陈妍 周方

（江苏省安全生产科学研究院 江苏南京 210042）

雨水收集系统是水资源优化利用和促进可持续发展的一个重要途径，金属屋顶被广泛用于这一系统中。以往研究得知雨滴撞击金属屋顶的噪音超过70dB。因此雨水会在大多数金属屋顶的建筑室内空间中产生很高的噪声。

人们觉得金属屋顶雨水噪声影响他们的正常对话，绝大部分受访者同意，在存在金属屋顶雨水噪声时候，他们需要提高音量完成他们的对话，然后，目前对于音量提高的程度并没有研究来量化。因此，本文的目的是基于听音实验分析金属屋顶雨水噪声对语音识别的影响的程度，并且根据研究结果给出音量提高程度的建议。

1 预备实验

1.1 参加实验的听者

十名听力正常的成年志愿者，年龄在27和36岁之间，包括5名女性和7名男性参加了所有的实验。所有听者都不熟悉实验的目的和实验时所用的句子。实验前所有的听者进行了基本指令训练。

1.2 目标语音

采用CRM英语语音库作为目标语音的来源[1]，该库被国际多个研究组用于心理声学实验环境中语音识别的研究。该库是由八个英语信号音 (arrow,baron,charlie,eagle,hopper,laker,ringo,tiger)、四个颜色的英语单词（蓝Blue，绿Green，红Red，白White），以及1到8这八个英语数字单词排列组合得到256个短语，由8位母语为英语的人（四位男性，四位女性）朗读后录音制成。库中的每句话平均声压级相同，都遵循这样的结构：“ready（英语信号音）goto（英语颜色）（英语数字）”。在每次实验中，目标句从CRM语音库随机变化的。一组实验包含50个不同的目标语音。

1.3 实验程序和准备实验的结果

在预备实验中，通过耳机使用头部相关传递函数HRTF模拟出听者在消声室环境听到从正前方发出的目标语音。所有听者独立完成所有测试，结果显示每个人都有99%以上正确率。虽然所有听者都是中国人，但他们已经接受了超过十年的英语学习。因此，所有听者都熟悉这些英语单词，词汇理解的影响是可以忽略的。

2 金属屋顶雨水噪声对语言识别干扰的实验

2.1 虚拟听音空间构建

实验中所用的虚拟听音空间是通过镜像法（声线追踪法）模拟的。房间长10m，宽6m，高3m。内部的天花板的吸声系数为0.05，房间其他内表面的吸声系数设置为0.2。这个虚拟的房间是一个简化的有金属屋顶的普通教室。

2.2 实验过程

实验所用的雨噪声是在金属屋顶、四面敞开的临时厂房中进行录音的。连接着前置放大器放置的麦克风位于临时厂房的中心处，离铺满高吸声材料的地面约1.6m高。实验的目标语音与预备实验中的语音是一致的。

实验中模拟的听音环境是：听者位于简化的有金属屋顶的普通教室的正中间位置，目标语音从听者前方发出，金属屋顶雨水噪声从听者正上方发出。双耳房间脉冲响应可以通过特定的方向的HRTF和房间脉冲响应函数卷积得到。每个语音测试的目标语句随机从CRM语音库中抽取，而雨水噪声保持不变。每组实验包括不同信噪比50个语音测试。每位听者参加4组实验。

2.3 结果和讨论

表1 实验中不同信噪比的听音正确率

与准备实验相比，雨水噪声明显影响了听者对语音信息辨识能力。很明显，随着信噪比的降低，语音识别结果显著下降。因此雨水噪音可能会妨碍人们的交流，因为人们不能从语音获得足够的信息。

从研究中我们可以得出，当存在金属屋顶雨水噪声时候，人们在勉强可以听到对方语音时（正确率30.4%），需要提高16dB的音量才能满足沟通需要，几乎难以做到；在部分能听到对方语音时（正确率51.1%），还需要提高12dB的音量满足沟通需要；在大部分能听到对方语音时候（正确率71.6%），仍需要提高8dB的音量用来满足沟通需要。

3 结语

实验主要研究了金属屋顶雨水噪声对语音识别干扰的程度。参加实验的听者有长时间的英语学习经历，所以他们很熟悉语音库中的词汇，因此对于词汇理解的影响是可以忽略的。

实验结果显示，在一个简化的有着金属屋顶的普通教室，随着雨水噪声的上升，语音识别的正确率显著下降。因此，雨水噪声可能使人沟通时，不能从语音获得足够的信息。当存在金属屋顶雨水噪声时候，人们为了满足沟通需要，必须大幅提高他们的语音音量。

未来的工作是探讨如何建立雨水参数、房间参数和语音识别干扰之间的模型。比如降雨强度，水滴的大小和速度，屋顶建筑、室内的声学特性等对语音识别的影响，应详细研究。

[1] BoliaR S, et al．A speech corpus for multitalker communications research. Journal of the Acoustical Society of America,2000,107 (2):1065-1066.