Sprachverständlichkeitsbasierte Modellierung der Kommunikationsqualität im Kfz

In der Entwicklung der Infotainmentsysteme der Audi AG soll neben der Klangqualität, anhand derer die Infotainmentsysteme vorrangig für die Musikwiedergabe optimiert werden, die Sprachverständlichkeit bei der Qualitätsbewertung in den Fokus rücken. Dieser Anspruch entwickelt sich daraus, dass zunehmend sprachliche Inhalte in den Fahrzeugen genutzt werden. Die Literatur zur Qualität von Sprache zeigte auf, dass die Sprachverständlichkeit nur ein Merkmal des mehrdimensionalen Konstrukts Sprachqualität ist, aber ein sehr wichtiges. Ist die Sprachverständlichkeit schlecht, dominiert sie die Sprachqualität. Erst wenn ein hohes Maß an Sprachverständlichkeit erreicht ist, gewinnen andere Qualitätsmerkmale an Einfluss. Der Vorteil der Sprachverständlichkeit ist, dass sie im Unterschied zu anderen Qualitätsdimensionen als nahezu objektives Kriterium bezeichnet werden kann. Der Nachteil der Sprachverständlichkeit ist ihre schnelle Sättigung mit zunehmendem Sprachsignal-Rausch-Abstand (SNR). In diesem Bereich spiegeln subjektive Qualitätsmerkmale noch Unterschiede in den akustischen Bedingungen wider. Ein weiterer Vorteil der Sprachverständlichkeit ist, dass für einige akustische Bedingungen gut evaluierte, objektive Messinstrumente zu deren Vorhersage existieren - die Sprachindizes, wie der Sprachverständlichkeitsindex (SII) und der Sprachübertragungsindex (STI). Jedoch liegen kaum Untersuchungen zur Vorhersagegüte der Sprachindizes unter den speziellen akustischen Bedingungen im Fahrzeug vor. Somit war eine Aufgabe dieser Arbeit, die Güte verschiedener Sprachindizes bei deren Anwendung im Fahrzeug systematisch zu untersuchen. Anhand der theoretischen Darstellungen konnte außerdem abgeleitet werden, dass die Sprachverständlichkeit zwar ein notwendiges aber nicht hinreichendes Merkmal einer guten Hörsituation darstellt. Deshalb wurde weiterhin der Beitrag der Sprachindizes zur Bestimmung der Kommunikationsqualität im Fahrzeug untersucht. Dazu wurde im ersten Teil der Arbeit verschiedenste akustische Bedingungen im Fahrzeug aufgezeichnet und anschließend analysiert. Im Ergebnis zeigte sich, dass in den Fahrzeugen sowohl bzgl. der Störgeräuschsituation als auch der Sprachübertragungswege eine sehr komplexe akustische Situation herrscht. Ein Teil dieser Aufnahmen wurde anschließend in den Experimenten zur Erhebung der Sprachverständlichkeit (Experiment 1 und 2) und der Kommunikationsqualität (Experiment 3) eingesetzt. Für die empirische Erhebung der Sprachverständlichkeit in den Experimenten 1 und 2 bekamen die Versuchspersonen die im Fahrzeug aufgezeichneten Signale per Kopfhörer präsentiert. Unter den dargebotenen Sprachsignal-Störgeräusch-Bedingungen wurde mit den Versuchspersonen ein Sprachverständlichkeitstest durchgeführt. Genauer gesagt, wurde für jede dieser Bedingungen der Speech Reception Threshold (SRT) erhoben, indem adaptiv der Sprachpegel bestimmt wurde, der bei gleichbleibendem Störgeräuschpegel zu einer Sprachverständlichkeit von 50\% führte. Außerdem wurde der SRT wurde durch die Sprachindizes modelliert und zwar auf Basis der Sprachsignal- und Störgeräuschspektren der Bedingungen und der Hörschwelle der Versuchspersonen. Der Vergleich der empirischen SRTs mit den durch die Sprachindizes berechneten SRTs führte zur Bestimmung der Modellgüte der Sprachindizes im Fahrzeug. Im Experiment 1 wurde die Sprachverständlichkeit in verschiedenen Fahrzeugbedingungen mit dem Fokus auf unterschiedliche Störgeräusche untersucht, im Experiment 2 lag der Schwerpunkt auf den Sprachübertragungswegen im Fahrzeug. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, dass die Modelle nach einer Erweiterung im Tieftonbereich die SRTs unter den verschiedenen Fahrbedingungen sehr gut vorhersagen können. Dies galt sowohl für die normalhörenden als auch für die hörgeschädigten Versuchspersonen. Die Modellgüte unterschied sich aber zwischen den verschiedenen Sprachindizes und den untersuchten Bedingungen. Die insgesamt beste Vorhersage wurde mit einem binauralen Ansatz erzielt. Dieser zeigte sowohl die höchste absolute Modellgüte als auch die höchste Korrelation mit den empirischen SRTs über die untersuchten Bedingungen hinweg. Die Ursachen für die Schwankungen der Modellgüte konnten aufgrund der Komplexität der akustischen Bedingungen im Fahrzeug nicht klar zugeordnet werden. Anhand der vorliegenden Daten konnten aber Vorschläge zur Verbesserung der Modelle in einzelnen Situationen abgeleitet werden. Für die Untersuchung der Kommunikationsqualität im Experiment 3 wurden in Anlehnung an die Arbeiten verschiedener Autoren die Items Konzentration (Höranstrengung), Belästigung, Lautstärke der Sätze und subjektive Sprachverständlichkeit unter dem Konstrukt Kommunikationsqualität untersucht. Da bereits andere Autoren zeigen konnten, dass einer der Sprachindizes einen hohen Zusammenhang mit der subjektiven Qualitätsdimension Höranstrengung aufwies, sollte in diesem Teil der Arbeit der Beitrag der Sprachindizes zur objektiven Bestimmung der Kommunikationsqualität untersucht werden. Entsprechend lag der Schwerpunkt der Untersuchungen im Experiment 3 auf dem Zusammenhang zwischen den Sprachindizes und der Sprachverständlichkeit bzw. der Kommunikationsqualität oberhalb des SRT. Im Ergebnis zeigte sich sowohl für die Normalhörenden als auch die Hörgeschädigten, dass die Kommunikationsqualität oberhalb des SRT sensitiver für Unterschiede in den akustischen Bedingungen ist als die objektive Sprachverständlichkeit. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass die Sprachindizes in diesem Bereich einen höheren Zusammenhang mit der Kommunikationsqualität aufweisen als mit der Sprachverständlichkeit. Deshalb kann in Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus der Literatur davon ausgegangen werden, dass die Sprachindizes oberhalb des SRT subjektive Maße, wie die hier untersuchte Kommunikationsqualität, vorhersagen und nicht die Sprachverständlichkeit.