Методи та системи оцінки та корекції акустичних характеристик приміщень для публічних виступів
| dc.contributor.advisor | Продеус, Аркадій Миколайович | |
| dc.contributor.author | Дворник, Олександр Олександрович | |
| dc.date.accessioned | 2024-06-26T11:56:03Z | |
| dc.date.available | 2024-06-26T11:56:03Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.abstract | Дворник О.О. Методи та системи оцінки та корекції акустичних характеристик приміщень для публічних виступів. – Кваліфікаційна робота на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота спрямована на дослідження шляхів підвищення точності та швидкості оцінювання акустичних характеристик приміщень в умовах негативної дії шуму та реверберації, а також на дослідження шляхів корекції цих характеристик. Зміст дисертаційного дослідження викладено в чотирьох розділах, де представлено та обґрунтовано основні результати роботи. Актуальність дисертаційної роботи обґрунтовано у вступі, де сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надано інформацію про наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. У першому розділі виконано огляд існуючих методів і підходів оцінювання розбірливості мови у приміщенні, аналізу ранніх відбиттів у приміщенні, а також методам корекції акустики приміщення. Показано, що в існуючих наукових працях, присвячених дослідженню розбірливості мови, недостатньо вивчене питання, який з методів оцінювання розбірливості мови є оптимальним, за критеріями точності та швидкості вимірювань, для вирішення поставленої задачі, із врахуванням апріорної інформації про завадові умови. Дослідження методів виявлення ранніх відбиттів є актуальним, оскільки аналіз моментів появи ранніх відбиттів дозволяє робити висновки стосовно їх впливу на розбірливість мовлення, а також локалізувати напрями приходу відбиттів до слухача. Аналіз існуючих наукових праць показав, що ґрунтовної відповіді на дане питання поки немає. Ще одним перспективним напрямом дослідження є частотна корекція акустики приміщення. Хоч дане питання досить активно досліджується у світі, однак наразі важко знайти рекомендації стосовно вибору методу корекції в реальному часі з урахуванням зміни наповненості приміщення. Другий розділ присвячений порівнянню різновидів модуляційного методу оцінювання розбірливості мовлення за точністю вимірювань. Результатом порівняння є рекомендації щодо застосування методів в залежності від задачі. Запропоновано використання багатокомпонентного тестового сигналу для порівняння прямого та непрямого методу оцінки індексу передачі мовлення, також проведено порівняння прямого та непрямого методів оцінки індексу передачі мовлення. У третьому розділі представлено методи акустичної експертизи приміщення з використанням штучної голови, показано, що за допомогою використання побутового акустичного обладнання можливо провести вимірювання, що за точністю результатів не поступаються отриманим на професійному обладнанні. Показано, що досягнення прийнятної точності вимірювань є можливим за умови використання запропонованого методу корегування частотної характеристики вимірювального тракту. У четвертому розділі представлені результати інструментальної оцінки якості та корекції якості приміщення. Представлено результати суб’єктивних та об’єктивних оцінок розбірливості мовлення з урахуванням впливу шуму, ранніх та пізніх відбиттів. Розроблено апаратно-програмний комплекс для аналізу напрямків відбиттів звуку у приміщенні, а також продемонстровано працездатність запропонованого методу корекції частотної характеристики приміщення у реальному часі із застосуванням багатоканального компресора. Представлені в дисертації нові теоретичні та практичні результати можна рекомендувати до використання при розробці та експлуатації систем, що призначені для акустичної експертизи приміщення й, зокрема, вимірювання розбірливості мовлення, та частотної корекції приміщення. В дисертаційній роботі отримано наступні наукові результати: 1. Вперше виконано порівняння точності оцінювання індексу розбірливості мовлення в умовах дії шуму та реверберації із використанням повного традиційного методу та повного формантно-модуляційного методу для широких діапазонів значень відношення сигнал-шум та тривалості тестових сигналів. 2. Вперше виконано порівняння швидкого та повного варіантів формантно-модуляційного методу оцінювання індексу розбірливості мовлення в умовах дії шуму та реверберації для широких діапазонів значень відношення сигнал-шум та тривалості тестових сигналів. 3. Вперше запропоновано багатокомпонентний тестовий сигнал та алгоритми його обробки, на основі яких виконано порівняння двох видів непрямого методу оцінки індексу передачі мовлення із прямим методом. 4. Уточнено попередні висновки про те, що формантний метод оцінювання індексу передачі мовлення є найбільш точним та швидким в умовах переважної дії шумової завади. 5. Уточнено умови використання апаратури непрофесійного рівня в апаратно-програмному комплексі «Штучна голова», призначеного для оцінки бінауральних імпульсних характеристик приміщення. 6. Вдосконалено та експериментально перевірено дієвість методу багатоканальної компресії сигналу, спотвореного реверберацією, в задачі послаблення нерівномірності амплітудно-частотної характеристики приміщення. 7. Показано можливість визначення часу реверберації та напрямків приходу відбиттів до слухача шляхом просторового акустичного сканування простору. Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному: 1. Встановлено принципову можливость використання повного та швидкого формантно-модуляційних методів оцінювання STI замість традиційного повного модуляційного методу. 2. Встановлена залежність точності формантного, повного модуляційного, повного формантно-модуляційного та швидкого формантно-модуляційного методів оцінювання STI від відношення сигнал-шум та від тривалості тестового сигналу. 3. Виконане коректне порівняння, за точністю вимірювань, прямого та непрямого методів оцінки STI. 4. Отримано практичні рекомендації стосовно корекції частотної характеристики вимірювального тракту системи «Штучна голова», що містить обладнання непрофесійного рівня, для підвищення точності оцінювання бінауральних імпульсних характеристик приміщення. 5. Встановлено працездатність та ефективність методу корекції сигналу, спотвореного реверберацією, на основі методу багатоканальної компресії, що дозволяє послабити нерівномірність амплітудно-частотної характеристики приміщення 6. Встановлено працездатність запропонованого акустичного модуля для вимірювання просторових акустичних характеристик приміщення. | |
| dc.description.abstractother | Dvornyk O.O. Methods and systems for evaluation and correction of acoustic characteristics of premises for public performances. - Qualifying thesis as a manuscript. Dissertation for the Doctor of Philosophy degree in Electronics. - National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Ministry of Education and Science of Ukraine, Kyiv, 2024. The dissertation is aimed at researching ways to improve the accuracy and speed of evaluating the acoustic characteristics of premises under the influence of noise and reverberation, as well as investigating methods for correcting these characteristics. The content of the dissertation research is presented in four chapters, where the main results of the work are outlined and justified. The relevance of the dissertation is substantiated in the introduction, where the purpose and objectives of the research are formulated, research methods are described, and information is provided on the scientific novelty and practical significance of the obtained results. In the first chapter, a review of existing methods and approaches for assessing speech intelligibility in a room, analyzing early reflections in the room, and methods for correcting room acoustics is conducted. It is shown that in existing scientific works dedicated to studying speech intelligibility, the question of which method of speech intelligibility assessment is optimal, according to the criteria of accuracy and measurement speed, remains insufficiently studied to address the set task, considering the prior information about the adverse conditions. The investigation of early reflection detection methods is relevant because analyzing the moments of appearance of early reflections allows conclusions to be drawn regarding their impact on speech intelligibility and to localize the directions of reflection arrival to the listener. The analysis of existing scientific works has shown that there is no comprehensive answer to this question yet. Another promising direction for research is frequency correction of room acoustics. Although this issue is quite actively researched worldwide, it is currently difficult to find recommendations regarding the choice of correction method in real-time considering the changing occupancy of the room. The second chapter is dedicated to comparing various types of modulation methods for assessing speech intelligibility in terms of measurement accuracy. The comparison results in recommendations for the application of methods depending on the task. The use of a multi-component test signal is proposed for comparing direct and indirect methods of speech transmission index assessment, and a comparison of direct and indirect methods of speech transmission index assessment is also conducted. The third chapter presents methods of acoustic expertise of premises using an artificial head. It is shown that household acoustic equipment can be used to conduct measurements that are not inferior in accuracy to those obtained with professional equipment. It is demonstrated that achieving acceptable measurement accuracy is possible provided that the proposed method of correcting the frequency response of the measurement path is used. The fourth chapter presents the results of instrumental assessment of the quality and correction of the premises. The results of subjective and objective assessments of speech intelligibility, taking into account the influence of noise, early and late reflections, are presented. A hardware and software complex for analyzing sound reflection directions in the premises has been developed, and the effectiveness of the proposed method of correcting the frequency response of the premises in real time using a multichannel compressor has been demonstrated. The new theoretical and practical results presented in the dissertation can be recommended for use in the development and operation of systems designed for acoustic assessment of premises, including speech intelligibility measurement, and frequency correction of premises. In the dissertation research, the following scientific results have been obtained: 8. For the first time, a comparison of the accuracy of speech intelligibility index estimation in conditions of noise and reverberation using the full traditional method and the full formant-modulation method has been performed across wide ranges of signal-to-noise ratios and test signal durations. 9. A comparison of the rapid and full versions of the formant-modulation method for speech intelligibility index estimation in conditions of noise and reverberation has been conducted for wide ranges of signal-to-noise ratios and test signal durations. 10.A multi-component test signal and processing algorithms have been proposed for comparison of two types of indirect speech intelligibility index estimation methods with the direct method. 11.It has been clarified that the formant method for speech intelligibility index estimation is the most accurate and rapid under predominantly noise conditions. 12.Conditions for using non-professional equipment in the hardwaresoftware complex "Artificial Head," designed for binaural impulse response assessment of premises, have been refined. 13.The effectiveness of the multi-channel signal compression method in mitigating amplitude-frequency characteristic non-uniformities of the room has been improved and experimentally verified. 14.The possibility of determining the reverberation time and directions of reflections arrival at the listener by spatial acoustic scanning of the space has been demonstrated. The practical significance of the obtained results lies in the following: 7. The possibility of using both full and rapid formant-modulation methods for STI assessment instead of the traditional full modulation method has been established. 8. The dependence of the accuracy of formant, full modulation, full formant-modulation, and rapid formant-modulation methods of STI assessment on the signal-to-noise ratio and the duration of the test signal has been determined. 9. A comparative analysis, based on measurement accuracy, of direct and indirect methods of STI assessment has been conducted. 10.Practical recommendations for correcting the frequency response of the measurement system's "Artificial Head," which includes nonprofessional-grade equipment, have been developed to improve the accuracy of binaural impulse response measurements in room acoustics analysis. 11.The effectiveness of the proposed signal correction method, based on multichannel compression, for mitigating irregularities in the amplitudefrequency characteristics of the room distorted by reverberation, has been demonstrated. 12.The functionality of the proposed acoustic module for measuring spatial acoustic characteristics of a room has been verified. | |
| dc.format.extent | 138 с. | |
| dc.identifier.citation | Дворник, О. О. Методи та системи оцінки та корекції акустичних характеристик приміщень для публічних виступів : дис. … д-ра філософії : 171 Електроніка / Дворник Олександр Олександрович. – Київ, 2024. – 138 с. | |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/67487 | |
| dc.language.iso | uk | |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | |
| dc.publisher.place | Київ | |
| dc.subject | розбірливість мовлення | |
| dc.subject | оцінка розбірливості мовлення | |
| dc.subject | штучна голова | |
| dc.subject | акустична експертиза приміщення | |
| dc.subject | корекція амплітудночастотної характеристики приміщення | |
| dc.subject | просторовий аналіз відбиттів у приміщенні | |
| dc.subject | speech intelligibility | |
| dc.subject | speech intelligibility assessment | |
| dc.subject | artificial head | |
| dc.subject | room acoustics analysis | |
| dc.subject | correction of room amplitude-frequency characteristics | |
| dc.subject | spatial reflections analysis in rooms | |
| dc.subject.udc | 621.391.83 | |
| dc.title | Методи та системи оцінки та корекції акустичних характеристик приміщень для публічних виступів | |
| dc.type | Thesis Doctoral |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 8.98 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: