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驗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)備實驗

1.1 參加實驗的聽者

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驗。所有聽者都不熟悉實驗的目的和實驗時所用的句子。實驗前所有的聽者進行了基本指令訓(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)實驗環(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）”。在每次實驗中，目標(biāo)句從CRM語音庫隨機變化的。一組實驗包含50個不同的目標(biāo)語音。

1.3 實驗程序和準(zhǔn)備實驗的結(jié)果

在預(yù)備實驗中，通過耳機使用頭部相關(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驗

2.1 虛擬聽音空間構(gòu)建

實驗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 實驗過程

實驗所用的雨噪聲是在金屬屋頂、四面敞開的臨時廠房中進行錄音的。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。實驗的目標(biāo)語音與預(yù)備實驗中的語音是一致的。

實驗中模擬的聽音環(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)語句隨機從CRM語音庫中抽取，而雨水噪聲保持不變。每組實驗包括不同信噪比50個語音測試。每位聽者參加4組實驗。

2.3 結(jié)果和討論

表1 實驗中不同信噪比的聽音正確率

與準(zhǔn)備實驗相比，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，因為人們不能從語音獲得足夠的信息。

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

實驗主要研究了金屬屋頂雨水噪聲對語音識別干擾的程度。參加實驗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。

實驗結(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.