不 同 的 信 噪 比：－2.65、2.35、12.35、22.35dB.之所以STI和SII的信噪比設(shè)定不同，是考慮ANSI S3.5規(guī)定的語言信號(hào)聲壓級(jí)高，與IEC 60268－16規(guī)定的60dB 相比，實(shí)際測(cè)量時(shí)會(huì)占有2.35dB 的信噪比優(yōu)勢(shì).然后將消聲室內(nèi)設(shè)定好的信號(hào)聲源和干擾噪聲聲源擺放到測(cè)試房間的相應(yīng)位置，依次對(duì)兩個(gè)房間的5個(gè)測(cè)點(diǎn)共20個(gè)測(cè)試條件下的STI、SII進(jìn)行了測(cè)量.

圖1 辦公室聲源與測(cè)點(diǎn)布置Fig.1 Source and receiver positions in the office

圖2 實(shí)驗(yàn)教室聲源與測(cè)點(diǎn)布置Fig.2 Source and receiver positions in the laboratory

2.2 STI和SII測(cè)量與計(jì)算

由于SII的使用者較少，因此很難見到SII的商用測(cè)量軟件.STI的商用測(cè)量軟件相對(duì)多些，可以見到的有Dirac、WinMLS、Aurora、NTI等，但采用的都是間接測(cè)量方法.STI直接測(cè)量方法由于測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，數(shù)據(jù)處理對(duì)硬件要求較高，尤其是完整STI（Full STI，在IEC 標(biāo)準(zhǔn)中建議一般僅在科研時(shí)使用）更加難以測(cè)量，因此完整STI的直接法商業(yè)測(cè)量軟件也很難見到.為能真實(shí)體現(xiàn)IEC 60268－16和ANSI S3.5規(guī)定的測(cè)量方法，并且采用漢語的標(biāo)準(zhǔn)語言頻譜，作者嚴(yán)格按照IEC和ANSI標(biāo)準(zhǔn)編寫了STI的直接法測(cè)量與計(jì)算程序和SII的倍頻帶、1／3倍頻帶測(cè)量與計(jì)算程序.

IEC 60268－16對(duì)測(cè)試信號(hào)的生成和調(diào)制都有嚴(yán)格規(guī)定，125Hz到8 000Hz的7個(gè)1／2倍頻帶載波分別用14 個(gè)調(diào)制頻率調(diào)制，因此共得到98個(gè)調(diào)制轉(zhuǎn)移值.ANSI S3.5對(duì)測(cè)試信號(hào)的生成和調(diào)制限制較少，對(duì)于倍頻帶法，載波頻帶從250 Hz到8 000Hz共6個(gè)；1／3倍頻帶法，載波頻帶從160Hz到8 000Hz共18個(gè).對(duì)于每個(gè)載波頻帶都分別用9個(gè)調(diào)制頻率調(diào)制，因此倍頻帶法共得到54個(gè)調(diào)制轉(zhuǎn)移值，1／3倍頻帶法共得到162個(gè)調(diào)制轉(zhuǎn)移值.為使測(cè)量結(jié)果具有可比性，對(duì)于ANSI S3.5 沒有明確規(guī)定的信息，本文都按照IEC 60268－16的規(guī)定執(zhí)行，如粉紅噪聲生成時(shí)波峰因子等的限制，使用相同的濾波器，濾波后的調(diào)制深度相同，以及最后對(duì)每個(gè)載波有效信噪比的計(jì)算方法等都是相同的.

2.3 技術(shù)保障措施

在測(cè)量過程中，測(cè)量系統(tǒng)的選用與匹配、聲源聲壓級(jí)的標(biāo)定、測(cè)試信號(hào)的生成及后期處理都可能帶來較大誤差，這些誤差會(huì)降低測(cè)量結(jié)果的可信度.降低這些誤差的關(guān)鍵是采用規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)試程序，測(cè)量過程也要嚴(yán)格按照規(guī)定執(zhí)行.

本文實(shí)驗(yàn)所采用的測(cè)量系統(tǒng)包括信號(hào)聲源GRAS 44AA、干擾噪聲聲源PYRITE、功率放大器AMPHION（對(duì)應(yīng)于PYRITE）、聲卡B＆K ZE－0948、傳聲器B＆K 4189（供電系統(tǒng)為B＆K 1704），以及錄音軟件Audition（v3.0）.測(cè)試前對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了回路校驗(yàn)，以保證其為線性時(shí)不變系統(tǒng)，沒有諧波產(chǎn)生.針對(duì)人工嘴、干擾聲源頻率響應(yīng)較差問題，預(yù)先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)采用消聲室逆濾波方法對(duì)測(cè)試信號(hào)及干擾噪聲信號(hào)進(jìn)行了頻率響應(yīng)均衡.

聲源聲壓級(jí)的標(biāo)定是一個(gè)非常容易產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，并且會(huì)直接影響到信噪比的大小進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果，因此實(shí)驗(yàn)中的兩個(gè)聲源都在半消聲室內(nèi)進(jìn)行了標(biāo)定，當(dāng)然所用測(cè)試信號(hào)也在信號(hào)生成之初就通過濾波方式對(duì)聲壓級(jí)進(jìn)行了精確控制.這些措施的采用可基本保證由測(cè)試系統(tǒng)帶來的誤差被盡可能地降低.

所采用測(cè)量程序的有效性也是保證測(cè)量結(jié)果可信的關(guān)鍵.假定已經(jīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)生成了調(diào)制深度為0.8的測(cè)試信號(hào)，然后將該信號(hào)直接當(dāng)作接收信號(hào)進(jìn)行后期處理（回路校驗(yàn)），理論上應(yīng)該得到98個(gè)（倍頻帶SII為54；1／3倍頻帶SII為162）調(diào)制深度為0.8的調(diào)制轉(zhuǎn)移值，但實(shí)際情況并非如此.造成這種情況的原因是多方面的，比如所用粉紅噪聲是偽隨機(jī)信號(hào)；信號(hào)生成時(shí)需要濾波、調(diào)制；接收后還要濾波、包絡(luò)提取等，這些都會(huì)帶來一些信號(hào)損失，從而導(dǎo)致出現(xiàn)誤差.

為判斷測(cè)量程序的這些誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)中單一樣本t檢驗(yàn)的方法，來檢驗(yàn)經(jīng)過回路后的98 個(gè)數(shù)值（倍頻帶SII為54；1／3倍頻帶SII為162）的總體均值和指定值0.8之間是否存在顯著性差異.計(jì)算結(jié)果顯示，STI測(cè)量程序的相伴概率為0.819；倍頻帶SII測(cè)量程序的相伴概率為0.219；1／3倍頻帶SII測(cè)量程序的相伴概率為0.388，都大于顯著性水平（＝0.05），可認(rèn)為該98個(gè)數(shù)值（倍頻帶SII為54；1／3 倍頻帶SII為162）的均值和0.8相比沒有顯著性變化.

本文還將98個(gè)（倍頻帶SII為54；1／3 倍頻帶SII為162）調(diào)制深度為0.8 的調(diào)制轉(zhuǎn)移值和98個(gè)（倍頻帶SII為54；1／3倍頻帶SII為162）經(jīng)過回路后的調(diào)制轉(zhuǎn)移值同時(shí)輸入實(shí)驗(yàn)教室的一個(gè)測(cè)試條件來計(jì)算STI、SII，兩種情況下STI的差值為0.001；倍頻帶SII的差值為0.002；1／3倍頻帶SII的差值為0.000 1，這些差值都遠(yuǎn)小于一個(gè)JND（just noticeable difference，最小可察覺差，約為0.03［11］）.由此可見，由測(cè)量程序帶來的誤差還是非常小的.

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

圖3給出了STI與倍頻帶SII的測(cè)量結(jié)果.可以看到二者有一定的誤差，最大差值達(dá)到了0.111，出現(xiàn)在辦公室R2測(cè)點(diǎn)20dB 信噪比條件下，比Larm 等的研究結(jié)果最大偏差－0.04要大.考慮到本文實(shí)驗(yàn)在測(cè)試聲源的選擇、聲源頻率響應(yīng)修正與聲壓級(jí)的校準(zhǔn)、調(diào)制頻率、干擾噪聲頻譜等方面都不相同，存在這些差別也是正常的.另外也可以看到，在信噪比較低時(shí)，STI比倍頻帶SII測(cè)量結(jié)果低；在信噪比較高時(shí)，STI比倍頻帶SII測(cè)量結(jié)果高.這也說明STI對(duì)信噪比的變化具有更高的靈敏度.

圖3 STI與倍頻帶SII測(cè)量結(jié)果Fig.3 Measurement results of STI and octave band SII

圖4 不同信噪比情況下5個(gè)測(cè)點(diǎn)的STI與倍頻帶SII差值Fig.4 The difference between STI and octave band SII in 5receiver positions with different SNRs

為進(jìn)一步研究STI和倍頻帶SII的測(cè)量結(jié)果與信噪比變化的關(guān)系，圖4給出了5個(gè)測(cè)點(diǎn)的STI與倍頻帶SII隨信噪比變化的差值.可以看到隨著信噪比的增加，STI與倍頻帶SII之間的差值有變大趨勢(shì).存在這種情況也是正常的.因?yàn)槎卟捎玫母蓴_噪聲信號(hào)相同，都是具有漢語語言頻譜的125～8 000Hz共7個(gè)沒有經(jīng)過調(diào)制頻率調(diào)制的倍頻帶載波合成信號(hào)，但測(cè)試信號(hào)并不相同，SII的測(cè)試信號(hào)不包含125 Hz載波.由于測(cè)試信號(hào)的總聲級(jí)相同，SII各頻帶聲功率級(jí)都要比STI對(duì)應(yīng)頻帶的聲功率級(jí)大.在測(cè)試信號(hào)各頻帶聲級(jí)固定的情況下，隨著噪聲聲級(jí)的增加（信噪比降低），SII各頻帶信噪比與STI各頻帶信噪比之間的比例關(guān)系有變大的趨勢(shì)，SII相對(duì)于STI有增加的趨勢(shì)，因此STI與倍頻帶SII之間的差值有減小的趨勢(shì).

圖5給出了倍頻帶SII與1／3倍頻帶SII測(cè)量結(jié)果差值.可以看到，二者的差別并不大，最大差值約為－0.035，出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教室R4測(cè)點(diǎn)的0 dB信噪比情況.另外還可以看到，與倍頻帶SII相比，隨著混響時(shí)間的增加，1／3倍頻帶SII的測(cè)量結(jié)果有增大趨勢(shì).這可能是因?yàn)閷?duì)接收的信號(hào)又進(jìn)行了一次濾波的緣故，濾波器會(huì)使測(cè)量的MTF變小.濾波器頻帶越窄、被測(cè)聲場(chǎng)混響時(shí)間越短，影響就越大，即測(cè)量的MTF 越偏小，所以相對(duì)于倍頻帶的MTF，1／3倍頻帶的MTF 會(huì)隨混響時(shí)間的變長(zhǎng)而增加.

為分析這兩種方法的測(cè)量結(jié)果對(duì)漢語語言可懂度主、客觀評(píng)價(jià)關(guān)系曲線的影響，本文將STI、倍頻帶SII、1／3倍頻帶SII作為橫坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)，20個(gè)測(cè)量條件的語言可懂度主觀評(píng)價(jià)得分作為縱坐標(biāo)軸數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)來自于另外研究），建立了漢語語言可懂度主、客觀評(píng)價(jià)關(guān)系曲線，并與張家騄［12］的研究結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，見圖6.從圖可以看到，當(dāng)STI、SII數(shù)值較小時(shí)（0.1～0.4），倍頻帶SII、1／3倍頻帶SII的主觀評(píng)價(jià)得分小于STI的結(jié)果；當(dāng)超過約0.4 時(shí)，倍頻帶SII、1／3 倍頻帶SII的主觀評(píng)價(jià)得分大于STI的結(jié)果；STI與倍頻帶SII主觀評(píng)價(jià)得分的最大差值約為7%，與1／3倍頻帶SII主觀評(píng)價(jià)得分的最大差值約為12%；張家騄的研究結(jié)果與倍頻帶SII的主觀評(píng)價(jià)得分最大差值約為11%.考慮到STI與SII是完全不同的評(píng)價(jià)體系，SII與AI采用的方法也有較大區(qū)別，這些差別也在情理之中，總的來說差別也不算大.

圖5 倍頻帶SII與1／3倍頻帶SII差值Fig.5 The difference between octave band SII and one－third octave band SII

圖6 STI、SII漢語語言可懂度主、客觀評(píng)價(jià)關(guān)系曲線Fig.6 The relationship between subjective and objective Chinese speech intelligibility scores by STI and SII

4 結(jié) 語

通過分析STI和SII的計(jì)算模型和測(cè)量結(jié)果可以看到，二者并沒有本質(zhì)上的區(qū)別.雖然二者的最大差值達(dá)到了0.111，超過了一個(gè)JND，但對(duì)于兩個(gè)不同的評(píng)價(jià)體系來說并不是很大.這些差別也主要是由于采用的具體方法不同造成的；與STI方法相比，SII需根據(jù)測(cè)量值再進(jìn)行計(jì)算得到，測(cè)量過程更為煩瑣.除此之外，IEC 60268－16對(duì)STI的測(cè)量條件限制較為詳細(xì)，而ANSI S3.5對(duì)SII的測(cè)量條件限制較為寬松.由于聲源特性（頻率響應(yīng)與指向性）、測(cè)試信號(hào)的聲壓級(jí)大小及其標(biāo)定方式、語言頻譜的選用、所用載波頻帶與調(diào)制方法等都非常容易對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，STI的測(cè)量條件限制嚴(yán)格，可供選擇余地較小反而有助于獲得穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果，數(shù)據(jù)之間也具有更好的可比性.

雖然SII具有更為精細(xì)的臨界頻帶劃分，并且提供了6種不同語言材料的權(quán)重系數(shù)，對(duì)某些領(lǐng)域的研究也許更為適用，但對(duì)于傳統(tǒng)建筑聲學(xué)等領(lǐng)域來說，與STI相比，倍頻帶SII的測(cè)量結(jié)果精度（或靈敏度）偏低，而測(cè)量過程卻更為復(fù)雜；1／3倍頻帶SII也沒有表現(xiàn)出更好的精度（或靈敏度），并且對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用測(cè)量來說沒有可操作性.

STI和SII的漢語語言可懂度主、客觀評(píng)價(jià)關(guān)系曲線區(qū)別并不是很大，也都可以用來對(duì)漢語的語言可懂度進(jìn)行客觀評(píng)價(jià).但考慮到SII的測(cè)量過程更為復(fù)雜，在傳統(tǒng)建筑聲學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用也不具有優(yōu)勢(shì)，以及ANSI S3.5對(duì)測(cè)量條件限制的相對(duì)寬松可能會(huì)帶來數(shù)據(jù)之間的可比性降低等因素，STI更適于作為漢語語言可懂度的客觀評(píng)價(jià)參量進(jìn)行推廣.

［1］ French N R，Steinberg J C.Factors governing the intelligibility of speech sounds［J］.Journal of the Acoustical Society of America，1947，19（1）：90－119.

［2］ Acoustical Society of America Standards Secretariat.ANSI S3.5，1997 Methods for Calculation of the Speech Intelligibility Index［S］.New York：Standards Secretariat Acoustical Society of America，1998.

［3］ Houtgast T，Steeneken H J M.The modulation transfer function in room acoustics as a predictor of speech intelligibility［J］.Acustica，1973，28（1）：66－73.

［4］ Peutz V M A.Articulation loss of consonants as a criterion for speech transmission in a room ［J］.Journal of Audio Engineering Society，1971，19（11）：915－919.

［5］ International Electrotechnical Commission.IEC 60268－16 Sound System Equipment－Part 16：Objective Rating of Speech Intelligibility by Speech Transmission Index［S］.4th ed.Paris：IEC，2011.

［6］ Larm P，Hongisto V.Experimental comparison between speech transmission index，rapid speech transmission index，and speech intelligibility index［J］.Journal of the Acoustical Society of America，2006，119（2）：1106－1117.

［7］ 中華人民共和國機(jī)械電子工業(yè)部.GB／T 14476—1993 客觀評(píng)價(jià)廳堂語言可懂度的RASTI法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.The Mechanical and Electric Engineering Ministry of the People′s Republic of China.GB／T 14476—1993 RASTI Method for the Objective Estimating of Speech Intelligibility in Auditoria［S］.Beijing：Standards Press of China，1994.（in Chinese）

［8］ 全國聲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB／T 15485—1995聲學(xué) 語言清晰度指數(shù)的計(jì)算方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1995.National Technical Committee on Acoustics of Standardization Administration of China.GB／T 15485—1995 Acoustics — Methods for the Calculation of the Articulation Index of Speech［S］.Beijing：Standards Press of China，1995.（in Chinese）

［9］ 祝培生，莫方朔，路曉東，等.語言清晰度客觀評(píng)價(jià)方法——對(duì)IEC 60268－16（4.0 版，2011.6）規(guī)范的解讀［J］.電聲技術(shù)，2012，36（5）：40－45.ZHU Pei－sheng，MO Fang－shuo，LU Xiao－dong，et al.Objective rating methods of speech intelligibility—the interpretation on the IEC 60268－16 （4.0 version，2011.6）standard［J］.Audio Engineering，2012，36（5）：40－45.（in Chinese）

［10］ 全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB／T 7347—1987 漢語標(biāo)準(zhǔn)頻譜［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1987.National Technical Committee on Information Technology of Standardization Administration of China.GB／T 7347—1987 The Standard Spectrum of Chinese Speech［S］.Beijing：Standards Press of China，1987.（in Chinese）

［11］ Bradley J S，Reich R D，Norcross S G.A just noticeable difference in C50for speech［J］.Applied Acoustics，1999，58（2）：99－108.

［12］ 張家騄.漢語人機(jī)語音通信基礎(chǔ)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002：500－501.ZHANG Jia－lu.Chinese Man－Machine Communication Foundation ［M ］.Shanghai：Shanghai Scientific and Technical Publishers，2002：500－501.（in Chinese）