Wpływ warunków nagrania na wyniki analizy akustycznej

Test syntetyczny

Autor: dr inż. Marcin Just (DiagNova Technologies)

Pierwszy test miał za zadanie zbadanie wpływu zakłóceń i zniekształceń na skomplikowany proces analizy nagrań.

Metodologia badania

W pierwszym etapie nagrano wzorcowe próbki głosu męskiego i kobiecego (próbka przedłużonej fonacji głoski „a”) w warunkach uznanych za optymalne: przy użyciu pojemnościowego mikrofonu studyjnego Behringer B1 z dedykowanym przedwzmacniaczem mikrofonowym i kartą muzyczną (tzw. interfejsem audio) MobilePRE firmy M-Audio, w wyciszonej i ekranowanej elektromagnetycznie komorze bezechowej, przy użyciu komputera przenośnego pracującego na zasilaniu bateryjnym i zamkniętego w pojemniku metalowym. Następnie nagrano sygnały zakłócające:

  • odgłosy różne (stuki, rozmowa, trzaski, szurania) – odgłosy z korytarza,
  • przydźwięk sieciowy,
  • wibracje i uderzenia (stukanie w obudowę mikrofonu),

oraz przygotowano pliki z szumem białym. Przy użyciu specjalnie napisanego programu komputerowego (rys. 1) sygnały łączone były w ściśle określonym stosunku energetycznym, tak aby w efekcie wygenerować sygnał z dołożonymi odpowiednimi zakłóceniami w odstępie 10, 20, 30 lub 40 dB. Dodatkowo wygenerowano przebiegi testowe bez zakłóceń, ale odwrócone w fazie jak, również przebiegi przesterowane o 3, 5, 10 dB.

Przebiegi wczytywane były do naszego oprogramowania testowego i analizowane. Analiza akustyczna była przeprowadzana automatycznie bez ingerencji operatora. Sprawdzano wyniki pod kątem wystąpienia tzw. błędów grubych w wyznaczeniu częstotliwości podstawowej, jednak nie odnotowano przypadku pomyłki.

Okno specjalnie przygotowanego programu do łączenia przebiegów testowych

Rys. 1. Okno specjalnie przygotowanego programu do łączenia przebiegów testowych

Wyniki

Na rysunku 2 przedstawiono przykładowe przebiegi wygenerowane w czasie trwania testów wraz z wynikami analiz. Widoczne jest wyraźne podwyższenie wartości parametrów już przypadku odstępu od szumów na poziomie 30 dB.

a) analiza akustyczna przykładowe przebiegi
b) analiza akustyczna przykładowe przebiegi

a) przebieg wzorcowy

a) analiza akustyczna przykładowe przebiegi
b) analiza akustyczna przykładowe przebiegi

b) przebieg z dodanym szumem białym – odstęp od szumu 40dB

a) analiza akustyczna przykładowe przebiegi
b) analiza akustyczna przykładowe przebiegi

c) przebieg z dodanym szumem białym – odstęp od szumu 30dB

Rys. 2. Przykłady przebiegów użytych w pierwszym etapie testów wraz z wynikami ich analiz akustycznych

Na rys. 3 przedstawiono graficznie wpływ różnych zakłóceń na wyznaczane wartości parametrów analizy akustycznej głosu. Na osi X umieszczono testowane rodzaje zakłóceń:

  • inw – inwersja sygnału,
  • clip – ograniczenie wywołane przesterowaniem,
  • przy – przydźwięk sieciowy (zakłócenia pochodzące od sieci oświetleniowej),
  • szum – szum biały,
  • wib – wibracje i uderzenia, stukanie palcem obudowę mikrofonu,
  • rozn – odgłosy różne z otoczenia (stuki, rozmowa, trzaski, szurania).

Liczba wstawiona po nazwie typu zakłócenia oznacza w przypadku przesterowania – amplitudowy stopień przesterowania wyrażony w dB, a w pozostałych przypadkach odstęp sygnału od zakłóceń wyrażony w dB. Kolor zielony oznacza brak wpływu zakłóceń na wartości parametrów, kolor niebieski obniżenie wyznaczanych parametrów a czerwony podwyższenie ich wartości.

Przeprowadzone badania wykazały największy wpływ odgłosów z z otoczenia. Całkowitą poprawność badania zapewnia dopiero różnica 40 dB pomiędzy nagrywanym sygnałem dźwiękowym a zakłóceniem. Podobna sytuacja występuje dla przydźwięku sieciowego, natomiast wpływ wibracji i odwrócenia sygnału jest znikomy. Stosunkowo niewielki jest wpływ przesterowania, lecz ponieważ obniża ono wartości parametrów, należy je bezwzględnie wyeliminować na etapie nagrań.

analiza akustyczna przykładowe przebiegi

Rys 3. Porównanie wpływu zakłóceń i zniekształceń na wyniki analiz akustycznych: kolor czerwony – zawyżenie wyników analiz, niebieski – zaniżenie