雨水收集系統(tǒng)中金屬屋頂雨水噪聲對語音識別的影響<==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^70dB。因此雨水會在大多數(shù)金屬屋頂?shù)慕ㄖ覂?nèi)空間中產(chǎn)生很高的噪聲。

人們覺得金屬屋頂雨水噪聲影響他們的正常對話，絕大部分受訪者同意，在存在金屬屋頂雨水噪聲時候，他們需要提高音量完成他們的對話，然后，目前對于音量提高的程度并沒有研究來量化。因此，本文的目的是基于聽音實(shí)驗(yàn)分析金屬屋頂雨水噪聲對語音識別的影響的程度，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)的聽者

十名聽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)。所有聽者都不熟悉實(shí)驗(yàn)的目的和實(shí)驗(yàn)時所用的句子。實(shí)驗(yàn)前所有的聽者進(jìn)行了基本指令訓(xùn)練。

1.2 目標(biāo)語音

采用CRM英語語音庫作為目標(biāo)語音的來源[1]，該庫被國際多個研究組用于心理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中語音識別的研究。該庫是由八個英語信號音 (arrow,baron,charlie,eagle,hopper,laker,ringo,tiger)、四個顏色的英語單詞（藍(lán)Blue，綠Green，紅Red，白White），以及1到8這八個英語數(shù)字單詞排列組合得到256個短語，由8位母語為英語的人（四位男性，四位女性）朗讀后錄音制成。庫中的每句話平均聲壓級相同，都遵循這樣的結(jié)構(gòu)：“ready（英語信號音）goto（英語顏色）（英語數(shù)字）”。在每次實(shí)驗(yàn)中，目標(biāo)句從CRM語音庫隨機(jī)變化的。一組實(shí)驗(yàn)包含50個不同的目標(biāo)語音。

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，通過耳機(jī)使用頭部相關(guān)傳遞函數(shù)HRTF模擬出聽者在消聲室環(huán)境聽到從正前方發(fā)出的目標(biāo)語音。所有聽者獨(dú)立完成所有測試，結(jié)果顯示每個人都有99%以上正確率。雖然所有聽者都是中國人，但他們已經(jīng)接受了超過十年的英語學(xué)習(xí)。因此，所有聽者都熟悉這些英語單詞，詞匯理解的影響是可以忽略的。

2 金屬屋頂雨水噪聲對語言識別干擾的實(shí)驗(yàn)

2.1 虛擬聽音空間構(gòu)建

實(shí)驗(yàn)中所用的虛擬聽音空間是通過鏡像法（聲線追蹤法）模擬的。房間長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。這個虛擬的房間是一個簡化的有金屬屋頂?shù)钠胀ń淌摇?/p>

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)所用的雨噪聲是在金屬屋頂、四面敞開的臨時廠房中進(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)語音與預(yù)備實(shí)驗(yàn)中的語音是一致的。

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

2.3 結(jié)果和討論

表1 實(shí)驗(yàn)中不同信噪比的聽音正確率

與準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)相比，雨水噪聲明顯影響了聽者對語音信息辨識能力。很明顯，隨著信噪比的降低，語音識別結(jié)果顯著下降。因此雨水噪音可能會妨礙人們的交流，因?yàn)槿藗儾荒軓恼Z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候，人們在勉強(qiáng)可以聽到對方語音時（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；在部分能聽到對方語音時（正確率51.1%），還需要提高12dB的音量滿足溝通需要；在大部分能聽到對方語音時候（正確率71.6%），仍需要提高8dB的音量用來滿足溝通需要。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)主要研究了金屬屋頂雨水噪聲對語音識別干擾的程度。參加實(shí)驗(yàn)的聽者有長時間的英語學(xué)習(xí)經(jīng)歷，所以他們很熟悉語音庫中的詞匯，因此對于詞匯理解的影響是可以忽略的。

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

未來的工作是探討如何建立雨水參數(shù)、房間參數(shù)和語音識別干擾之間的模型。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)特性等對語音識別的影響，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.