雨水收集系統(tǒng)中金屬屋頂雨水噪聲對(duì)語(yǔ)音識(shí)別的影響<==pdy缺表>

陳妍 周方

（江蘇省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院 江蘇南京 210042）

雨水收集系統(tǒng)是水資源優(yōu)化利用和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要途徑，金屬屋頂被廣泛用于這一系統(tǒng)中。以往研究得知雨滴撞擊金屬屋頂?shù)脑胍舫^(guò)70dB。因此雨水會(huì)在大多數(shù)金屬屋頂?shù)慕ㄖ覂?nèi)空間中產(chǎn)生很高的噪聲。

人們覺(jué)得金屬屋頂雨水噪聲影響他們的正常對(duì)話，絕大部分受訪者同意，在存在金屬屋頂雨水噪聲時(shí)候，他們需要提高音量完成他們的對(duì)話，然后，目前對(duì)于音量提高的程度并沒(méi)有研究來(lái)量化。因此，本文的目的是基于聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)分析金屬屋頂雨水噪聲對(duì)語(yǔ)音識(shí)別的影響的程度，并且根據(jù)研究結(jié)果給出音量提高程度的建議。

1 預(yù)備實(shí)驗(yàn)

1.1 參加實(shí)驗(yàn)的聽(tīng)者

十名聽(tīng)力正常的成年志愿者，年齡在27和36歲之間，包括5名女性和7名男性參加了所有的實(shí)驗(yàn)。所有聽(tīng)者都不熟悉實(shí)驗(yàn)的目的和實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的句子。實(shí)驗(yàn)前所有的聽(tīng)者進(jìn)行了基本指令訓(xùn)練。

1.2 目標(biāo)語(yǔ)音

采用CRM英語(yǔ)語(yǔ)音庫(kù)作為目標(biāo)語(yǔ)音的來(lái)源[1]，該庫(kù)被國(guó)際多個(gè)研究組用于心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中語(yǔ)音識(shí)別的研究。該庫(kù)是由八個(gè)英語(yǔ)信號(hào)音 (arrow,baron,charlie,eagle,hopper,laker,ringo,tiger)、四個(gè)顏色的英語(yǔ)單詞（藍(lán)Blue，綠Green，紅Red，白White），以及1到8這八個(gè)英語(yǔ)數(shù)字單詞排列組合得到256個(gè)短語(yǔ)，由8位母語(yǔ)為英語(yǔ)的人（四位男性，四位女性）朗讀后錄音制成。庫(kù)中的每句話平均聲壓級(jí)相同，都遵循這樣的結(jié)構(gòu)：“ready（英語(yǔ)信號(hào)音）goto（英語(yǔ)顏色）（英語(yǔ)數(shù)字）”。在每次實(shí)驗(yàn)中，目標(biāo)句從CRM語(yǔ)音庫(kù)隨機(jī)變化的。一組實(shí)驗(yàn)包含50個(gè)不同的目標(biāo)語(yǔ)音。

1.3 實(shí)驗(yàn)程序和準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

在預(yù)備實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)耳機(jī)使用頭部相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF模擬出聽(tīng)者在消聲室環(huán)境聽(tīng)到從正前方發(fā)出的目標(biāo)語(yǔ)音。所有聽(tīng)者獨(dú)立完成所有測(cè)試，結(jié)果顯示每個(gè)人都有99%以上正確率。雖然所有聽(tīng)者都是中國(guó)人，但他們已經(jīng)接受了超過(guò)十年的英語(yǔ)學(xué)習(xí)。因此，所有聽(tīng)者都熟悉這些英語(yǔ)單詞，詞匯理解的影響是可以忽略的。

2 金屬屋頂雨水噪聲對(duì)語(yǔ)言識(shí)別干擾的實(shí)驗(yàn)

2.1 虛擬聽(tīng)音空間構(gòu)建

實(shí)驗(yàn)中所用的虛擬聽(tīng)音空間是通過(guò)鏡像法（聲線追蹤法）模擬的。房間長(zhǎng)10m，寬6m，高3m。內(nèi)部的天花板的吸聲系數(shù)為0.05，房間其他內(nèi)表面的吸聲系數(shù)設(shè)置為0.2。這個(gè)虛擬的房間是一個(gè)簡(jiǎn)化的有金屬屋頂?shù)钠胀ń淌摇?/p>

2.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)所用的雨噪聲是在金屬屋頂、四面敞開(kāi)的臨時(shí)廠房中進(jìn)行錄音的。連接著前置放大器放置的麥克風(fēng)位于臨時(shí)廠房的中心處，離鋪滿高吸聲材料的地面約1.6m高。實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)語(yǔ)音與預(yù)備實(shí)驗(yàn)中的語(yǔ)音是一致的。

實(shí)驗(yàn)中模擬的聽(tīng)音環(huán)境是：聽(tīng)者位于簡(jiǎn)化的有金屬屋頂?shù)钠胀ń淌业恼虚g位置，目標(biāo)語(yǔ)音從聽(tīng)者前方發(fā)出，金屬屋頂雨水噪聲從聽(tīng)者正上方發(fā)出。雙耳房間脈沖響應(yīng)可以通過(guò)特定的方向的HRTF和房間脈沖響應(yīng)函數(shù)卷積得到。每個(gè)語(yǔ)音測(cè)試的目標(biāo)語(yǔ)句隨機(jī)從CRM語(yǔ)音庫(kù)中抽取，而雨水噪聲保持不變。每組實(shí)驗(yàn)包括不同信噪比50個(gè)語(yǔ)音測(cè)試。每位聽(tīng)者參加4組實(shí)驗(yàn)。

2.3 結(jié)果和討論

表1 實(shí)驗(yàn)中不同信噪比的聽(tīng)音正確率

與準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)相比，雨水噪聲明顯影響了聽(tīng)者對(duì)語(yǔ)音信息辨識(shí)能力。很明顯，隨著信噪比的降低，語(yǔ)音識(shí)別結(jié)果顯著下降。因此雨水噪音可能會(huì)妨礙人們的交流，因?yàn)槿藗儾荒軓恼Z(yǔ)音獲得足夠的信息。

從研究中我們可以得出，當(dāng)存在金屬屋頂雨水噪聲時(shí)候，人們?cè)诿銖?qiáng)可以聽(tīng)到對(duì)方語(yǔ)音時(shí)（正確率30.4%），需要提高16dB的音量才能滿足溝通需要，幾乎難以做到；在部分能聽(tīng)到對(duì)方語(yǔ)音時(shí)（正確率51.1%），還需要提高12dB的音量滿足溝通需要；在大部分能聽(tīng)到對(duì)方語(yǔ)音時(shí)候（正確率71.6%），仍需要提高8dB的音量用來(lái)滿足溝通需要。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)主要研究了金屬屋頂雨水噪聲對(duì)語(yǔ)音識(shí)別干擾的程度。參加實(shí)驗(yàn)的聽(tīng)者有長(zhǎng)時(shí)間的英語(yǔ)學(xué)習(xí)經(jīng)歷，所以他們很熟悉語(yǔ)音庫(kù)中的詞匯，因此對(duì)于詞匯理解的影響是可以忽略的。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在一個(gè)簡(jiǎn)化的有著金屬屋頂?shù)钠胀ń淌?，隨著雨水噪聲的上升，語(yǔ)音識(shí)別的正確率顯著下降。因此，雨水噪聲可能使人溝通時(shí)，不能從語(yǔ)音獲得足夠的信息。當(dāng)存在金屬屋頂雨水噪聲時(shí)候，人們?yōu)榱藵M足溝通需要，必須大幅提高他們的語(yǔ)音音量。

未來(lái)的工作是探討如何建立雨水參數(shù)、房間參數(shù)和語(yǔ)音識(shí)別干擾之間的模型。比如降雨強(qiáng)度，水滴的大小和速度，屋頂建筑、室內(nèi)的聲學(xué)特性等對(duì)語(yǔ)音識(shí)別的影響，應(yīng)詳細(xì)研究。

[1] BoliaR S, et al．A speech corpus for multitalker communications research. Journal of the Acoustical Society of America,2000,107 (2):1065-1066.