Terugblik Project 235

Meten aan spraakverstaanbaarheid

Op maandag 17 maart waren we te gast bij Embedded Acoustics BV in Delft. Ongeveer 50 deelnemers werden in een high tech omgeving door Sander van Wijngaarden en Ben Kok bijgepraat hoe je STI (Speech Transmission Index) in de praktijk kan (moet) meten.   

Centrale ruimte bij Embedded Acoustics

We waren al eerder in Delft, op 10 april 2012 (project 221). Toen was het thema:  Spraakverstaanbaarheid: 40 jaar STI. Al in 1971 werd er door Tammo Houtgast en Herman Steeneken (indertijd werkzaam bij TNO) uitvoerig onderzoek gedaan naar spraakverstaanbaarheid. Zij ontwikkelden de STI als maat voor de verstaanbaarheid. STI is gebaseerd op verlies van modulatiediepte in de overdrachtsketen van bron tot waarnemer. Uitgangspunt is dat (verlies van) modulatiediepte samenhangt met (verlies van) verstaanbaarheid. Modulatiediepte is, in principe, objectief te meten. Hiermee beschikken we dus over een geschikte toetsbare grootheid. De STI wordt bepaald over de frequentiebanden van 125 Hz tot 8000 Hz en kan waarden aannemen tussen 0 en 1.

Het meten van een volledige STI vraagt vrij veel tijd (ca. 12 min.) per meetpositie, dus al snel werd er gezocht naar een snellere methode om in goed gedefinieerde situaties toch de verstaanbaarheid te kunnen meten. Dit leidde tot de RASTI ("Rapid STI") meetmethode waarbij slechts een sub-set van de volledige STI Modulatie Transfer Functie wordt gemeten.
Bruel & Kjaer bracht in de 80-er jaren hiervoor een commercieel product op de markt. Deze methode werd in 1981 internationaal gestandaardiseerd : IEC-60268-16.

In de loop van de tijd werd duidelijk dat de RASTI een te simpele benadering was en te vaak tot significante meetfouten leidde. Rond 2011 werd er een nieuwe, nog steeds verkorte, STI methode ontwikkeld speciaal voor het meten van ruimte-akoestiek en installaties voor geluidsversterking, de STIPA (STI for Public Address). Voor het meten van STIPA is er bij meerdere leveranciers apparatuur te koop. Apps voor het meten met een smartphone zijn er inmiddels ook. Mede door de regelgeving omtrent calamiteiten-ontruimingssystemen heeft de STIPA zich in de praktijk ontwikkeld tot de meest gebruikte meetmethode voor het bepalen van de spraakverstaanbaarheid.

STI-meting: de meetfrequenties

Elke frequentieband kent een afzonderlijke weging. In de STI is zowel de invloed van galm als die van stoorgeluiden op de verstaanbaarheid van spraak verwerkt. De STI kan worden berekend of gemeten. De te volgen procedure hiervoor is te vinden in de Nederlandse praktijkrichtlijn NPR 3438:2007, zie ook de IEC standaard (IEC 60268-16).

STI waarde verstaanbaarheid

0,00 - 0,30 = slecht
0,30 - 0,45 = matig
0,45 - 0,60 = voldoende
0,60 - 0,75 = goed
0,75 - 1,00 = uitstekend

Spraakverstaanbaarheid wordt sterk beïnvloed door nagalm, echo-effecten, omgevingsgeluid, de sterkte van het signaal en indien er een spreker aanwezig is, speelt de articulatie bij de spraak ook een belangrijke rol.

Sander van Wijngaarden van Embedded Acoustics , onze gastheer,  hield een inleiding en liet ons vervolgens kennis maken met hun nieuwe SM50 STIPA (Speech Transmission Index for Public Address Systems) meter.

SM50 van Embedded Acoustics

Sander benadrukte dat de spraakverstaanbaarheid wordt bepaald door de volledige keten, dus Spreker – Overdrachtsweg – Luisteraar. Met de STI wordt alleen de invloed van de overdrachtsweg gemeten. Invloeden van spreker en/of luisteraar zoals een spraakgebrek of gehoorproblemen, of de invloed van een vreemde taal worden dus niet meegenomen. Wel kan gesteld worden dat om dit soort problemen te compenseren men een hogere STI waarde moet hebben dan voor een situatie met ‘ideale’ spreker en luisteraar.

Sander van Wijngaarden

Voor het meten van de STI zijn er twee methoden:

- directe methode: gemoduleerde ruis (full STI of STIPA)
- indirecte methode: op basis van impulsresponsies.

Meters voor de directe methode zoals de SM50 meter zijn in het algemeen 'handheld'. Het testsignaal bevat te testen modulaties per frequentieband en wordt aangeboden aan de installatie; de meter geeft na 30 seconden meettijd direct een aanduiding voor STIPA.

Voorbeeld van meters gebaseerd op een directe meting

Vanwege de beperkingen in de meettijd worden niet meer dan twee modulaties per octaafband gemeten. Door met het meetinstrument door de ruimte te lopen en op verschillende plaatsten de STI te meten, krijg je al snel een indruk van de verstaanbaarheid in de ruimte. Op onderstaande tekening zien we dat we bijvoorbeeld voorin in een collegezaal een STI meten van 0,87 en meer naar achteren verslechtert deze tot 0,63.

STI-waarden in een collegezaal

Na de inleiding van Sander was het de beurt aan Ben Kok. Zoals wellicht bekend, is Ben als zelfstandig akoestisch adviseur werkzaam en beschikt hij behalve over de noodzakelijke specialistische kennis ook over de voor het meten benodigde meetapparatuur.

Sander van Wijngaarden geeft het woord aan Ben Kok

Ben legde uit welke methode van meten 'goed' is. Wat is de beste meetmethode? Het hangt ervan af. De directe methode wordt bij voorkeur toegepast bij het meten van niet-lineaire systemen (elektro-akoestiek, compressie, clipping, vervorming) of bij tijdvariante situaties (luchtstromingen). We passen deze methode ook toe indien er sprake is van achtergrondgeluid (dat we direct in de meting willen of moeten meenemen) en als we twijfelen. Bovendien heeft de directe methode het voordeel dat signaalgenerator en meter niet met elkaar in verbinding hoeven te staan (a-synchrone meting) zodat de meter werkelijk mobiel kan zijn. Bij het meten van een ontruimingsinstallatie wordt vaak direct gemeten; het testsignaal wordt dan centraal in de installatie geïnjecteerd en met de meter in de hand wordt het hele pand doorgelopen.

De indirecte methode geeft meer inzicht in complexere zaalakoestische vraagstukken (echo’s). De in de zaal gemeten impulsresponsies geven hierover snel een goede en betrouwbare indruk.

Signaal bij een impulsmeting

Bij beide meetmethodes is een correcte kalibratie essentieel. Omdat de recente versies van de norm ook niveauafhankelijke eigenschappen van het gehoor meenemen, is de absolute waarde van de geluidniveaus belangrijk. Allereerst werd tijdens de lezing de meetmicrofoon geijkt.

Het ijken van de meetopstelling

Ook controleerde Ben  of de afstand tussen de geluidsbron en de referentie meetmicrofoon in orde was (1 meter). Vervolgens voerde hij een aantal metingen uit. Tijdens het meten werden vier microfoons gebruikt; afhankelijk van de hard-end software kunnen tot 32 microfoons ingezet worden. De verkregen meetresultaten moeten vervolgens gemiddeld worden. Met de door Ben gebruikte hardware kan dit met maximaal acht  microfoons.
Hoe meer meetpunten hoe meer informatie over de situatie. Het motto van Ben: meten is weten, als je weet wat je meet. En doe het dan ook nauwkeurig!
Er zijn verschillende softwarepakketten in omloop, de keuze met welk pakket we gaan berekenen is een zaak van de akoesticus/vakspecialist. Elk pakket heeft voor- en nadelen, stelde Ben.

De meetopstelling

De procedure is als volgt: bepaal het achtergrondniveau (1/1-octaaf), plaats de bron (zie bovenstaande figuur), stel de positie, hoogte ( 1,5 meter) en richting van de bron in.
Bij de directe methode: voer het STIPA testsignaal toe aan de kunstspreker en regel het niveau op één meter af op 60 dB(A); meet vervolgens de STIPA op de meetposities. Herhaal de meting minimaal driemaal en middel de resultaten; afhankelijk van de spreiding en de gemeten STI moeten er meerdere metingen gedaan worden.
Bij de Indirecte methode: meet de impulsresponsie op één meter afstand en op de meetpositie(s). Bepaal de geluidniveaus uit de impulsresponsie, corrigeer voor spraakspectrum en bepaal de MTF (Modulatie Transfer Functie) uit de impulsresponsie. Vanwege de nagenoeg perfecte reproduceerbaarheid van de impulsresponsie meting hoeven de resultaten niet over meerdere metingen gemiddeld te worden.

Nulmeting STI is 0,74

Tevens demonstreerde Ben hoe de STI beïnvloed kan worden door externe stoorbronnen. Hiervoor werd de luidspreker gebruikt die aan de raamzijde zichtbaar is. Tijdens de demonstratie zagen we dat de STI door bijvoorbeeld het geroezemoes in een shopping mall snel kan verslechteren. Geluid meten is een zaak van akoestische specialisten, dat werd tijdens de lezing wel duidelijk.

Met stoorgeluid van shopping mall STI is 0,59

Een overzicht van de belangrijkste verschillen tussen de directe en de indirecte methode:

Op de website van Embedded Acoustics bv staat veel informatie over meetmethoden en procedures. Ook op de website van het merk NTI staat veel informatie over STI en het meten daarvan.

Tijdens de gezellige nazit werd onderling nog veel informatie uitgewisseld. De secretaris van de Nederlandse Sectie van de AES, Bert Kraaijpoel, bedankte na afloop op passende wijze (flesje wijn) de sympathieke docent en gastheer van vanavond.

Bert Kraaijpoel sluit de avond af

Tekst en foto's: Bob Vos (©2014)

Zie ook: foto-impressie van Bert Kraaijpoel