Human Factors: Speech Transmission Index (STI) (1970-2005+)

In 1970 publiceerden Houtgast en Steeneken, werkzaam bij het TNO Instituut voor Zintuigfysiologie in Soesterberg, hun rapport “Beoordelen van spraakcommunicatiekanalen langs fysieke weg” waarin ze de Speech Transmission Index (STI) voorstelden. De absolute meting van spraakverstaanbaarheid is erg complex. De door TNO ontwikkelde STI-methode om de kwaliteit van spraakoverdracht via communicatiekanalen te bepalen, bijvoorbeeld door middel van elektro-akoestische apparatuur, een radio- of satellietverbinding, enz., probeerde de spraakverstaanbaarheid to objectiveren. STI is een meet- en rekenmethode die een waarde oplevert tussen 0 (slecht) en 1 (uitstekend).

De STI is afhankelijk van:

• het geluidsniveau van de spraak
• achtergrondgeluid aan de zendende kant
• kwaliteit van de geluidsreproductie-uitrusting
• de frequentieresponse van het gehele transmissiekanaal
• niet-lineaire vervormingen in dat transmissiepad
• achtergrondruis aan de ontvangende kant
• echo’s (reflecties met vertraging> 100ms)
• de nagalmtijd, en
• psycho-akoestische effecten (maskerende effecten).

In 1971 werd het Speech Transmission Index Device by using Artificial Signals (STIDAS) ontwikkeld door TNO. STIDAS was een apparaat voor het meten van de STI van communicatiekanalen door middel van een kunstmatig signaal met een meettijd van minder dan drie seconden. Met dit apparaat kon een objectieve indicatie van de prestaties van een communicatiekanaal voor het transport van spraak worden bepaald. De methode is gebaseerd op: (1) een eenvoudig kunstmatig testsignaal waarbij een ‘standaard’ spectraal verschil wordt geïntroduceerd aan de kant van de spreker van het kanaal, en (2) een analyseprocedure die moet worden toegepast op het testsignaal dat wordt ontvangen bij de luisteraar om de mate van behoud van het geïntroduceerde spectrale verschil te kwantificeren.

In 1979 werd een afgeleide methode genaamd Room Acoustics STI (RASTI) ontwikkeld om snel de spraakverstaanbaarheid in ruimten, bijvoorbeeld theaters, te bepalen (zie ook: RASTI-documentatieblad).

In 1980 volgde de publicatie: “Evaluatie van de STI in een veeltalig verstaanbaarheidsonderzoek ” en werd STI door de Acoustical Society of America als standaardmethode geaccepteerd. Door de industrie is vervolgens speciale meetapparatuur en -software ontwikkeld om de STI te meten.

In 1988 werd de RASTI-methode een internationale standaard: IEC 60268-16 Sound system equipment – Part 16: Objective rating of speech intelligibility by speech transmission index, in Nederland gepubliceerd als NEN-EN-IEC 60268-16:2011 en
Toestellen voor geluidsystemen – Deel 16: Objectieve beoordeling van de verstaanbaarheid van spraak met behulp van spraakoverdrachtindex. Deze standaard is een aantal malen herzien, maar is nog steeds gebaseerd op het initiële en latere werk van TNO op dit gebied.
In 1999 volgde de publicatie ‘Evaluatiemethode voor operationele spraakcommunicatiesystemen‘, internationaal is dit werk bekend als  ‘Speech Transmission Index for Public Address Systems‘ (STIPA). Deze methode is opgenomen in verschillende nationale normen voor omroepsystemen voor calamiteitensituaties.

Het werk bij TNO op de Speech Transmission-index is gestaag doorgegaan. Een breed scala aan STI-metingen is zowel voor Defensie als voor publieke en private entiteiten uitgevoerd, bijvoorbeeld de evaluatie van omroepsystemen in verkeerstunnels, verstaanbaarheid bij gebruik van gasmaskers, cockpitsystemen en theaterontwerpen.

In 2004 volgde een publicatie “Using the Speech Transmission Index for predicting non-native speech intelligibility“. Hierbij is gewerkt aan het interpreteren van STI-waarden met niet-autochtone sprekers of luisteraars: “Op basis van subjectief gemeten psychometrische functies voor zinsverstaanbaarheid in ruis, kan voor populaties van autochtone en niet-autochtone sprekers een correctiefunctie voor de interpretatie van de STI worden afgeleid. Deze functie kan worden toegepast om de juiste STI-bereiken met kwalificatie-labels ‘slecht’ tot ‘uitstekend’ voor specifieke populaties van niet-autochtonen te bepalen. De correctiefunctie wordt afgeleid door de niet-eigen psychometrische functie te relateren aan de eigen psychometrische functie door een enkele parameter (v). Voor luisteraars blijkt de parameter sterk gecorreleerd te zijn met linguïstische entropie. De voorgestelde correctiefunctie is ook geldig voor omstandigheden met bandbreedtebeperking en nagalm.”

 

Referenties/meer over STI

Houtgast, T. and Steeneken, H.J.M. (1971), “Evaluation of Speech Transmission Channels by Using Artificial Signals”, Acustica 25, 355–367. download 
The measurement of Speech Intelligibility, Herman J.M. Steeneken, TNO Human Factors, Soesterberg, the Netherlands

Meer over STI kan gevonden worden op Wikipedia en een (oude) TNO folder.