DE19813285B4

DE19813285B4 - Verfahren zur automatischen Messung der Sprachverständlichkeit in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19813285B4
Application number: DE1998113285
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Thoma
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: DE19813285A1

Abstract

Verfahren zur automatischen Messung der Sprachverständlichkeit in Kraftfahrzeugen, bei dem ein Testwort mittels eines Lautsprechers (8, 8') von einem Computer in die Fahrgastzelle (1) eines Kraftfahrzeuges eingespielt wird, bei dem synchron mit dem Einspielen des Testwortes das Innengeräusch, das sich aus dem Testwort und einem Störgeräusch zusammensetzt, mittels eines Mikrofons (7, 7') vom Computer aufgenommen wird, bei dem anschließend das aufgenommene Innengeräusch im Computer im Hinblick auf das Verhältnis des Testwortpegels zum Störgeräuschpegel ausgewertet wird und bei dem aus dem Ergebnis der Auswertung ein Sprachverständlichkeitkennwert gebildet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Messung der Sprachverständlichkeit in Kraftfahrzeugen.
Es ist bekannt, daß insbesondere tieffrequente Störgeräusche als Hintergrundgeräusche mit hohem Pegel die sprachliche Verständigung stark beeinträchtigen. Als Faustregel gilt, daß für eine einwandfreie Kommunikation der durchschnittliche Wortpegel ca. 6 dB über dem Störgeräuschpegel bzw. Rauschpegel liegen sollte. Im Kraftfahrzeug wird die verbale Verständigung insbesondere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine oder bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten eingeschränkt, da hier verstärkt auch tieffrequente Störgeräuschpegel auftreten können.

In der Literatur werden verschiedene Methoden vorgeschlagen, um die Interferenz von Sprache und Hintergrundgeräuschen zu bestimmen. Dabei können zum einen Frequenzbereiche betrachtet werden, die durch Terzbänder, Oktavbänder oder kritische Bandbreiten des Innenohrs festgelegt sind oder Frequenzbereiche, in denen die Energieschwerpunkte der menschlichen Stimme lokalisiert sind. Ausgangspunkt dieses letzten Ansatzes ist die Erkenntnis, daß die menschliche Artikulation im wesentlichen auf Filterprozessen im Vokaltrakt basiert. Physikalisch kommt die Klangbildung primär dadurch zustande, daß sich stehende Wellen aufgrund der Resonanzeigen schaften ausbilden, die die verschiedenen Räume des Vokaltraktes besitzen. Die Frequenzbänder, die die spektrale Position dieser Eigenschwingungen beschreiben, werden als Formanten bezeichnet. Diese stellen die Energieschwerpunkte dar, deren Amplitude, Form und Position im Frequenzspektrum die Klangfarbe der in den Vokaltrakt eingeleiteten stimmhaften oder stimmlosen Signale wesentlich beeinflussen. Die Formantenbereiche, innerhalb derer sich die für die menschliche Artikulation entscheidenden Prozesse abspielen, werden nach dem Stand der Technik als Mittelwerte folgender durch Frequenzgrenzen definierter Bereiche festgelegt:

1. Formant:	150–760 Hz
2. Formant:	760–2100 Hz
3. Formant:	2100–3700 Hz
4. + 5. Formant:	3700–12000 Hz (Zisch- und Reiblaute)

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der Kommunikation im Kraftfahrzeug zu schaffen, das eine schnelle automatische Messung der Sprachverständlichkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird zunächst ein Testwort bzw. eine Reihe von vorzugsweise einsilbigen Testwörtern mittels eines Lautsprechers von einem Computer in die Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, entweder während der Fahrt oder auf einem Rollenprüfstand, eingespielt. Synchron wird mit dem Einspielen des Testwortes bzw. der Testwörter das Innengeräusch, das sich aus dem Testwort bzw. den Testwörtern und einem Störgeräusch zusam mensetzt, mittels eines Mikrofons vom Computer aufgenommen. Anschließend wird das aufgenommene Innengeräusch im Computer im Hinblick auf das Verhältnis des aufgenommenen Testwortpegels zum aufgenommenen Störgeräuschpegel ausgewertet. Aus dem Ergebnis dieser Auswertung wird ein Sprachverständlichkeitskennwert gebildet.

Vorzugsweise bedient sich die Erfindung bei der Auswahl der Testworte sowie bei der Auswertung des Innengeräusches der physikalisch akustischen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen der menschlichen Artikulation und der Formantenbereiche. Werden die Testwörter beim erfindungsgemäßen Verfahren in das Störgeräusch eingebettet, so bilden sich in Abhängigkeit von den spektralen Eigenschaften des jeweiligen Testworts und dem Störgeräusch in den einzelnen Formantenbereichen unterschiedliche Verhältnisse des Testwortpegels zum Störgeräuschpegel, auch Signal-Rauschverhältnis genannt. Vorzugsweise wird bei der Erfindung zunächst für die vier Formantenbereiche das Verhältnis des Testwortpegels zum Störgeräuschpegel einzeln ermittelt und anschließend zu einem Gesamt-Signal-Rauschverhältnis aufsummiert.

Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß der Begriff "Pegel" hier in seinem weitesten Sinne verstanden werden soll; d. h. es kann sowohl das Verhältnis der elektrischen Amplituden als auch das Verhältnis psychoakustischer Größen wie der Tonalität oder der Lautheit gebildet werden.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich herausgestellt, daß aus dem Gesamt-Signal-Rauschverhältnis ein aussagekräftiger Sprachverständlichkeitskennwert gebildet werden kann. Der Wertebereich der Sprachverständlichkeitskennwerte liegt zwischen 0 und 1; d. h., zwischen 0% Sprachverständlichkeit und 100% Sprachverständlichkeit.

Weiterhin soll die Sprachverständlichkeitsmessung erfindungsgemäß ortsspezifisch durchgeführt werden. Dazu ist der Lautsprecher zum Einspielen der Testworte jeweils am Ort einer akustischen Sprachquelle und das Mikrofon zur Aufnahme des Testwortes zusammen mit dem Störgeräusch jeweils am Ort eines akustischen Empfängers angebracht. Soll beispielsweise die Sprachverständlichkeit bei einer Kommunikation zwischen einer Person im Fond rechts zum Fahrer geprüft werden, befindet sich der Lautsprecher am Ort der im Fond sitzenden Person, wogegen sich das Mikrofon vorzugsweise in Kopfhöhe des Fahrers befindet. Hierdurch ist eine selektive Messung der Sprachverständlichkeit für unterschiedliche Kommunikationsrichtungen möglich.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß ein Ist-Verlauf von Sprachverständlichkeitskennwerten abhängig von einem die Sprachverständlichkeit beeinflussenden Betriebsparameter, wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Fahrzeugbelag, Windgeräuschen, der Art der Brennkraftmaschine oder der Art der Bereifung, gebildet. Dieser Ist-Verlauf wird mit einem im Computer abgelegten Soll-Verlauf verglichen. Zur Optimierung der Sprachverständlichkeit in Richtung des Soll-Verlaufes werden durch Spektralanalyse des Störgeräusches die verschiedenen Störgeräuschquellen ermittelt. Zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit wird anschließend jeweils nur eine Störgeräuschquelle verändert, um durch anschließende erneute Sprachverständlichkeitsmessung die Wirksamkeit jeder einzelnen Maßnahme bewerten zu können.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren steht bei der Entwicklung der Sprachverständlichkeitsverbesserung in Kraftfahrzeugen ein wirksames Hilfsmittel zur Kontrolle der Maßnahmen zur Sprachverständlichkeitsverbesserung zur Verfügung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen
1 eine mögliche Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
2 der Vergleich eines Ist-Verlaufes mit einem Soll-Verlauf der Sprachverständlichkeitskennwerte in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v als die Sprachverständlichkeit beeinflussender Betriebsparameter.
In 1 sind in der Fahrgastzelle 1 als Beispiele akustischer Sprachquellen die Personen 2, 3, 4 und 5 eingetragen. Die Personen 2, 3, 4 und 5 sind ebenso akustische Empfänger. Als weiterer akustischer Empfänger ist beispielsweise das Mikrophon 6 einer Telefonfreisprechanlage dargestellt. In 1 ist die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für den Fall eingetragen, in dem die Sprachverständlichkeit geprüft werden soll, wenn der Fahrzeuginsasse 4 rechts hinten mit dem Fahrer 3 links vorne spricht. Daher ist in 1, etwa in Kopfhöhe, am Ort der Person 4 der Lautsprecher 8 zum Einspielen eines Testwortes angebracht und in Kopfhöhe des Fahrers 3 ein Mikrofon 7 angeordnet. Der Lautsprecher 8 und das Mikrofon 7 sind mit einem hier nicht dargestellten im Fahrzeug vorhandenen Computer verbunden. Synchron zur Ausgabe des Testwortes über den Lautsprecher 8 wird mittels des Mikrofons 7 vom Computer das Innengeräusch aufgenommen und im Hinblick auf das Verhältnis des Testwortpegels zum Störgeräuschpegel (oder der Testworttonalität zur Störgeräuschtonalität oder der Testwortlautheit zur Störgeräuschlautheit) ausgewertet. Vorzugsweise wird dieses Verhältnis zunächst in den vier bekanntermaßen interessierenden Formanten gebildeten und anschließend durch Summation zu einem Gesamt- Signal-Rauschverhältnis weiterverarbeitet, dem wiederum ein Sprachverständlichkeitskennwert zugeordnet werden kann.
Würde beispielsweise die Sprachverständlichkeit beim Telefonieren des Fahrers 3 über die Telefonfreisprechanlage ermittelt werden, würde der Lautsprecher 8 (8') am Ort des Fahrers 3 und das Mikrofon 7 (7') an der Position des Mikrofons 6 der Telefonfreisprechanlage befestigt sein (vgl. gestricheltes Beispiel). Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß auch mehrere Mikrophone gleichzeitig verwendet werden könnten. Würden beispielsweise die Mikrophone 7 und 7', wie im dargestellten Beispiel, gleichzeitig vorhanden sein, würde gleichzeitig die Sprachverständlichkeit zwischen der Person 4 und dem Fahrer 3 sowie zwischen der Person 4 und der Telefonfreisprechanlage überprüft werden können.
Die Messung der Sprachverständlichkeit wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit v fortbewegt. In 2 sind als Beispiel ein Ist-Verlauf V_ist und ein Soll-Verlauf V_soll der Sprachverständlichkeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v dargestellt. Zur Ermittlung des Ist-Verlaufes V_ist der Sprachverständlichkeit wird jeweils ein Sprachverständlichkeitskennwert durch mehrere Messungen während der steigenden Fahrzeuggeschwindigkeit v bestimmt. Liegt der Ist-Verlauf V_ist wesentlich unterhalb des Soll-Verlaufs V_soll werden zunächst durch eine Spektralanalyse des Störgeräusches die Arten der Störgeräuschquellen ermittelt. Derartige Quellen sind beispielsweise Windgeräusche, die durch die Fensterflächen oder über Schwachstellen der akustischen Dämmung von Dichtungen eintreten und/oder durch das Abrollen der Reifen entstehen. Werden Maßnahmen zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit in Richtung des Soll-Verlaufes vorgenommen, wird jeweils nur eine Störgeräuschquelle verändert und anschließend eine Sprachverständlichkeitsmes sung durchgeführt, um die Wirksamkeit jeder einzelnen Maßnahme zu überprüfen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine einfache Kontrolle der Wirksamkeit von akustischen Verbesserungsmaßnahmen möglich.

Claims

Verfahren zur automatischen Messung der Sprachverständlichkeit in Kraftfahrzeugen, bei dem ein Testwort mittels eines Lautsprechers (8, 8') von einem Computer in die Fahrgastzelle (1) eines Kraftfahrzeuges eingespielt wird, bei dem synchron mit dem Einspielen des Testwortes das Innengeräusch, das sich aus dem Testwort und einem Störgeräusch zusammensetzt, mittels eines Mikrofons (7, 7') vom Computer aufgenommen wird, bei dem anschließend das aufgenommene Innengeräusch im Computer im Hinblick auf das Verhältnis des Testwortpegels zum Störgeräuschpegel ausgewertet wird und bei dem aus dem Ergebnis der Auswertung ein Sprachverständlichkeitkennwert gebildet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ist-Verlauf (V_ist) von Sprachverständlichkeitskennwerten abhängig von einem die Sprachverständlichkeit beeinflussenden Betriebsparameter (v) gebildet wird und mit einem im Computer abgelegten Soll-Verlauf (V_soll) verglichen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lautsprecher (8, 8') jeweils am Ort einer akustischen Sprachquelle (z.B. Personen 2, 3, 4, 5; Sprachausgabe eines Navigationssystems) und das Mikrofon (7, 7') jeweils am Ort eines akustischen Empfängers (z.B. Personen 2, 3, 4, 5; Mikrofon einer Telefonfreisprechanlage) angebracht sind.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektrum des Störgeräusches ermittelt wird, daß dieses Spektrum mit empirisch ermittelten Spektrum-Daten zur Erkennung der Art einer Störgeräuschquelle verglichen wird und daß zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit in Richtung des Soll-Verlaufes (V_soll) jeweils nur eine Störgeräuschquelle verändert wird.