Обоснование комплекса электроакустических характеристик речевых гарнитурных микрофонов для условий повышенных акустических шумов

• Автор: Повинский, Юрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ

КАЧЕСТВА РЕЧИ НА ФОНЕ ПОМЕХ

1.1 Акустические способы повышения разборчивости речи

1.2 Амплитудное ограничение

1.3 Цифровая обработка сигналов

1.3.1 Винеровская фильтрация

1.3.2 Адаптивная фильтрация

1.3.3 Программно-аппаратные средства повышения разборчивости речи, основанные на цифровой обработке сигнала
1.4 Выводы по главе
1.5 Постановка задачи
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗНОЙ ОЦЕНКИ РАЗБОРЧИВОСТИ РЕЧИ НА ВЫХОДЕ ШУМОЗАЩИЩЕННОГО МИКРОФОНА
2.1 Анализ существующих методик оценки разборчивости речи
2.1.1 Метод артикуляционных испытаний
2.1.2 Формантные методы
2.2 Доработка методик Н.Б. Покровского и М.А. Сапожкова
2.3 Экспериментальная проверка доработанных методик
Н.Б. Покровского и М.А. Сапожкова
2.4 Выводы по главе
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ К ШУМОЗАЩИЩЕННОМУ МИКРОФОНУ
3.1 Расчет разборчивости речи в условиях шума с теоретическим
распределением спектральной плотности
3.2 Выбор оптимальной характеристики направленности микрофона,
исходя из шумозащищеннности и разборчивости речи

3.3 Выбор оптимальной формы частотной характеристики чувствительности микрофона
3.4 Выводы по главе
4 ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ ШУМОЗАЩИЩЕННОГО МИКРОФОНА..
4.1 Техническое задание
4.2 Расчет основных параметров капсюля
4.2.1 Предварительный расчет параметров преобразователя и размеров капсюля
4.2.2 Предварительный расчет акустико-механических параметров
4.2.3 Расчет внутренней конструкции капсюля
4.2.4 Расчет основных электроакустических параметров микрофона
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акт о реализации результатов диссертационной работы Повинского Юрия Владимировича

ВВЕДЕНИЕ
На микрофон, используемый для звукопередачи, действует звуковое давление не только от основного источника, но и от большого числа источников акустического шума, присутствие которых по той или иной причине является при звукопередаче неизбежным. Под акустическими шумами могут пониматься шумы любой природы, источники которых находятся на некотором расстоянии от микрофона. Например: посторонние голоса, находящихся рядом людей, шум от приборов и механизмов, машин и т.д. При этом, источники акустических шумов могут иметь заранее известное статичное местоположение, либо появляться случайным образом, например, при нахождении микрофона на улице, в местах большого скопления людей, при выполнении бойцом спецназа боевого задания, в том числе находясь в перестрелке. Особенно актуальной задача получения разборчивого речевого сигнала становится в условиях сильных акустических шумов (соизмеримых или даже превышающих по величине полезный звуковой сигнал) в аппаратуре связи и оповещения. Например: кабина пилота самолёта, в гусеничном транспорте, устройствах связи в условиях интенсивного городского шума, диспетчерская связь в условиях промышленного шума и т.д. Неправильно понятая или не расслышанная речь в определенных ситуациях может стоить жизни людей (в военной технике, авиации), либо привести к материальному ущербу (на производстве, строительстве).
На данный момент создано множество устройств, позволяющих повысить разборчивость речи в электрической части звукового тракта путем различных методов обработки сигнала. Например, наиболее распространенный метод повышения разборчивости речи заключается в применении различных электронных (как аналоговых, так и цифровых) шумоподавителей. Если такие устройства и позволяют отчасти решить проблему, то они имеют очень высокую стоимость, которая неприемлема для массового использования.
Микрофоны, используемые в современных противошумных гарнитурах, имеют самые разнообразные характеристики направленности и частотный диапазон. Универсальных высококачественных противошумных микрофонов с

Методика Н.Б. Покровского вызывает определенные неудобства при расчете, т.к. в начале расчета приходиться переводить эффективные значения уровней речи в полосах расчета в уровни формант.
Версия расчета формантной разборчивости М.А. Сапожкова принципиально не отличается от версии Н.Б. Покровского. Также как и в методике Н.Б. Покровского речевой диапазон частот поделен на 20 полос, в которых разборчивость формант одинакова и равна 0,05 при отсутствии помех.
Основным отличием версии М.А. Сапожкова является исключение из методики понятия спектра формант. Спектр формант М.А. Сапожков фактически отождествляет со спектром речи [10, с. 161-163]. Следовательно, уровень ощущения формант Е будет определяться как разность между спектральным уровнем речи В в данной полосе и спектральным уровнем шумаБц(:
Е = Вр- Вш , дБ, (2.3)
где Вр - спектр речевого сигнала;
Вш - спектр шума.
Т.е. иными словами, уровень ощущения формант по М.А. Сапожкову тождественен отношению сигнал/шум.
Формантная разборчивость А вычисляется по формуле [9, с. 237]:

А = 0,05£>(£,), (2.4)

где м>(Е:) — коэффициент разборчивости в г-й полосе частот (имеет тот же
физический смысл, что и коэффициент восприятия Н.Б. Покровского Р{Е,)).
В связи с различной трактовкой понятия спектра формант у
М.А. Сапожкого и Н.Б. Покровского зависимость коэффициента разборчивости от уровня ощущения формант по М.А. Сапожкову имеет иной вид (рисунок 2.7).