2. Методы оценки и нормы качества

ПЛАН
проведения занятий по предмету обучения «Оперативнотехнологическая связь на железнодорожном транспорте»
для специальности 2103
Раздел №1 ПРИНЦИП ТЕЛЕФОННОЙ ПЕРЕДАЧИ
ТЕМА 1.1 Физические основы телефонии
Занятие 4 Акустические уровни. Методы оценки и нормы
качества телефонной передачи
ВРЕМЯ: 2 часа
МЕСТО: класс компьютерной техники
УЧЕБНО-МАТЕРИАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
1. Обоpудование спецкласса.
2. Образцы литературы.
3. Учебная программа по предмету.
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ И РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ
ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 15 мин.
1. Акустические уровни
2. Методы оценки и нормы качества
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 5 мин.
ВСТУПИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. Проверить наличие студентов на занятии.
2. Провести опрос по материалу предыдущего занятия
3. Объявить тему, цели занятия.
Учебный вопрос №1. Акустические уровни
Так как амплитудный диапазон и частотный спектр звуков, воспринимаемый ухом, весьма широки, то для оценки ощущений, обусловленных звуковыми колебаниями, на основании указанного психофизиологического закона введены понятия акустических уровней.
Уровнем интенсивности N простого звука называется логарифм
отношения интенсивности I этого звука к некоторой одинаковой для
всех частот интенсивности звука Iо, уровень которой условно считают
нулевым. Уровни принято выражать в децибелах:
N = 10 lgI/I0.
Поскольку интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то
N = 20 LG P/P0.
За нулевой уровень принят уровень, соответствующий интенсивности звука частотой 1000 Гц на пороге слышимости Iо = 10 -12 Вт/м2 ,
или принято звуковое давление Ро = 2* 10-5 Па.
При определении уровней сложных звуков, к которым относятся звуки
речи и шума, пользуются понятием спектральных уровней речи Вр или
шума Вш, т.е. уровней энергии, приходящейся на полосу частот шириной 1
Гц.
Зависимость среднего в течение длительного времени спектрального
уровня интенсивности речи Вр от частоты называется спектром речи (рис.
1). Эта зависимость приведена для русской речи при суммарном звуковом
давлении 1,5 Па.
Если необходимо получить спектральный уровень интенсивности речи в
точке пространства, где значение звукового давления Рх отличается от 1,5
Па, то все ординаты указанной кривой надо изменить на значение
величины
Δ В = 20 lg1,5/Px.
Уровень громкости L представляет собой уровень интенсивности
гармонического звукового колебания частотой 1000 Гц, который вызывает у слушателя с нормальным слухом такое же ощущение громкости, как и исследуемый звук.
Для отличия уровня громкости от уровня интенсивности его выражают в единицах, называемых фоном. Если I1000 — интенсивность
колебания частотой 1000 Гц, равногромкого с исследуемым звуком, то
уровень громкости последнего в фонах
L = 10 lgI1000/I0 ≈ 10 lgI1000/10-12. (2.8)
Учебный вопрос №2. Методы оценки и нормы качества телефонной
передачи
Телефонный тракт образуется совокупностью всех элементов,
участвующих в преобразованиях речи и передаче ее от рта говорящего к
уху слушающего. Качество передачи по телефонному тракту определяется степенью соответствия между принятым и переданным сообщениями и характеризуется громкостью, разборчивостью и естественностью (натуральностью) воспроизводимых звуков речи. Для
точного воспроизведения на приемном конце телефонного тракта
передаваемой речи он должен пропускать все составляющие звуковых
колебаний и не вносить при этом никаких искажений. Однако добиться
этого технически сложно и дорого вследствие появления в тракте помех,
"переходных"
разговоров,
амплитудно-частотных
и
нелинейных
искажений сигналов. Поэтому к телефонным трактам, предназначенным
для передачи речи, в качестве основного требования предъявляется не
точное воспроизведение всех звуков речи в пункте приема, а обеспечение
достаточной понимаемости речи. Для объективной оценки качества
телефонной передачи существует несколько методов. Рассмотрим
наиболее распространенные из них.
Метод разборчивости. Мерой разборчивости является величина,
определяемая отношением числа правильно принятых по испытываемому тракту элементов речи (звуки, слоги, слова или фразы) к общему
числу передаваемых элементов и выражающаяся в процентах.
Разборчивость телефонного тракта можно определить экспериментально или рассчитать.
Чаще всего определяют слоговую разборчивость, т.е. разборчивость
звукосочетаний, не имеющих смыслового значения. Слоги составляют
по определенным правилам и передают в виде таблиц по 100 слогов в
каждой. В качестве примера можно привести следующую строку из
слоговых артикуляционных таблиц: лир, луч, чтел, жась, лень, нет,
свар, лась, кеш, маф. Для получения достаточно достоверных
результатов необходимо передать по испытываемому тракту не менее
2000 слогов при участии специально подготовленных операторов.
Процент
или
доля
правильно
принятых
слогов
называется
коэффициентом слоговой разборчивости S и служит критерием качества
телефонной передачи. Качество испытываемого тракта считается
удовлетворительным при слоговой разборчивости S = 40  55 %,
хорошим — при S = 55  80 % и отличным — при S > 80 %. Между
разборчивостью слогов и других элементов речи существует определенная зависимость: зная слоговую разборчивость, можно определить
разборчивость звуков D, слов W и фраз I. При одинаковых условиях
разборчивость фраз I выше разборчивости слов и звуков.
Процесс определения разборчивости может быть автоматизирован с
помощью специальной аппаратуры для передачи и приема тональных
сигналов, соответствующих по уровням передачи речевым сигналам.
Разборчивость телефонного тракта можно рассчитать аналитическим
методом расчета разборчивости формант. Сущность этого метода
заключается в следующем. Частотный диапазон канала или тракта
делится на 20 полос, не одинаковых по ширине, но с равной долей
формант Ak= 0,05. При передаче спектра частот из 20 полос
суммарная разборчивость формант
Вероятность восприятия формант на приемном конце тракта Рk
определяется уровнем ощущения формант Еф и принимает значение от
0 до 1 (рис. 2).
Величину Ефk для средней частоты k-й формантной полосы можно
определить по упрощенной формуле, дБ:
Ефк = Вфк-афк-Вшк,
Эффективный уровень ощущения формант вычисляют для средней
частоты fсрк каждой расчетной полосы, после чего по графику (рис. 2)
находят соответствующие значения Рк и по формуле (2.9) вычисляют
суммарную разборчивость формант А. На основании полученного
результата по графику (рис. 3, кривая 1 — русская речь, кривая 2 —
английская) определяют значение слоговой разборчивости S, а по
графикам (рис. 4) определяют значение разборчивости звуков D, слов
W и фраз I.
Метод разборчивости (артикуляция) был использован для определения полосы частот, необходимой и достаточной для передачи речи.
Исследования показали, что на значение коэффициента разборчивости
не влияет исключение спектра частот ниже 300 Гц и выше 3400 Гц.
Это объясняется тем, что разборчивость речи зависит прежде всего от
восприятия формант, большинство которых лежит в области частот до
3400
Гц.
На
основании
изложенного
Международный
консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ)
рекомендует ограничиваться полосой передаваемых частот от 300 до
3400 Гц (тональный спектр частот). Для служебных связей допускают
сужение спектра частот до 2400 Гц. В качестве средней расчетной
частоты принимают частоту 800 или 1000 Гц.
На разборчивость речи оказывают влияние различные факторы:
громкость звука, шумы, ширина полосы частот, затухание тракта и
др. Слишком тихая или очень громкая речь становится неразборчивой.
С ростом затухания телефонного тракта разборчивость речи снижается.
В то же время воздействие на ухо слушателя слишком громкого звука
приводит
к
возникновению
искажений
речи
и
понижению
разборчивости.
По нормам МККТТ качество связи считается удовлетворительным,
если слоговая разборчивость не меньше 40 %, т.е. S  40 %.
Метод эквивалента затухания по громкости ЭЗГ. Этот метод основан на
сравнении громкости при передаче речи по испытываемой системе и
эталонной. Эталонная система (рис. 5) состоит из передающей части
(эталонный микрофон, усилитель), магазина затухания МЗ и приемной
части (усилитель приема и эталонный телефон) и обеспечивает
неискаженную передачу в широком диапазоне частот и равенство
звуковых давлений на приемном и передающем концах.
Эквивалентом затухания по громкости (ЭЗГ) называется затухание
аээ, которое требуется ввести в эталонную систему (регулируя затухание
магазина МЗ) для получения одинаковой громкости на. приемном конце
при передаче речи через испытываемый и эталонный
тракты. При этом громкость на передающем конце должна поддерживаться постоянной, соответствующей звуковому давлению Р = 1 Па.
Если требуется определить качество только приемной или передающей части телефонного тракта, то в первом случае передача по
эталонной и испытываемой системам ведется через один и тот же
эталонный микрофон, а во втором случае прием от эталонного и испытываемого, микрофонов ведется на один и тот же эталонный телефон.
Эквивалент затухания можно измерять с помощью операторов или
специальной аппаратуры. В первом случае по тракту передается
условная фраза на языке данной страны, выбранная по признаку содержания в ней основных гласных звуков, например для русского
языка это фраза "Не видали мы такого невода". Во втором случае
измерения проводят прибором -- измерителем эквивалента затухания,
что ускоряет процесс измерений и повышает их точность.
По нормам МККТТ значение ЭЗГ телефонного тракта не должно
превышать 36,2 дБ (4,16 Нп).
Метод эквивалента затухания по громкости ЭЗГ используется
главным образом для оценки качества выпускаемой промышленностью
массовой телефонной аппаратуры.
Метод эквивалента затухания по разборчивости (АЕМ). Этот метод
основан на сравнении разборчивости речи при ее передаче по
испытываемому и эталонному трактам. При этом эквивалентом затухания по разборчивости называют разность между затуханиями, которые нужно ввести в эталонную и испытываемую системы для получения в каждой из них звуковой разборчивости D = 80 %.
Эталонная система (аппаратура) для измерения эквивалента затухания по разборчивости имеет такие параметры, при которых она
оказывается эквивалентной воздушному тракту между говорящим и
слушающим, находящимися в комнате на расстоянии 1 м друг от
друга.
Метод АЕN позволяет проводить измерения параметров телефонного
тракта в целом и отдельных его элементов.
По нормам МККТТ эквивалент затухания по разборчивости всего
телефонного тракта не должен превышать 44,9 дБ (5,16 Нп). Эквивалент
затухания по разборчивости линейной части телефонного тракта АЕN по
рекомендации МККТТ определяется как среднее значение затуханий
линий на частотах 500; 1000; 2000; 3000 Гц:
При оценке качества телефонной передачи по рассмотренным методам
(разборчивость и эквивалент затухания) в качестве звукового материала
используют
не
живую
речь,
а
ее
имитацию
в
виде
передачи
артикуляционных таблиц или стандартных фраз, что неравноценно
действительным условиям разговора. Поэтому находят применение
И
другие методы, при которых оценка качества передачи ведется на основе
реального разговора. К ним относятся методы повторении
мнений.
Метод повторений. Этот метод основан на статистическом наблюдении
за телефонными разговорами абонентов в реальных условиях и
заключается в определении числа повторений (переспросов) за 100 с
разговора. Качество передачи считается удовлетворительным, если
число переспросов за это время не превышает трех.
Данный метод наиболее прост, но для получения достоверных
результатов требуются большие затраты времени (один цикл испытаний
длится 70 — 80 ч).
Метод мнений. Данный метод основан на собирательных оценках
(мнениях) качества телефонной передачи, даваемых абонентами, которые
ведут разговор в обычных условиях, характерных для испытываемого
телефонного тракта. При этом показателем качества является средний
балл по условной пятибалльной шкале качества, определяемый на основе
достаточно большого числа субъективных оценок, или вероятность
появления оценок заданных категорий.
К участию в испытаниях по методу мнений привлекаются не менее
12 пар обычных телефонных абонентов, которые последовательно и
попарно ведут разговор по испытываемому тракту в течение 5 мин. Тема
разговора может быть произвольной, но для облегчения ее выбора и
исключения длительных пауз МККТТ рекомендует вести переговоры,
связанные
со
словесным
описанием
рисунков
специальных
геометрических фигур. Следовательно, для 12 пар операторов с учетом
времени, необходимого для их смены, потребуется общее время
испытаний 1 — 1,5 ч. В результате получают 24 оценки Yk по
пятибалльной системе.
Влияние мешающих факторов на качество связи можно учесть
посредством параметра, называемого по рекомендации МККТТ потерей
качества передачи. Этот параметр определяет значение дополнительного
затухания а, которое следует ввести в эталонный тракт для получения
одинаковой
громкости
или
разборчивости
речи
в
эталонном и
исследуемом трактах при мешающих факторах в последнем. Иными
словами, воздействие мешающего фактора приравнивается к введению в
разговорный тракт дополнительного затухания  а.
Потери качества передачи при приеме речи в телефоне из-за шумов в
помещении учитывают при отличии уровня акустического шума Вш от 40
дБ и определяют по кривой МККТТ. Кривая 2 показывает потери
качества передачи а1 из-за шума в помещении приема при закрытом
втором ухе. При среднем значении шума в помещении дежурного по
станции 65 дБ действие шума равноценно увеличению затухания тракта
на 10 дБ. Потери качества передачи а2 в зависимости от значения
напряжения электрического шума на зажимах телефонного аппарата
оценивают по кривой 3, а потери качества передачи а3 вследствие
уменьшения ширины передаваемой полосы частот — по кривой 4.
На реальный разговорный тракт, как правило, одновременно воздействует несколько мешающих факторов. Суммарное значение потерь
качества передачи в этом случае  а определяется логарифмическим
сложением потерь качества от каждого фактора:
Оценив в отдельности и в целом количественное влияние мешающих
факторов на затухание разговорного тракта, можно определить, какие из
этих факторов оказывают наибольшее влияние на телефонную передачу,
и наметить экономически оправданные мероприятия по повышению
качества связи.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
1. НАПОМНИТЬ материал занятия.
2. ОТМЕТИТЬ его важность.
3. ДАТЬ ЗАДАНИЕ на дом.
4. ВЫСТАВИТЬ оценки.
5. ОТВЕТИТЬ на вопросы студентов.
6. ДАТЬ ПЕРСПЕКТИВУ последующих занятий