Wie messen wir die Sprachverständlichkeit STI?

Die Verständlichkeit einer Notfalldurchsage im öffentlichen Raum kann für die Anwesenden von entscheidender Bedeutung sein. Dies gilt insbesondere für Bahnhöfe und Flughäfen, Kongress- und Einkaufszentren, Stadien, Hörsäle und Klassenzimmer usw.

Um eine gute Sprachverständlichkeit zu gewährleisten, ist ein objektives Messverfahren erforderlich, das relevante und reproduzierbare Ergebnisse liefert. Die Messung des Speech Transmission Index (STI) ist ein solches Verfahren.

Durch die akustische Analyse von Sprache stellen wir fest, dass menschliche Sprachlaute zwei Eigenschaften haben:

1. Sie liegen im Frequenzbereich von ca. 100 Hz bis 10 kHz
2. Die Intensität der Laute moduliert langsam (zwischen 0,63 und 12,5 Hz)

Diese Modulationen des von einer sprechenden Person erzeugten Schallsignals sind ein wichtiger Bestandteil der Informationsübertragung innerhalb einer Sprache. Wenn sie während der Übertragung teilweise verloren gehen, leidet die Verständlichkeit der Sprache.

Langzeit-Sprachspektrum

Eine STI-Messung untersucht, wie gut die Modulationen erhalten bleiben, und stellt das Ergebnis anhand einer Modulationsübertragungsfunktion (MTF) dar. Die MTF-Messungen einzelner Oktavbänder geben an, wie gut die Modulationen in den einzelnen Frequenzbändern erhalten wurden, indem die Modulationsverhältnisse „mr“ in jedem Oktavband untersucht werden. Die Messung umfasst das Senden, Empfangen und Analysieren eines synthetischen Sprachsignals. Das Testsignal selbst basiert auf rosa Rauschen, das in sieben Oktavbändern mit 14 verschiedenen Frequenzen moduliert wird. Daraus ergeben sich 98 Kombinationen.

Die Messung aller 98 Kombinationen, die als vollständige STI-Methode bekannt ist, ist recht komplex und in einem tragbaren Gerät nur schwer zu implementieren. Diese Methode ist jedoch die detaillierteste Lösung zur Messung der Sprachverständlichkeit und wird immer dann eingesetzt, wenn alternative Ansätze aufgrund ungünstiger Umgebungsbedingungen keine zuverlässigen Ergebnisse liefern.

In der Praxis wird meist die STIPA-Messmethode (Speech Transmission Index for Public Address) verwendet. Sie misst 14 der Kombinationen und wurde speziell für tragbare Geräte entwickelt.

Unter der Annahme, dass kein lauter, impulsartiger Umgebungslärm vorhanden ist und keine starken nichtlinearen Verzerrungen auftreten, liefert die STIPA-Methode STI-Messergebnisse innerhalb von 15 Sekunden und mit einer Genauigkeit, die mit der der vollständigen STI-Methode vergleichbar ist.

Wenn während der normalen Betriebszeiten impulsartiger Umgebungslärm vorhanden ist, wird die Messung typischerweise zu einem günstigeren Zeitpunkt durchgeführt, z. B. nachts.

An der Messposition ermittelt das Messgerät den Frequenzgang und das Ausmaß, in dem die übertragenen Modulationen verändert wurden. Daraus wird das standardisierte STI-Ergebnis anhand einer „Qualitätsbewertungsskala“ berechnet. Ein Wert von STI = 1 steht für perfekte Verständlichkeit, während STI = 0 bedeutet, dass der Informationsgehalt vollständig verloren gegangen ist.

Alternativ kann das Ergebnis auch auf einer Common Intelligibility Scale (CIS) angezeigt werden, die wie folgt berechnet wird: CIS = 1 + log(STI).

Herausforderungen

Externe, impulsartige Geräusche, die während einer STI-Messung vorhanden sind, stören das Testsignal und verändern somit das Ergebnis. Daher sollte die STI-Messung immer in einer möglichst ruhigen Umgebung stattfinden, d. h. ohne Lärm von Maschinen und Personen usw.

Wenn der Lärm ein integraler Bestandteil der Umgebung ist, verändert er den STI-Wert. Er sollte daher separat gemessen und in die endgültige Berechnung des STI-Ergebnisses einbezogen werden.

Messen Sie den typischen Hintergrundlärm

Der Hintergrundgeräuschpegel wird unter typischen Bedingungen gemessen, d. h. in Anwesenheit einer Menschenmenge. Der LAeq wird für 30 Sekunden (oder länger) aufgezeichnet und in Oktavauflösung gespeichert. Wenn während dieser Messung ein ungewöhnliches, lautes Geräusch auftritt, muss die Messung verworfen und wiederholt werden.

STI-Messung

Die STI-Messung selbst findet idealerweise statt, wenn der Ort leer ist, z. B. nachts.

Hinweis: An bestimmten Orten – z. B. einem kleineren Bahnhof inmitten eines Wohngebiets – ist es möglicherweise nicht möglich, STI-Messungen nachts durchzuführen, da dies die Anwohner stören würde. In solchen Fällen findet die STI-Messung tagsüber statt, d. h. in der normalen Betriebsumgebung, und es ist keine Korrektur des STI-Ergebnisses mit einem zuvor aufgezeichneten Hintergrundgeräuschpegel erforderlich.

Das STI-Testsignal kann auf zwei Arten wiedergegeben werden:

1. Mit einem Audiokabel in die vorhandene PA-Anlage. Verwenden Sie z. B. den MR-PRO Signalgenerator

(Hinweis: CD- oder MP3-Player sind weniger geeignet, da sie Schwankungen in der Abtastrate aufweisen oder das Testsignal durch Komprimierung verändern können, was sich wiederum negativ auf das Messergebnis auswirkt).

2. Akustisch von einem speziellen Lautsprecher, z. B. der NTi Audio TalkBox, die das Testsignal mit einem kalibrierten Schallpegel von 60 dB in einem Abstand von 1 m wiedergibt (der normalen menschlichen Sprechlautstärke). Diese Lösung wird überall dort eingesetzt, wo Durchsagen normalerweise über ein Mikrofon gemacht werden, oder an Orten, an denen das Sprachsignal nicht elektroakustisch verstärkt wird, z. B. in Klassenzimmern.

Wenn eine PA-Anlage für Durchsagen verwendet wird, besteht der nächste Schritt darin, die Lautstärke im öffentlichen Bereich anzupassen. Diese sollte mindestens 6 dB, besser aber 10-18 dB über dem üblichen Hintergrundgeräuschpegel gemessen werden. Es ist zu beachten, dass die Sprachverständlichkeit wahrscheinlich abnimmt, wenn der Durchsagepegel zu hoch ist (über 80 dB).

Schließlich sollten STI-Werte an mehreren Messpositionen erfasst werden, nämlich überall dort, wo sich normalerweise Personen aufhalten. Die Messpunkte müssen in einem angemessenen Abstand voneinander liegen, um ein repräsentatives Ergebnis zu erhalten. Eine einzelne STIPA-Messung dauert 15 Sekunden pro Position. Die Messungen werden zu einem einzigen Ergebnis für den gesamten Raum gemittelt.

Untersuchung der Ergebnisse

Die Plausibilität jedes einzelnen erhaltenen Ergebnisses muss überprüft werden. Dadurch werden ungültige Messungen identifiziert, z. B. aufgrund von impulsartigem Umgebungslärm. Die folgenden Fehler können auftreten:

• Ungültige Modulationsverhältnisse in den einzelnen Oktavbändern (mr1 oder mr2> 1,3)
• Schwankende Pegelverhältnisse oder impulsartige Bedingungen während der Messung (erkannt durch Vergleich der ersten Hälfte des Messzeitraums mit der zweiten)

Hinweis: Fortschrittliche akustische Analysatoren wie der XL2 führen diese Analyse durch und zeigen das Ergebnis automatisch an.

Analyse der Ergebnisse

Der nächste Schritt besteht darin, die gemessenen STI-Ergebnisse mit dem Spektrum des üblichen Hintergrundgeräusches zu verrechnen. Für dieses Verfahren stehen drei Methoden zur Verfügung:

1. Direkte Messung der Sprachverständlichkeit STI in einer normalen Betriebsumgebung, d. h. in Anwesenheit einer Menschenmenge (siehe Hinweis im obigen Abschnitt „STI-Messung“).
2. Messen Sie separat den typischen Umgebungslärm und addieren Sie ihn zum gemessenen STI-Wert.
3. Manuelles Hinzufügen eines geeigneten Satzes vordefinierter Umgebungslärmdatenwerte (z. B. gemäß „Richtlinie des Österreichischen Bundesfeuerwehrverbandes“, TRVB S 1458).

Hinweis: Fortschrittliche akustische Analysatoren wie der XL2 unterstützen alle drei Methoden und berechnen und zeigen das Ergebnis automatisch an.

Mittelwertbildung

Verschiedene Normen legen fest, wie oft jede Messung durchgeführt werden sollte. Die Norm IEC 60268-16 empfiehlt beispielsweise, mindestens drei Messwerte an jedem Messpunkt zu mitteln, wenn Hintergrundgeräusche vorhanden sind. Die Abweichung zwischen zwei dieser drei Ergebnisse darf nicht größer als 0,03 STI sein. Die deutsche Norm VDE 0833-4 hingegen schreibt mindestens drei Messungen nur dann vor, wenn der erste STI-Wert < 0,63 beträgt.

Hinweis: Fortschrittliche akustische Analysatoren wie der XL2 können diese Berechnung selbstständig durchführen und die Ergebnisse anzeigen.

Besondere Berücksichtigung

In Notfällen neigen Sprecher dazu, ihre Stimme zu erheben und lauter zu sprechen. Dieses Verhalten wird als Lombard-Effekt bezeichnet. Um diese Situation abzudecken, kann der akustische Eingang des STI-Testsignals auch mit einem um 10 dB höheren Pegel abgespielt werden. Die TalkBox unterstützt diese Anwendung.

Sprachalarmanlage

Mängel in der Sprachalarmanlage, z. B. Verzerrungen, defekte Komponenten oder falsch verdrahtete Lautsprecher, können zu einer schlechten Sprachverständlichkeit führen. Die Identifizierung dieser Fehler erfordert einen geeigneten Signalgenerator und ein Messgerät für die notwendigen elektrischen und akustischen Tests. Der MR-PRO und der XL2 sind hierfür ideal.

Auch eine ungünstige Anordnung der Sprachalarmanlage kann zu schlechten STI-Werten beitragen. Zu wenige Lautsprecher könnten beispielsweise zu einem inhomogenen Schallfeld mit ‘Löchern’ in bestimmten Bereichen führen. Dies bedeutet jedoch, dass die Lautsprecher entsprechend lauter betrieben werden müssen, was wiederum zu einem unangenehm lauten Schall in anderen Bereichen führt. Im Allgemeinen ist es daher ratsam, eher mehr als weniger, gleichmäßig verteilte Lautsprecher im Raum zu installieren.

Raumakustik

Die akustischen Eigenschaften des Ortes haben einen wichtigen Einfluss auf die Sprachverständlichkeit. Der wichtigste Faktor ist hier, ob der Direktschall zum Zuhörer ausreichend dominant gegenüber eventuell auftretenden Schallreflexionen ist. Solange dies der Fall ist, sind möglicherweise keine weiteren Maßnahmen erforderlich. Viel Nachhall kann die Verständlichkeit der Sprache beeinträchtigen. Als Gegenmaßnahme empfehlen wir die Installation von schallabsorbierenden Objekten wie Vorhängen, Teppichen, Polstermöbeln oder speziellen Akustikpaneelen.

Hintergrundlärm

Wenn viel Umgebungslärm vorhanden ist, kann sich die Verständlichkeit der Sprache verschlechtern. Dies kann passieren, wenn der Ort nicht ausreichend von nahegelegenen Lärmquellen abgeschirmt ist.

In solchen Fällen hilft es in der Regel, bessere Fenster, Lärmschutzwände oder ähnliche Maßnahmen zu installieren, die den öffentlichen Bereich von der externen Lärmquelle entkoppeln.