Устройство для оценки качества звукопередачи речи и акустических измерений и способ оценки качества звукопередачи речи и акустических измерений

 

Использование: электроакустика. Сущность изобретения: устройство для оценки качества звукопередачи речи содержит макет искусственной головы, в отверстиях слуховых каналов которой размещены два микрофона, соединенные с двумя симметричными согласующими усилителями. Устройство снабжено сдвоенным переключателем для синфазного или противофазного включения микрофонов и регистрирующим вольтметром. Описан также способ для оценки качества звукопередачи речи, в котором используется данное устройство. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению акустических измерений и предназначено для оценки качества звукопередачи речи.

Аналогом подобного устройства может служить система стереофонической передачи, где используется "искусственная голова", в "слуховых" камерах которой размещаются два микрофона [1] Прототипом изобретения является двухканальный макет искусственной головы человека [2] Данное устройство предназначено для проведения акустических измерений и оценок.

Цель изобретения сравнение двух режимов (синфазного и противофазного) включения микрофонов, имитирующее свойства слуховой системы человека, для оценки качества звукопередачи речи в помещениях и на открытых площадках.

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство содержит два ненаправленных идентичных микрофона 1 (левый) и 2 (правый) любого принципа действия с симметричными выходами. Микрофоны размещаются в отверстиях, имитирующих ушные раковины, корпуса искусственной головы 3. Микрофоны подключены к согласующим усилителям 4 и 5, выходные симметричные напряжения которых, пропорциональные звуковым давлениям, действующим на микрофоны, коммутируются сдвоенным переключателем 6.

Устройство работает следующим образом.

При оценке качества звукопередачи звуковое давление от источника речевого сигнала И действует на микрофоны 1 и 2. Для данного положения искусственной головы, когда прием звука происходит под углом Θ к базе d микрофонов, мгновенное значение давления, действующего на ближайший к источнику И (например, гармонических сигналов) микрофон 1, будет p₁ p_м.1sin ω t, (1) где ω угловая частота звуковых колебаний.

Мгновенное значение давления, действующего на более "дальний" микрофон 2, найдется с учетом времени запаздывания τ=d˙cosΘ/c, где с скорость звука, задающего частотнозависимый сдвиг по фазе ϕ=ω˙τ=K˙d˙cosΘ, где k ω/c волновое число, т.е.

p₂= p_м,2 sin ω(t-τ) P_м,2sin(ωt-k·d·cosΘ) (2) Следовательно, суммарное звуковое давление (при нижнем положении переключателя 6) будет p_с= p₁+p₂= 2p cos cos sint cos (3) где p p₁ p₂ значение давления при одинаковых параметрах приемных элементов микрофонов.

В этом режиме устройство не обладает пространственной избирательностью и в равной мере реагирует на звуковые давления источников сигнала и помех, как аддитивных, так и мультипликативных, но с выделением в рабочем диапазоне низкочастотных и высокочастотных составляющих.

Разностное же включение микрофонов и усилителей (верхнее положение переключателя 6) приводит к следующему значению давления: p_p= p₁+p₂= 2p·sin cos cost cos (4) В этом случае устройство уже обладает пространственной избирательностью и не реагирует на звуки с фронтальной и тыльной сторон с компенсацией давлений источника сигнала, диффузных отражений и аддитивных, практически синфазных помех. Последние обычно обладают низкочастотным спектром и тем более ослабляются за счет избирательной частотной характеристики для данного режима. Одновременно здесь пространственно выделяются звуки, действующие (например, в помещении) с боковых направлений, которые являются следствием части сигнала (в пределах пространственного угла) и возбуждения направленных и коррелированных с сигналом ранних отражений.

Следует отметить, что разностное давление пропорционально не только градиенту давления на расстоянии d p_p= B B B (5) где B коэффициент пропорциональности, но и колебательной скорости частиц воздуха в данной точке (в пространстве ИГ), которая для заданного направления Θ равна · (6) где ρ плотность воздуха.

Следовательно, отношение p к дает величину локального акустического импеданса (сопротивления) Z_a= p/ в месте расположения ИГ, который характеризует функцию передачи звукового давления от источника в точку приема с учетом акустических условий, т.е. качество звукопередачи, артикуляцию, энергетические критерии и т.п.

Аналогом способа для оценки качества звукопередачи речи и акустических измерений с помощью предлагаемого устройства является способ оценок, используемый в системе стереофонической передачи [1] и в прототипе двухканальный макет искусственной головы человека [2] Цель предлагаемого способа является измерение не только суммарного напряжения на выходах микрофонов (и согласующих усилителей) искусственной головы, но и разностного напряжения, когда микрофоны включаются в противофазе так, что отношение этих напряжений дает величину пропорциональную качеству звукопередачи, например, речи, воспроизводимой в помещении или открытой площади.

Для осуществления способа в искусственной голове кроме микрофонов 1 (левого) и 2 (правого) используются согласующие усилители 4 и 5, выходные симметричные напряжения которых, пропорциональные звуковым давлениям p₁ и p₂, действующим на микрофоны, коммутируются сдвоенным переключателем 6 на входе электронного вольтметра 7.

Сущность способа заключается в следующем.

При синфазном включении микрофонов (нижнее положение переключателя 6) суммарное напряжение на выходе усилителей, пропорциональное давлению p_c (3), будет равно
U_с= 2A cos cos sint cos (7) где A постоянный коэффициент преобразования давления в напряжение.

В этом режиме регистрируемое вольтметром напряжение U_cпропорционально в равной мере звуковым давлениям сигнала (речи) и, соответственно, в основном аддитивных помех, действующих на микрофоны со всех сторон.

При противофазном включении микрофонов (верхнее положение переключателя 6) разностное напряжение на входе вольтметра 7, пропорциональное давлению p_р, (4) будет
U_р= 2A sin cos cost cos (8)
В этом режиме напряжение U_р пропорционально в основном давлению мультипликативных помех (в пределах диаграммы направленности ИГ) и в равной мере колебательной скорости частиц воздуха, что позволяет оценивать положение источника в пространстве.

Таким образом, сравнение (отношение) напряжений U_с и U_р позволяет оценить степень зашумленности сигнала мультипликативной и аддитивной помехами в условиях помещений, т.е. качество звукопередачи, например, речи.

Кроме оценки качества звукопередачи речи по результатам измерения U_с и U_р, устройство может быть использовано и для оценки качества звукопередачи музыки, а также для измерения интенсивности сигнала и шумов при наличии элементов электронной обработки и фильтрации.

Формула изобретения

1. Устройство для оценки качества звукопередачи речи и акустических измерений, содержащее макет искусственной головы, в отверстиях слуховых каналов которой размещены два микрофона, соединенных с двумя симметричными согласующими усилителями, отличающееся тем, что оно снабжено сдвоенным переключателем для синфазного и/или противофазного включения микрофонов и регистрирующим вольтметром.

2. Способ оценки качества звукопередачи речи и акустических измерений, включающий регистрацию напряжения при синфазном включении микрофонов, отличающийся тем, что регистрируют напряжение при противофазном включении микрофонов и оценку качества звукопередачи речи осуществляют по отношению зарегистрированных напряжений.

РИСУНКИ

Рисунок 1