Analyse und Morphing monauraler Eigenschaften individueller Außenohrübertragungsfunktionen

Masterarbeit von Braren, Hark
Betreuer: Fels, Janina / Bomhardt, Ramona

Den Kern der meisten 3D Audiowiedergabesysteme bildet die kopfbezogene Außenohrübertragungsfunktion. Diese ist für jeden Menschen verschieden. Grund dafür sind die unterschiedlichen geometrischen Ausprägungen von Oberk¨orper, Kopf und Ohrmuschel (Pinna) bei verschiedenen Personen. Die Messung einer individuellen HRTF braucht spezielles Equipment in einem reflexionsarmen Messraum. Alternativ können generische, meist am Kunstkopf gemessene, Außenohrübertragungsfunktionen verwendet werden um einen dreidimensionalen Klangeindruck zu erzeugen. Die bestmögliche Auralisierung der virtuellen Klangumgebung mit korrekter Positionierung der virtuellen Schallquellen ist nur mit der individuellen HRTF möglich. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur Erstellung individueller HRTFs anhand biometrischer Abmessungen des Außenohrs untersucht. Dazu wird die Hauptkomponentenanalyse auf einem vorher bekannten Satz von HRTFs angewendet. Mithilfe der multiplen Regressionsanalyse wird ein Zusammenhang zwischen den Gewichten der Hauptkomponenten und den biometrischen Abmessungen hergestellt. Dieser Zusammenhang kann anschließend genutzt werden, um aus den bekannten Hauptkomponenten und den individuellen Abmessungen eine individualisierte HRTF zu generieren

Beurteilung von Soundscapes durch verschiedene Verfahren: Soundwalks und Hörversuche

Masterarbeit von Su, Yuanyuan
Forschungsgebiet: Lärmforschung / Psychoakustik
Betreuer: Engel, Margret / Fels, Janina

Soundscape is related to the relationships between the ear, human beings, sound environments, and society. Based on a series of case studies in Europe and China and an intensive literature review, the description, evaluation, and built for soundscape in urban open spaces are systematically analyzed in terms of four basic elements: sound, space, people, and environment. For urban open public spaces, it is critical to study the peoples’ perception of sounds. This research aims to establish the relation between the auditory perceptions and the visual aspects. First of all, what is the influence of the visual aspects on the perception of the urban soundscape? This question will be studied based on the sample recording and a large number of soundwalks in two open public locations in Aachen. The recordings will be performed by using binaural and omni-directional microphones. Another method to collect the data is listening test. The sample recordings with the same participants from soundwalks will be used and calibrated. Additionally the subjective thresholds from psychoacoustic parameters in percentiles, including loudness, sharpness, fluctuation strength, roughness and tonality will be established. Therefore the psychoacoustic parameters for the soundscape recordings will be calculated by using the software ArtemiS. At last, which is the best method to collect data for soundscape studies will be determined by neural network. It will also be identified if the statistical method is suitable for subjective and objective data fitting.

Der Einfluss von Störgeräuschen auf die Höranstrengung von Erwachsenen

Bachelorarbeit von Batlle Roca, Roser
Betreuer: Fels, Janina / Loh, Karin

Diese These besteht aus einer Studie durchgeführt mit Erwachsenen im Hinblick auf Bildungseinrichtungen, mit dem Ziel die sprachliche Wahrnehmung, sowie die Höranstrengung in Abhängigkeit der Geräuschbedingungen zu erfassen. Zu diesem Zweck wurden drei verschiedene Geräuschbedingungen simuliert: "speechshaped noise" (SSN), das ein ähnliches Spektrum als das durchschnittliche Langzeitspektrum eines Sprechsignals aufweist und als effektivster Energiemasker der Sprache angesehen wird; "irrelevant and relevant multi-talker babble" (IMTB und RMTB), welche aus mehreren gleichzeitig redenden Personen bestehen. Bei IMTB hört der Zuhörer eine Fremdsprache, während bei RMTB in einer bekannten oder einer ähnlichen Sprache gesprochen wird. Diese Geräusche wurden individuell als Hintergrundgeräusche in einem zweiteiligen Hörexperiment eingesetzt. Die primäre Aufgabe bestand aus der Messung der Reaktionszeit und dem Anteil an richtigen Wörtern, welche die Probanden identifizieren und danach aus vier Bildern das entsprechende Bild auswählen mussten. Bei der sekundären Aufgabe mussten die Probanden einen Knopf drüicken, nachdem eine Lampe auf dem Bildschirm aufleuchtete. Hierbei wurde die Reaktionszeit der Probanden gemessen. Im Experiment wurden 24 Bedingungen getestet, durch Variieren des SNR, der Position der Wort quelle und des Störgeräusches, sowie des Geräuschtyps. 37 junge deutschsprachige Probanden wurden getestet . Die Ergebnisse des Experiments zeigten, dass die RMTB Geräusche einen grösseren Höraufwand als die anderen Geräusche erforderten. Ausserdem gibt es in der Fehlerrate grundlegende Unterschiede zwischen den Positionskombinationen, wobei die schlechtesten Ergebnisse erhalten wurden, wenn beide Signale aus der gleichen Richtung kamen (SoNo) . Zusätzlich wurden bessere Ergebnisse bei höheren SNR Werten erzielt (p3). Am Ende des Experiments wurde den Probanden ein Fragebogen ausgehändigt, um eine subjektive Evaluatuion des Experiments zu erstellen. Hierbei wurde herausgefunden, dass die Plappergeräusche, im Vergleich zu der SSN Bedingung, als weniger angenehm angesehen wurden. Ausserdem wurde das Experiment für schwerer als erwartet befunden.

Einfluss der Wiedergabemethode auf das Rauigkeitsempfinden und die Gesamtgeräuschqualität bei Dieselmotoren

Bachelorarbeit von Neuhöfer, Wenzel Leonhard
Forschungsgebiet: Psychoakustik / Transferpfadanalyse / -synthese
Betreuer: Fels, Janina / Braren, Hark

Mithilfe binauraler Transferpfadsynthese können verschiedene psychoakustische Parameter vor der Produktion von Kraftfahrzeugen mittels bestehender Modelle vorhergesagt werden. Dies ermöglicht den Fahrzeugherstellern kostengünstige Optimierungen bereits während des Designprozesses vorzunehmen. Während für die meisten psychoakustischen Parameter bereits standardisierte Modelle existieren, müssen solche für den Parameter Rauigkeit erst auf Basis von Ergebnissen umfangreich angelegter Hörversuchsreihen entwickelt werden. Als Vorstudie zu den geplanten Hörversuchsreihen werden im Rahmen dieser Bachelorarbeit Hörversuche durchgeführt, in denen der Einfluss verschiedener Wiedergabemethoden auf das Empfinden von Rauigkeit und Gesamtgeräuschqualität untersucht wird. Als Stimuli werden zunächst binaurale Aufnahmen in der Fahrerkabine eines Dieselfahrzeuges verwendet. Es erfolgt ein Vergleich von monauraler Lautsprecherwiedergabe, sowie diotischer und binauraler Kopfhörerwiedergabe, um eine Empfehlung für folgende Hörversuche auszusprechen.

Einfluss des geglätteten Phasenspektrums von Außenohrübertragungsfunktionen auf die Lokalisation virtueller Schallquellen

Bachelorarbeit von Vollmer, Lukas
Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Bomhardt, Ramona / Pausch, Florian

Die Auflenohriibertragungsfunktionen (englisch Head-Related Transfer Function, HRTF) beschreiben den Einfluss des Korpers und des Kopfes auf den am Ohrkanal ankommenden Schall. Dieser enthält Richtungsmerkmale, die das menschliche Gehör extrahieren kann. Eines dieser Merkmale ist die interaurale Zeitdifferenz (interaural time difference, ITD), welche die zeitliche Verzögerung zwischen der Ankunft des Schalls am linken bzw. rechten Ohr darstellt. Im Frequenzbereich wird eine zeitliche Verzögerung durch eine lineare Phase repräsentiert, die Phasenspektren von HRTFs sind allerdings nur näherungsweise linear. Um eine Funktion zu linearisieren, konnen Glättungslagorithmen verwendet werden. Diese wurden im Bezug auf HRTFs jedoch meist auf das Betragsspektrum angewandt, wahrend das Phasenspektrum beibehalten wurde. In dieser Arbeit soll daher der Einfluss gegätteter Phasenspektren auf die Lokalisation virtueller Schallquellen untersucht werden. Dazu werden verschiedene Glättungsalgorithmen vorgestellt und analysiert. Durch die Glattung der Phase sind Fehler in der ITD zu erwarten, die Analyse zeigt jedoch, dass klangliche Veränderungen auftreten, noch bevor die Fehler in der ITD wahrnehmbar werden. Deshalb wurde anstelle eines Lokalisationsversuchs ein Wahrnehmungsversuch durchgeführt. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass der Glättungseinfluss gegenüber den objektiven Ergebnissen weiter reduziert werden muss, damit kein Unterschied zwischen geglätteter und origialer Phase wahrnehmbar ist.

Einfluss kontinuierlich nachgeführter Peilbewegungen auf das intentionale Wechseln der auditiven selektiven Aufmerksamkeit

Bachelorarbeit von Wepner, Saskia
Forschungsgebiet: Auditorische Szenenanalyse
Betreuer: Oberem, Josefa

Previously, the stimuli used in listening experiments for the investigation of auditory selective attention were reproduced statically -- i.e. without considering individual head movements of a test person. However, due to former experiments, there is reason to believe that a more realistic presentation of stimuli in auditory scenes might improve test persons' cognitive performance on sound localisation. An improvement of test results in terms of reaction time and error rates is already evocated by the modification of dichotic to binaural sound reproduction. Individual head movements play an important role for sound localisation in auditory scenes because they provide a faster and more precise classification of the presented stimuli. This work shall evaluate the benefit of more realistic auditory scenes by considering head movements in experiments on auditory selective attention (ASA). Thus, a part of this work is the implementation and realisation of a listening test to examine the given paradigm. The acoustic cues are adapted to the test person's head movements which are detected by means of a visual tracking system. Former findings suggest that performance in localisation improves through consideration of head movements in listening tests.

Einfluss von destruktiven Interferenzen in der Außenohrübertragungsfunktion auf das Richtungshören

Bachelorarbeit von Ruhnke, Wojciech
Betreuer: Fels, Janina / Bomhardt, Ramona

Die Lokalisation von akustischen Reizen des menschlichen Gehörs unterliegt vielen Aspekten, welche sich in der Außenohrübertragunsfunktion (HRTF ) zusammenfassend darstellen lassen. Die spektrale Verfärbung des Schalls durch Brechung und Reflexion am menschlichen Körper ist ein Teil der HRTF. Einige Frequenzen des Schallereignisses werden verstärkt, wahrend andere durch destruktive Interferenzen abgeschwächt werden. In dieser Arbeit werden die abgeschwächten Frequenzen und deren Einfluss auf das Richtungshören genauer untersucht. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Lokalisationsversuch durchgeführt, in dem zunächst die HRTF gemessen und anschließend die abgeschwächten Frequenzen verschieden stark geglättet wurden. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass tendenzielle Verschlechterungen in der Lokalisationsfahigkeit mit leichter Glättung destruktiver Frequenzen einhergehen.

Einfluss von Probandenbewegungen auf die Messung individueller Außenohrübertragungsfunktion

Masterarbeit von Wepner, Saskia
Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Fels, Janina / Richter, Jan-Gerrit

In recent years, the need for individually measured head-related transfer functions (HRTFs) has increased steadily. For instance, HRTFs are important for the development of psychological experiments including spatial perception or multi-speaker scenery; as well as in industrial fields, such as virtual reality scenes. Therefore, measurements need to be sped up and simplified. Current research offers various approaches to develop less time-consuming alternatives to prior measurement methods. As errors may influence the auditory impression of reproduced signals, best possible conditions are demanded as well as a detailed knowledge of uncertainties occurring during the measurement. Certainly, additional inaccuracies do appear due to natural movements of the subject. The aim of this thesis is to explore how and to what extent subjects move during the measurement procedure. Hence, it is examined which measurement method does evoke least movements of test subjects. Additionally, a real-time feedback system will be installed, that allows the subject to perform a correction of position and orientation. The gained knowledge shall also reveal the less error-prone measurement method and allow for a better reconstruction of measurement signals.

Einfluss von verschieden Lärmkonditionen auf die Höranstrengung von Erwachsenen

Bachelorarbeit von Batlle, Roser
Forschungsgebiet: Auditorische Szenenanalyse / Lärmforschung
Betreuer: Loh, Karin

This thesis consists of a study with adults in respect to educational institutions with the aim to evaluate speech perception and listening effort depending on the noise condition. For this purpose three different noise conditions will be simulated: speech-shaped noise (SSN), which is characterized for having a similar spectrum as the average long-term spectrum of a speech signal and is considered to be the most effective energy masker of speech; irrelevant and relevant multi-talker babble (IMTB and RMTB, respectively), which consists of several people simultaneously talking in a foreign language for the listener, in IMTB, or in the same or similar language, in RMTB. These noises will be included individually as background noises in a dual-task listening experiment. The first task will consist of the measurement of time response and percentage of correct words, where participants will have to identify stimuli word and select the corresponding image between four possible options (e.g. Kopf - Topf - Zopf - Frosch). Then, the second task will focus on the measurement of reaction time after a visual stimuli, in which participants have to press a button when the light bulb in the screen turns on. This experiment will test a total of 24 conditions by modifying signal-to-noise ratio, target and distractor position combination and type of noise.

Entwicklung eines Algorithmus zur automatischen Segmentierung von Zahnhartstrukturen in 3D Ultraschalldaten subgingival präparierter Zähne mittels eines selbstlernenden Ansatzes.

Masterarbeit von Mündlein, Fabian
Betreuer: Fels, Janina

Das Ziel dieser Masterarbeit ist es eine auf Methoden des maschinellen Lernens basierende Softwarelösung zu erarbeiten, umzusetzen und zu evaluieren, um eine automatisierte Segmentierung der Zahnoberfläche von Ultraschalldaten zu ermöglichen. Die Generierung der Daten erfolgt über einen Intraoralscanner, welcher die Oberfläche subgingival präparierter Zähne zur digitalen 3D-Rekonstruktion aufnimmt. Zunächst werden die klinischen sowie technischen Anforderungen an die Software formuliert und es erfolgt eine Analyse der Ultraschalldaten, um die Herausforderungen für das Segmentierungsverfahren zu ermitteln. Nach einer Untersuchung des Standes der Technik im Bereich der Bildsegmentierung und unter Berücksichtigung der formulierten Anforderungen an die Softwarelösung, wird das Fully Convolutional Neural Network ( FCN), eine Methode aus dem Bereich des Deep Learning, als Segmentierungsmethode gewählt. Es wird ein Lösungskonzept entwickelt, welches das U-Net und eine Erweiterung dessen mit zusätzlichen Short-Skip-Connections als Netzwerkarchitekturen vorsieht. Desweiteren soll die in den Workflow der Ultraschalldatenverarbeitung zu integrierende Software aus einem Modul zum Trainieren des FCN und einem Modul zur Segmentierung der Ultraschalldaten aufgebaut sein. Die Trainingsdaten beziehungsweise die zu segmentierenden Daten werden in den jeweiligen Modulen mit Filterungen und Transformationen vorbereitet, bevor sie in das FCN als Schichtbilder eingegeben werden. Das FCN wird überwacht trainiert und prädiziert die Eingabebilder durch eine pixelweise Klassifizierung in "Zahn" und "Nicht-Zahn". Anschließend erfolgen weitere Schritte der Signalverarbeitung, um die ausgegebenen Prädiktionen nachzuverarbeiten und die Zahnoberfläche zu segmentieren. Neben den Netzwerkarchitekturen werden verschiedene Hyperparametereinstellungen und eine Trainingsdatensatzerweiterung getestet, um die geeignetste Konfiguration zum Trainieren und Anwenden des FCN zu ermitteln. Die Implementierung wird mit der Integration der Softwarelösung in den bestehenden Workflow der UItraschalldatenverarbeitu ng abgesch lossen . Die Ergebnisse der anschließenden Evaluierung zeigen, dass die entwickelte Softwarelösung einen geeigneten Ansatz zur Segmentierung der Zahnoberfläche aus den Ultraschalldaten darstellt und in den Workflow der Ultraschalldatenverarbeitung integriert werden kann. Die Softwarelösung muss noch weiter getestet werden, um eine eindeutige Aussage über ihre Verwendbarkeit zu treffen. Desweiteren liegen noch zu hohe Klassifizierungsfehler vor, sodass zusätzlich eine manuell Bereinigung vor der Oberflächenrekonstruktion erfolgen muss.

Entwicklung eines Demonstrations- und Evaluierungstools für individualisierte Binauraltechnik

Masterarbeit von Doma, Shaimaa
Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Braren, Hark / Fels, Janina

The transfer function from an arbitrary source direction to the ear canal entrance is characterized by typical interactions with head, pinna and torso geometry. This highly individual filtering of sound is described by the head-related transfer function (HRTF) and is essential for a realistic spatial auditory reproduction. Obtaining individual HRTFs of high quality, however, requires specialized equipment that is not widely available. In some cases, it has shown to be particularly difficult, e.g. for children, whose movement during the measurement leads to inaccurate results. Individualized HRTFs offer a compromise by making modifications to a given non-individual HRTF set. Over the past years, various approaches have been discussed, such as the individualization of the Interaural Time Difference (ITD), frequency scaling or methods based on Principal Component Analysis (PCA). These methods use anthropometric dimensions to estimate a subject’s individual HRTF. The dimensions can, for instance, be obtained from 3D images generated by structured light scanners or magnetic resonance imaging (MRI). In this thesis, a tool is to be developed which allows for a direct auralization whilst manipulating the parameters of several of the aforementioned HRTF individualization methods. Using a set of exemplary virtual acoustic scenes, the user shall be able to modify a provided HRTF set. Applications of the tool comprise the subjective optimization and evaluation of HRTFs.

Entwicklung und Evaluierung einer FPGA basierten Ultraschall-Hardware für die dentale Prothetik

Masterarbeit von Kotzur, Benjamin
Forschungsgebiet: Sonstige
Betreuer: Fels, Janina

Der Prozess zur Herstellung von Zahnrestaurationen erfordert eine Vielzahl aufwendiger Schritte, die konventionell mit der analogen Abformung im Patientenmund beginnen. Aufgrund der Fehleranfälligkeit, mangelnden Effizienz gegenüber CAD/CAM basierten Methoden sowie der fehlenden Möglichkeit, unter dem Zahnfleisch liegende Präparatiornsränder abzuformen, wird am Lehrstuhl für Medizintechnik ein digitales, auf Ultraschall basierendes, Verfahren zur intraoralen Datenabnahme präparierter Zähne entwickelt. Das aktuellle Labormuster des intraoralen Ultraschallscanners basiert auf einem mechanisch bewegten Einzelelementwandler. In vorangegangenen Arbeiten wurde ein miniaturisiertes und kostengünstiges Ansteuerungssystem auf Basis eines digitalen Signalprozessors (DSP) entwickelt. Im Zuge der Entwicklung eines Prototypens soll nun unter Berücksichtigung der hohen Sicherheits- und Genauigkeitsanforderungen ein Ultraschallmodul bestehend aus Pulser und Verstärker entwickelt, in das bestehende System integriert und getestet werden. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Gewährleistung einer hohen Datenübertragungsrate. Nachdem der medizinische und technische Hintergrund aufgearbeitet wurde, soll im Rahmen dieser Masterarbeit zunächst ein geeignetes Konzept für die gerätetechnische Umsetzung erarbeitet werden. Die hierfür notwendigen Software- und Hardware-Komponenten inkl. der Signalverarbeitung zur Messdatenauswertung müssen implementiert werden. Hierzu sollen am Lehrstuhl vorhandene Komponenten der Ultraschallhardware sowie der Steuerungs- und Regelungshardware für diese Anwendung weiterentwickelt und optimiert werden. Anschließend soll ein Versuchsstand konzipiert, aufgebaut und in Betrieb genommen werden. An diesem Versuchsstand sollen abschließend Ultraschallmessungen zur Evaluierung des entwickelten Ultraschallsystems durchgeführt werden. Die Vorgehensweise und Ergebnisse der Arbeit sollen klar und umfassend dokumentiert und diskutiert werden.

Entwicklung und Evaluierung eines Ultraschallsystems zur Untersuchung der Knochenqualität für die dentale Implantologie

Masterarbeit von Grüterich, Martin
Betreuer: Fels, Janina

Das Ziel diesel' Arbeit war die Entwicklung eines Konzeptes zur Anwendung del' Ultraschalltechnik (US) in del' praoperativen Bewertung und Einschatzung del' vorhandenen Knochenqualitat fUr die dentale Implantologie. Diese gilt als eine Voraussetzung fUr eine optimale lmplantationsplanung und bildet eine wichtige Grundlage flir die Wahl eines geeigneten Implantatsystems. Es wurden zwei Systemkomponenten entwickelt: Die erste Komponente basiert auf einer variablen, niederfrequente (NF) US-Frequenz urn 1 MHz. Die zweite Komponente verwendet einen hochfrequenten (HF) 3D-US-Mikroscanner urn 45 MHz. FUr die Konzeptentwicklung und Evaluierung des NF-Systems wurde eine Simulationsumgebung auf Basis von MATLAB und PZFlex erstellt. AnschlieBend wurden Polymethylmethacrylat (PMMA)-Proben verschiedener Dicke als Ersatzmaterial fUr die kOltikale Knochenschicht im menschlichen Kiefer angefertigt und vermessen. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Amplitude des refiektierten US-Signals aufgrund von Intelferenzerscheinungen mit del' Dicke der PMMA-Proben andert. Auf Grundlage von lokalen Minima wurde ein AIgorithmus entwickelt, der aus einem vordefinierten Messablauf die Schichtdicke bestimmen kann. Das HP-System wurde an mit Dentalimplantaten versehenen menschlichen Schadelknochen erprobt. AuBerdem wurde eine Messreihe an Kiefermodellen aus Schweinerippen durchgefUhrt. Die maximale Abweichung fUr das NF-System lag bei ±5,66 %. FUr das HF-System gilt eine Absolutgenauigkeit von 13,8 flm und eine Prazision von 16,9 flm. Die sich in den Kiefermodellen befindlichen Knochendefekte konnte mit einer maximalen Abweichung von 0,96 mm vermessen werden.

Ermittlung der Höranstrengung bei Kindern im Grundschulalter in verschiedenen Lärmsituationen mit Hilfe eines Dual-Task Paradigmas

Bachelorarbeit von Burger, Julian
Betreuer: Fels, Janina / Loh, Karin

Listening effort has not been intensively researched in primary-school aged (6-10 years) children yet. Listening effort is defined as the attention and the cognitive resources needed to understand speech. To this day only the influence of different noises and SNR on listening effort has beed researched. In this thesis three different noises with two SNRs will be compared against each other at two noise position combinations. In order to assess the children’s listening effort in different noise situations, a child-oriented dual-task paradigm was developed. The experiment was conducted in a mobile hearing booth with 36 normal-hearing children. In this experiment, the primary task is to identify a word presented in noise by hitting the button corresponding to the matching picture out of four pictures shown on a screen. The secondary task includes responding to a flashing light on the same screen, also by hitting a button. Three different noises, speech shaped noise (SSN), irrelevant multitalker babbel (IMTB) and relevant multitalker babbel (RMTB), were tested. It was hypothesized that children require more cognitive resources in a noise condition than in a silent condition when trying to understand speech. Contrary to the hypothesis, the conditions tested had no significant effect on the response time of the secondary task and therefore no effect on the listening effort. However, younger kids generally expend more listening effort than older ones.

Ermittlung der Höranstrengung bei Kindern im Grundschulalter in verschiedenen Lärmsituationen mit Hilfe eines Dual-Task Paradigmas

Bachelorarbeit von Burger, Julian
Forschungsgebiet: Auditorische Szenenanalyse / Lärmforschung
Betreuer: Loh, Karin

Höranstrengung (listening effort) ist, vor allem bei Kindern im Grundschulalter (6-10 Jahre), noch wenig erforscht. Unter Höranstrengung versteht man die Aufmerksamkeit und die kognitiven Ressourcen, die aufgebracht werden müssen um Sprache zu verstehen. Um diese von Kindern in Ruhe als auch unter Einfluss von Störgeräuschen zu ermitteln, wird ein kindgerechtes Dual-Task-Paradigma entwickelt. Im Rahmen eines Experiments werden 24 Kinder mittels diesem Paradigma in einer mobilen Hörkabine getest. Dazu wird ein Wort in einer Störgeräuschkondition präsentiert und die primäre Aufgabe besteht darin das richtige Bild aus insgesamt vier Bildern durch das Drücken eines Knopfes auszuwählen. Bei der sekundären Aufgabe wird die Reaktionszeit bei einer aufleuchtenden Lampe auf dem Bildschirm gemessen. Die Hypothese ist, dass Kinder im Grundschulalter bei einer Störgeräuschkondition mehr kognitiven Ressourcen für das Sprachverständnis benötigen als im Stillen.

Evaluierung des Einflusses kontinuierlicher Probandendrehung bei Messungen von kopfbezogenen Übertragungsfunktionen

Bachelorarbeit von Shaima’a Ahmed Bassim Ali Doma
Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit / Fels, Janina

Um die räumliche Wahrnehmung von Schall realistisch nachbilden zu können, ist die Kenntnis einer individuellen kopfbezogenen Übertragungsfunktion (HRTF) notwendig. Deren Bestimmung durch akustische Messungen in hinreichender Auflösung erfolgte bisher mithilfe eines Messarms mit einem Lautsprecher bzw. eines Bogens mit mehreren Lautsprechern, die jeweils nach einer Positionsänderung eine statische Messung durch- führen. Obwohl die Messdauer mithilfe des Bogens von mehreren Stunden auf wenige Minuten reduziert werden konnte, ist eine weitere Verkürzung von Vorteil. Dafür wurde ein kontinuierliches Messverfahren entwickelt, bei dem der Messbogen ein Anregungssi- gnal bei fortlaufender Drehung des Probanden ausgibt. In dieser Arbeit wird der Effekt der kontinuierlichen Drehung untersucht. Kontinuierliche Messungen an einer Kugel und an einem Kunstkopf werden den Ergebnissen statischer Messverfahren gegenübergestellt. Mithilfe von Distanzmaßen werden Abweichungen im Zeit- und Frequenzbereich aufge- zeigt und bewertet.

Evaluierung räumlicher Lautsprecherwiedergabeverfahren für Anwendungen mit Hörgeräten

Masterarbeit von Vollmer, Lukas
Forschungsgebiet: Technische Systeme für die HNO und Audiologie
Betreuer: Pausch, Florian / Kohnen, Michael

Hörgerätetragende beschweren sich häufig über die schlechte Leistung ihrer Geräte in komplexen akustischen Situationen. Ein möglicher Grund dafür sind vereinfachte Methoden in der klinischen Diagnostik, welche die erhöhten Herausforderungen von Alltagssituationen an Menschen mit Hörverlust und Hörgerätealgorithmen nicht angemessen nachbilden. Um diese Nachteile zu überwinden, sollten für die Entwicklung solcher Algorithmen und auch bereits während des Anpassungsprozesses komplexere Methoden angewandt werden. Das Erstellen virtueller akustischer Umgebungen mithilfe lautsprecherbasierter räumlicher Wiedergabeverfahren stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, um Tests in kontrollierten, aber komplexeren akustischen Szenen einschließlich raumakustischer Simulationen zu ermöglichen. Bislang sind diese Methoden hauptsächlich für Menschen mit normalem Gehör entwickelt worden und erfordern eine weitere Untersuchung ihrer Anwendbarkeit in der Hörgeräteforschung. In dieser Arbeit werden daher die Reproduktions- und Auswertungsmethoden angepasst und erweitert, um die Auswirkungen eines ins reproduzierte Schallfeld eingebrachten Kunstkopfes und die Integration von Forschungshörgeräten in die virtuelle Szene gezielt zu adressieren.

Hörgeräte-Signalverarbeitung für ein Echtzeit-Auralisierungssystem

Masterarbeit von Tumbrägel, Jonas
Forschungsgebiet: Technische Systeme für die HNO und Audiologie / Binauraltechnik
Betreuer: Pausch, Florian / Fels, Janina

Algorithmen für die Hörgeräte-Signalverarbeitung wurden in dem vergangenen Jahrzehnt ausgiebig untersucht und verbessert. Meistens werden diese unter Laborbedinungen getestet. In realen- und insbesonders unter gestörten Hörumgebungen berichten Hörgerätenutzer jedoch von unzufriedentstellender Klangwahrnehmung. Um die Leistungsfähigkeit von Hörgeräten in akustisch schwierigen Umgebungen zu verbessern, müssen Hörgeräte-Algorithmen in realistischeren Szenarien von Hörgerätenutzern bewertet werden. Geeignete Testbedingungen in realitätsnahen Umgebungen sind schwer zu erzeugen und häufig nicht flexibel. Virtuelle akustische Umgebungen können genutzt werden, um reale akustische Szenen zu simulieren und schaffen kontrollierte Hörversuchsumgebungen. Um Fehler bei der Schallfeldreproduktion mittels existierenden virtuellen akustischen Umgebungen für Hörgeräte zu vermeiden, können simulierte Signale durch Hörgerätealgorithmen bearbeitet werden und in ein Dummy-Hörgerät gespeist werden. Hörgerätenutzer mit mildem bis moderatem Hörverlust nehmen nicht nur den durch das Hörgerät verstärkten Umgebungsschall, sondern auch den sie umgebenden Schall über ihr verbleibendes Hörvermögen wahr. Um dieses in einer virtuellen Umgebung zu berücksichtigen, wird das System um eine lautsprecherbasierte Reproduktion mit einer Übersprechkompensation erweitert. In dieser Arbeit wurden verschiedene, auf einer "Master Hearing Aid" Platform implementierte, Algorithmen untersucht und evaluiert. Zudem wurden elektroakustische Eigenschaften des Dummy-Hörgerätes untersucht. Abschließend fand eine Integration beider Reproduktionssysteme in die virtuelle akustische Umgebung, sowie eine kombinierte Evaluation statt.

Implementierung und Evaluierung eines Trust-Region-Algorithmus zur Optimierung von Mehrweg-Frequenzweichen unter Nebenbedingungen

Bachelorarbeit von Henzel, Robert
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit / Fels, Janina

In dieser Bachelorarbeit wird ein nichtmonotoner Trust-Region Algorithmus zur optimierung von Lautsprecherfrequenzweichen beschrieben. Bestehende Algorithmen wurden zur Beachtung von Nebenbedingungen erweitert und zur Optimierung unter Berücksichtigung der Gesamteingangsimpedanz genutzt. Der Algorithmus wurde in eine bestehende Software integriert und hinsichtlich seiner Laufzeit und Wiederholbarkeit getestet.

Influence of continuous subject rotation on HRTF measurement data

Forschungsgebiet: Binauraltechnik / Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit

The measurement duration of head-related transfer function measurements has been greatly reduced in recent years. A shorter measurement time will reduce strain on the subject as well as reduce movement which otherwise introduces errors in the measurement. To further reduce the measurement time, a continuous rotation approach was investigated objectivly. A subjective evaluation of the measured data is needed.

Influence of fine structure in head-related transfer function data

Forschungsgebiet: Binauraltechnik / Akustische Virtuelle Realität
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit

For virtual room acoustics simulations a good binaural synthesis is needed. This allows virtual sound sources to be placed at arbitrary directions. This is achieved using head-related transfer functions (HRTFs). These functions can be described as a frequency dependent directivity with fine spatial structure. This work should focus on noticeable differences of this fine spatial structure of head-related transfer function data. It is assumed that only a certain amount of detail is needed for most binaural synthesis application. An investigation into a just noticeable difference will give an upper limit on the amount of detail. To this end, a listening test needs to be planned and executed

Influence of the artificial torso of the dummy head

Forschungsgebiet: Binauraltechnik / Psychoakustik
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit

The localization ability of humans stem from the influence by the head and pinna shape on the sound field. To recreate such an influence, it is often more efficient to have a fixed head model. These models, or artificial heads give a good but not individually perfect spatial impression of sound sources. This thesis focuses on the influence of the torso of an artificial head that is used both as a reference measurement device and an important tool for many virtual acoustics scenarios. It is studied with the use of Boundary Element Method simulation which will allow an easy way to examine different types of material as well as different geometries. The goal of the thesis is to create a simulation that is similar to measurements with a wooden torso while gaining a better understanding of the importance of the torso to the head.

Klanglandschaft Stadt. Einfluss von Geräuschen des städtischen Umfeldes auf die Lebensqualität in drei Aachener Quartieren

Bachelorarbeit von Carls, Michele
Forschungsgebiet: Lärmforschung / Psychoakustik
Betreuer: Engel, Margret

Die Einflüsse des städtischen Lebens auf die Lebensqualität der Bewohner werden durch die Entwicklungen der Städte immer komplexer und stellen neue Herausforderungen für die Stadtplaner, die Stadtpolitik und die Bewohner dar. Die städtischen Geräusche stellen einen Faktor dar, der die Lebensqualität beeinflusst. Die städtische Klanglandschaft kann somit als eigene Geräuschquelle angesehen werden. Um den unendlichen Themenkomplex der Lebensqualitätsforschung etwas näher zu erläutern, wird im Zuge dieser Arbeit der Einfluss von Geräuschen des städtischen Umfeldes auf die Lebensqualität in den Vordergrund gestellt. Zu Beginn wird der Begriff der Lebensqualität und sein „Coming-Out“ in der Politik aufgegriffen, um ein einheitliches, grundlegende Verständnis des abstrakten Begriffes der Lebensqualität vorauszusetzen. Als neues Wohlfahrtskonzept ist es wichtig, die einzelnen Dimensionen und die Messbarkeit von Lebensqualität zu definieren. Die materielle Umwelt, als eine der zentralen Dimensionen der Lebensqualität, stellt den Bezug zur Stadt- und Bevölkerungsgeographie dar und wird bei der empirischen Forschung untersucht. Die Befragung der Bewohner in drei Aachener Quartieren bezüglich der Wahrnehmung der Umgebungsgeräusche an Ihrem Wohnort, soll Aufschluss darüber geben, wie Geräusche im städtischen Umfeld die Lebensqualität beeinflussen und welche Unterschiede sich in den verschiedenen Quartieren herauskristallisieren.

Localization accuracy comparing real and virtual sources

Forschungsgebiet: Binauraltechnik / Psychoakustik
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit

The localization ability of humans stem from the influence by the head and pinna shape on the sound field. This influence can be measured and is called Head related transfer function (HRTF). HRTFs can be used to create virtual sound sources at arbitrary places. This principle is heavily used in virtual acoustics and room acoustics simulations. It was shown that the ability to localization sound sources is dependent on the used HRTF. Generally, real sound sources are localized with the highest accuracy. This thesis focuses on a comparison of localization accuracy. It is used as a measure on performance of the whole binaural synthesis application developed at the institute. It will make use of all the state of the art measurement and reproduction equipment to achieve virtual sound sources with the highest localization accuracy. As a comparison, real sound sources are used and a listening experiment is to be conducted. The goal is to quantify the quality of binaural synthesis and virtual acoustics.

Objektive und subjektive Analyse der Raumakustik in Großraumbüros

Masterarbeit von Xu, Xinya
Forschungsgebiet: Psychoakustik / Lärmforschung
Betreuer: Loh, Karin

Im alltäglichen Arbeiten sind Menschen von verschiedenen Geräuschen bzw. Lärm umgeben, die sich maßgeblich auf die kognitive Arbeitsleistung und die akustische Zufriedenheit auswirken können. Diese akustische Wahrnehmung und ihre Auswirkung werden von verschiedenen Faktoren verursacht und beeinflusst. Daher wird eine vielfältige akustische Raumanalyse, sowohl vom objektiven, als auch vom subjektiven Aspekt, benötigt. In dieser Masterarbeit werden Großraumbüros mit gehörrichtigen Verfahren vermessen und deren akustische Eigenschaften analysiert. Zum einen wird die Raumakustik der Räume untersucht, zum anderen werden die Hintergrundgeräusche in Anwesenheit von Personen für die psychoakustische Analyse gemessen (In situ-Messungen). Dabei wird der ITA-Kunstkopf verwendet, um eine gehörrichtige Auswertung zu erhalten. Zusätzlich wird die subjektive Wahrnehmung untersucht, indem Frageböge an die anwesenden Personen in den Räumen verteilt werden, und während der In situ-Messungen bearbeitet werden. Anschließend werden die Relationen zwischen Raumakustik- und Psychoakustikparameter, sowie zwischen objektiven und subjektiven Ergebnissen ausgewertet.

Objektive und subjektive Analyse der Raumakustik in Großraumbüros

Masterarbeit von Xu Xinya
Betreuer: Loh, Karin

Im alltäglichen Arbeiten sind Menschen von verschiedenen Geräuschen bzw. Lärm umgeben, die sich maßgeblich auf die kognitive Arbeitsleistung und die akustische Zufriedenheit auswirken können. Diese akustische Wahrnehmung und ihre Auswirkungen werden von verschiedenen Faktoren verursacht und beeinflusst. Daher wird eine vielfältige akustische Raumanalyse, sowohl vom objektiven, als auch vom subjektiven Aspekt, benötigt. In dieser Masterarbeit wurden Großraumbüros mit gehörrichtigen Verfahren vermessen und deren akustische Eigenschaften analysiert. Zum Einen wurde die Raumakustik der Räume untersucht, zum Anderen wurde die akustische Umgebung in Anwesenheit von Personen für die psychoakustische Analyse gemessen (In-Situation-Messungen). Dabei wurde neben einem omnidirektionalen Mikrofon der ITA-Kunstkopf verwendet, um eine gehörrichtige Auswertung zu erhalten. Zusätzlich wurde die subjektive Wahrnehmung untersucht, indem Fragebögen an die anwesenden Personen in den Räumen verteilt und während der In-Situation-Messungen ausgefüllt wurden. Anschließend wurden die Korrelationen zwischen Raumakustik- und Psychoakustikparametern, sowie zwischen objektiven und subjektiven Ergebnissen ausgewertet. Dabei hat D2,s besser als T20 und T30 sowohl mit der subjektiven Wahrnehmung der akustischen Umgebung, als auch mit der subjektiven Abschätzung der Nachhallzeit korreliert. rD und rp hat in Bezug auf die Sprachverständlichkeit mit Stimmen und Lachen von Kollegen und mit der subjektiven Abschätzung der Sprachverständlichkeit korreliert. I ACC zeigte signifikante Korrelationen mit der binauralen Lautheit und mit der subjektiven Wahrnehmung von Stimmen und Lachen der Kollegen. Es wurden Korrelationen zwischen der Schärfe und der subjektiven Wahrnehmung festgestellt, sodass der Lärm verstärkt wahrgenommen wird, weil eine größere Schärfe normalerweise zu einer höheren Belästigung führt. Außerdem wurde nachgewiesen, dass objektive Parameter subjektiv bewertet werden konnten. Jedoch wurden die Lautheit bzw. die Sprachverständlichkeit der näheren Kollegen besser als die der Kollegen in weiterer Entfernung abgeschätzt. Bei ST I und Lautheit wurde ein signifikanter Unterschied zwischen den monauralen und binauralen Werten festgestellt und bei Schärfe jedoch keinen signifikanten Unterschied.

Phasenrekonstruktion und Gewichtung für gemittelte Kopfübertragungsfunktionen

Bachelorarbeit von Bechtel, Phillip
Betreuer: Bomhardt, Ramona

Um Personen einen räumlichen Klang über Kopfhörer präsentieren zu können, müssen zunächst die Außenohrübertragungsfunktionen (eng!. head related transfer function, HRTF) für jede gewünschte Position der virtuellen Schallquelle bestimmt werden. Diese HRTFs beschreiben den "IVeg des Schalls von einer Schallquelle bis zum Ohrkanaleingang und enthalten somit Informationen bezüglich der Position der Schallquelle, sowie der geometrischen Maße des Probanden, wie z.B. Schulter-, Kopf- und Ohrabmessungen. Da es jedoch zu aufwändig ist, für jede Person individuelle Messungen durchzuführen, wurde ein durchschnittlicher menschlicher Kopf, ein sogenannter Kunstkopf, entwickelt. Mit Hilfe dieses Kunstkopfes wird nun ein HRTF-Set gemessen und anschließend gefittet. Unter Fitten wird hier die Approximation einer Übertragungsfunktion aus Pol- und Nullstellen verstanden. Ein Vorteil des Fittens ist, dass ein HRTF-Set kompakter ist und somit der Speicheraufwand reduziert wird. Das Ziel des Fittens ist es, eine möglichst gute Approximation der gemessenen HRTF zu generieren, damit keine charakteristischen Merkmale der HRTF verloren gehen. Durch das Fitten eines an einem Kunstkopf aufgenommenem HRTF-Sets und die anschließende Verschiebung der Pol- bzw. Nullstellen verändert sich das HRTF-Set. Anhand dieser Verschiebung könnte eine Individualisierung des HRTF-Sets möglich sein. Dementsprechend wird versucht, die Anzahl der Pol- und Nullstellen gering zu halten, damit für eine mögliche Individualisierung nicht zu viele freie Parameter bestimmt werden müssen. Der in dieser Arbeit entwickelte Algorithmus unterteilt das betrachtete Frequenzband in kleinere Bereiche. Diese Bereiche werden anschließend gefittet und mit Hilfe von Bandpässen wieder zusammengefügt. Dadurch entstehen kleinere, voneinander unabhängige Lösungsvektoren. Um ein mit einem herkömmlichen Fitting Algorithmus vergleichbares Ergebnis zu erhalten, wird insgesamt etwa dieselbe Anzahl an Pol- und Nullstellen benötigt. Allgemein hängt die Anzahl von der gewünschten Qualität des Fits, sowie der Auflösung der gemessenen HRTF ab. Zur Evaluierung des entwickelten Algorithmus wurde die Variante mit einer Unterteilung in vier Frequenzbereiche mit einem herkömmlichen Algorithmus verglichen. Die Kriterien der Interauralen Zeit differenz (ITD), der Interauralen Pegeldifferenz (ILD) , monauraler Merkmale und der Spektralen Differenz wurden hierbei berücksichtigt. Die Resultate dieses Vergleichs zeigen, dass beide Algorithmen bei identischer Anzahl an Pol- und Nullstellen ähnliche Ergebnisse liefern. Wobei die gefitteten HRTFs des herkömmlichen Algorithmus in den tieferen Frequenzbereichen etwas bessere und die des neu entwickelten bei höheren Frequenzen bessere Resultate liefern. Somit wird die Phase bei höheren Frequenzen exakter rekonstruiert. Ii

Schätzung der richtungsabhängigen Reflexionsorte auf der Pinna mittels geometrisher Akustik

Bachelorarbeit von Biot, Jérome
Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Braren, Hark

Head-Related Transfer Functions, kurz HRTFs, beschreiben die richtungsabhängigen Eigenschaften des menschlichen Gehörs. Neben Oberkörper und Kopfgeometrie, spielen insbesondere die individuellen Ausprägungen des Außenohres/Ohrmuschel eine entscheidende Rolle für die spektralen Verfärbungen, die vom Gehirn zum Richtungshören verwendet werden. Mit Hilfe eines hochauflösenden 3D-Scanners (Artec Space Spider) lässt sich die Geometrie des Außenohres sehr genau abmessen und digitalisieren. In der Arbeit sollen 3D-Bilder von Probandenohren erfasst und an diesen die richtungsabhängigen Orte der ersten Reflexion auf der Pinna mit den Mitteln der geometrischen Akustik (Ray-Traycing) ermittelt werden. Aus den resultierenden Laufzeitdifferenzen am Gehörgangskanaleingang sollen die zu erwartenden Filtereffekte bestimmt und am Frequenzgang der zugehörigen HRTF validiert werden.

Sensitivity to changes in masker velocity in an Intelligibility task with virtual acoustics

Forschungsgebiet: Auditorische Szenenanalyse / Psychoakustik
Betreuer: Viveros, Rhoddy

Assess the main intelligibility indexes (Speech Reception Threshold (SRT) and Spatial Release from Masking (SRM)) for different masker(s) velocities in a listening-in-noise task and analyze how affect the comprehension capacity (how change SRT and SRM) when the masker(s) moves at different velocities. Listening test(s) is(are) necessary and Matlab knowledge. This theses can also be a mastertheses.

Simulative Untersuchung der Schallfelder eines Ringwandlers in der extrakorporalen Stopßwellenlithotrisie

Bachelorarbeit von Cilasun, Cem
Betreuer: Fels, Janina

Die zu Beginn der 1980er Jahre von der Firma Dornier fertig entwickelte extrakorporale Stoßwellen lithotripsie (ESWL) wurde nach dem ersten klinischen Einsatz zur Nierensteinzertrümmerung zur Methode der Wahl bei vielen Nieren- und Gallenstein Patienten. Die ESWL wird vor allem deshalb bevorzugt, da die Anwendung schmerzarm und nicht invasiv erfolgt. Bei ESWL werden außerhalb des Patientenkörpers Wellen erzeugt, die auf die anzuwendende Position innerhalb des Körpers gebündelt werden und durch additive Interferenz lokal hohe Druckwerte erreichen. Die Einleitung in den Patientenkörper durch die Haut erfolgt dabei ohne Verletzungen und weitgehend schmerzfrei. Mehrere Eigenschaften, wie Steinposition und -größe, beeinflussen dabei die Effizienz der besagten Behandlung. Für die Analyse und theoretische Beschreibung von ESWL ist die Druckverteilung im Fokus entscheidend. Bei der Zertrümmerung des Steins sind diverse Bruchmechanismen aktiv. Deren Ausprägung ist jedoch von der Druckverteilung im Fokus, der Steinposition und -größe abhängig. Zur Einstellung der Fokuszone und somit Steuerung der Druckverteilung in derselben, haben diverse Hersteller Lithotripter mit unterschiedlichen, jedoch fest definierten Betriebsmodi, produziert. Diese ermöglichen eine vordefin ierte Änderung des Fokusbereiches durch die Änderung der Betriebsspannung oder des Fokussierungsapparats. Die Fokuszone wird somit passend zur Behandlungsmethode gewählt [Suzuki et al. 2010]. Die Wahl des Betriebsmodus ist jedoch nicht ausreichend, um eine optimale Druckverteilung in der Fokuszone und somit eine optimale Behandlung des Patienten zu ermöglichen. Deshalb wird in diesem Gebiet weiter nach Möglichkeiten geforscht, eine steuerbare Quelle zu produzieren, mit der sich die Druckverteilung im Fokus beliebig variieren lässt. Die sich aktuell im Lehrstuhl befindende piezoelektrische Quelle besteht aus vier unterschiedlich ansteuerbaren Ringen. Durch unterschiedlich starke, oder zeitversetzte Ansteuerung der Ringe ist es möglich komplexe Druckverteilungsmuster zu erzeugen, die eine Anpassung an diverse Anwendungsfälle erlauben. Zur einfachen Eruierung unterschiedlicher Ansteuerungsstrategien bietet sich eine Simulation an, deren Ergebnisse daraufhin im Labor verifiziert werden. Das bestehende Modell dieser Quelle erfordert für diese Anwendung jedoch eine zu hohe Rechenzeit und liefert nu r unzureichend genaue Ergebnisse. Das Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Simulationsmodell weiterzuentwickeln und mit diesem, das Potenzial derselben zu untersuchen.

Spatial advantages in intelligibility for lineal moving masker(s) and listener self head movement with virtual acoustics

Forschungsgebiet: Auditorische Szenenanalyse / Psychoakustik
Betreuer: Viveros, Rhoddy

Assessment of the Intelligibility advantages in a listening-in-noise task under a lineal moving masker(s) paradigm. Is necessary the evaluation of the indexes “Speech Reception Threshold” and “Spatial Release from Masking” to assess how change the intelligibility under this paradigm, taken into account the complexity of a Signal to Noise Ratio not constant, changing each instant during the test. Moreover the listeners self head movements for each condition in the listening test need to be measure to know if there are benefits in the comprehension capacity because the free (natural) movements of the head. Listening test(s) is(are) necessary and Matlab knowledge.

Subjektiver Vergleich von gemessenen und individualisierten Außenohrübertragungsfunktio-nen bei binauraler Wiedergabe mit Attributen zur Beschreibung der Wahrnehmungsqualität

Masterarbeit von Heiser, Ben
Betreuer: Braren, Hark

Diese Arbeit verfolgt das Ziel, die Wahrnehmungsqualität von individuell gemessenen, geschätzten und generischen Außenohrübertragungsfunktionen (HRTFs) bei dynamischer binauraler Wiedergabe zu verleichen. Individuelle HRTFs werden zum einen mit einem HRTF Messsystem gemessen und zum anderen durch Individualisierung mittels Hauptkomponentenanalyse anhand der anthropometrischen Dimensionen von Kopf und Ohren erstellt. Beide individuellen HRTFs sowie die HRTF eines Kunstkopfes werden in einem subjektiven Vergleich mit einem Lautsprecher, welcher sich an der gleichen Stelle in der realen Welt befindet wie die virtuellen Quelle, als realer Referenz verglichen. Fünf Attribute zum Vergleichen der HRTFs werden benutzt: Elevation, Position Vorne/Hinten, Distanz, Quellbreite und Klangfarbe. Ein Hörtest mit 16 Probanden wurde durchgeführt um die Wahrnehmungsqualität anhand der Attribute zwischen den drei HRTFs und einer realen Quelle als Referenz zu vergleichen. Als Stimulus wird pinkes Rauschen verwendet welcher aus aus zwei verschiedenen Richtungen abgespielt wird. Die binaurale Wiedergabe erfolgt über Kopfhörer. Der Referenzstimulus wird über einen Lautsprecher abgespielt. Dies bedeutet, dass der Proband vor dem Anhören der Referenz den Kopfhörer ablegen muss. Insgesamt zeigte die Wahrnehmung mit der gemessenen HRTF die wenigsten Abweichungen im Vergleich zur Referenz während die Wahrnehmung mit der HRTF des Kunstkopfes am meisten von der Referenz abwich. Die Distanz zur Schallquelle wurde mit alles HRTFs unterschiedlich wahrgenommen.

Subjektiver Vergleich von gemessenen und individualisierten Außenohrübertragungsfunktionen bei binauraler Wiedergabe mit Attributen zur Beschreibung der Wahrnehmungsqualität

Bachelorarbeit von Heiser, Ben
Forschungsgebiet: Binauraltechnik / Psychoakustik
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit

In order to improve binaural reproduction, individual head-related trans- fer functions (HRTFs) are used. In this work, two existing methods of ac- quiring individual HRTFs are compared. Both methods are based on differ- ent strategies and require different hardware. HRTFs are measured using a loudspeaker array with interleaved sweeps as excitation. The second method applies individualization strategies. It consists of applying a principal com- ponent analysis on the data set from a three dimensional ear scan under consideration of anthropometric dimensions. A subjective comparison of the binaural reproduction will be done by using verbal descriptors of perceptual qualities. A listening experiment using dynamic binaural reproduction will be conducted to compare the perceptual qualities of both methods with real sources as reference.

Untersuchung akustischer Simulationen von realistischen Szenen für Hörgeschädigte

Masterarbeit von Stockmann, Anne
Forschungsgebiet: Technische Systeme für die HNO und Audiologie / Lärmforschung
Betreuer: Pausch, Florian / Peng, Zhao

Die Auralisation komplexer Alltagsumgebungen ist bereits seit einiger Zeit Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Die Anwendung solcher simulierten Umgebungen im Bereich der Medizinischen Akustik unter Einbeziehung der Raumakustik bringt einige Vorteile mit sich. Unter anderem können neu entwickelte Hörgeräte oder Hörgerätealgorithmen unter kontrollierten Bedingungen in realisti- schen Szenen evaluiert werden. Darüber hinaus könnten solche Simulationssysteme in Zukunft die individuelle Anpassung von Hörgeräten durch den Audiologen unterstützen. Am Institut für Techni- sche Akustik (ITA) der RWTH Aachen wird zurzeit ein Simulationssystem für virtuelle akustische Umgebungen (virtual acoustic environment,VAE) weiterentwickelt. Zur Wiedergabe einer virtuellen Szene über Hörgeräte wurde dieses System in jüngster Vergangenheit um die Forschungshörgeräte erweitert und in einer Hörkabine installiert. In naher Zukunft sollen mithilfe dieses Aufbaus Simu- lationen verschiedener Alltagsszenen für Hörgeräteträger, insbesondere für Schulkinder, realisiert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden akustische Simulationen von realistischen Szenen für Hörgeschädigte untersucht. Im ersten Teil dieser Arbeit liegt der Fokus deshalb auf der Messung und Analyse von raum- und psychoakustischen Parametern in Klassenzimmern, deren Ergebnisse später als Grundlage für eine Simulation solcher Umgebungen genutzt werden können. Diese Messungen wurden an einer Schule mit Förderschwerpunkt „Hören und Kommunikation“ im unbesetzten bzw. im besetzten Zustand während des Unterrichts und der Mittagspause durchgeführt und auf charakteristische Eigenschaften hin untersucht. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wird die Auralisationsumgebung anhand eines Hörversuchs mit normalhörenden Erwachsenen hinsichtlich der Lokalisation von virtuellen Schallquellen validiert und mit den Ergebnissen eines vorangehenden Lokalisationsversuchs mit anderen Wiedergabemethoden verglichen.

Untersuchung der Effekte von auditivem Training mit realistischer Akustik in der Virtuellen Realität

Masterarbeit von Ray, Alokeparna

A person’s ability to comprehend speech is vital for communication in social, educational, professional and cultural contexts. However, in most surroundings speech is masked by noises, which can distract listeners in comprehending speeches from the target speaker. In binaural hearing in adverse acoustics, spatial cues from the sound sources are important for speech recognition, by providing resources for listeners to distinguish target talker from distracting babble noises. The aim of this thesis is to develop a paradigm using realistic acoustic virtual reality to train individuals in using spatial cues under adverse acoustics. The training is conducted in a real-time virtual acoustic environment emulating a typical classroom learning scenario with a spatial release from masking task, in which spatial cues will be provided for speech recognition. Participants are trained in either anechoic or reverberant condition. To examine the training effect, assessment on speech reception thresholds are administered both before and after training.

Untersuchung des Einflusses von Peilbewegungen auf die menschliche Lokalisationsfähigkeit

Masterarbeit von Wang, Suliang
Betreuer: Fels, Janina / Richter, Jan-Gerrit

Menschen sind in der Lage, in einer komplexen akustischen Szene mit Hilfe von monauraleu und interauralen Merkmalen die Schallquellen zu lokalisieren. Die Merkmale werden von der Torso-, Kopf- und Ohrmuschelgeometrie erzeugt, welche einen frequenz- und richtungsabhangigen Einfiuss auf einen Stimulus haben. Zusatzlich werden durch Refiexion und Beugung verursachte Pegelunterschiede (ILD) auch Laufzeituuterschiede (ITD) zwischen den Oill·en ausgewertet. Dariiber hinaus lassen sich die interauralen Merkmale zu einem Filter zusammenfassen, der als kopfbezogene Ubertragungsfunktion (Head-related Transfer Functions, HRTFs) bezeichnet wird. HRTFs variieren stark von Mensch zu Mensch. In vielen Studien wurde erortert, dass die Lokalisationsgenauigkeit von Schallquellen nur begrenzt genau ist. Ein wichtiger Grund dafiir kann sein, dass die Versuchspersonen waill·end eines Versuchs eine starre Korper- und Kopfhaltung einnehmen miissen. In einem natiirlichen Umfeld ist diese Art von Lokalisation nicht realistisch, da Menschen instinktiv ihren Kopf bzw. Korper bewegen, urn die Lokalisation zu erleichtern. Wenn die Versuchsperson wahrend der Darbietung eines Stimulus ihren Kopf in Bezug zu der Schallquelle bewegt, so andern sich wahrend der Bewegung die rnonauralen und interauralen Merkmale des Stimulus an den Trommelfellen in einer spezifischer Art und Weise, was zusatzliche Hinweise auf die Position der Schallquelle Iiefern kann. Diese Art von Bewegung wird a1s Peilbewegung bezeichnet. In dieser Arbeit wird der Einfiuss der Peilbewegung auf die menschliche Lokalisationsfahigkeit irn Rahmen von zwei Lokalisationsversuchen mit realen Quellen und unterschiedlichen Nachfiihrungsmcthoden bzw. HRTF-Aufiosungen untersucht. Es ist den Probanden erlaubt, im ganzen Versuch ihren Kopf frei zu bewegen. Fiir die Nachfiihrung der Peilbewegungen werden sowohl individuelle, als auch Kunstkopf-HRTF verwendet. Die Lokalisationsgenauigkeit wird fiir reale Quellen sowie untcrschiedliche HRTF-Auflosungen und individuelle bzw. Kunstkopf-HRTF Datensatze ausgewertet und miteinander verglichen.

Untersuchung von binauraler Kopfhörerwiedergabe für medizinische Bildgebungsverfahren

Masterarbeit von Nguyen, Quoc-Viet
Betreuer: Fels, Janina / Richter, Jan-Gerrit

The binaural reproduction of sound signals has been studied vastly with regards towards plausibility and authenticity. In terms of the perception inside the brain, however, research has just recently started as brain analysis via fMRT needs high magnetic fields in order to track the region and magnitude of brain stimulation. Generating and sustaining these magnetic field creates unavoidable loud noises. Due to these constraints, audio systems used in such tests have to provide sufficient electromagnetic and acoustic shielding. Therefore, a trade-off between binaural reproduction quality and shielding is taking place in the development of these systems. The aim of this thesis is to analyse a proprietary headphone system with regards to its spatial reproduction capabilities and to conduct improvements on the headphone system with regards to binaural reproduction. To this end, two listening experiments are condncted. After the first experiment, the headphones were modified from a closed towards an open system. Apart from improvement in localisation properties, the modification was expected to change the frequency response of the headphones. The conducted experiments focused on the comparison of different binaural stimuli and were carried out by two independent test groups. All in all, 23 untrained subjects participated in the first experiment round with the unmodified headphones and were later compared to the performance of the 33 subjects in the second round. Additional measurements regarding the headphones' characteristics have been taken as well. The results showed a significant improvement in all tested spatial conditions.

Untersuchung zur Wahrnehmungsschwelle von Wandreflexionen unter Berücksichtigung der Wandposition und Ausrichtung in virtuellen Räumen

Bachelorarbeit von Schäfer, Johanna

Untersuchungen zu Peilbewegungen in Lokalisationsexperimenten mit verschiedenen dynamischen binauralen Wiedergabemethoden

Masterarbeit von Setzer, Dorothea
Forschungsgebiet: Auditorische Szenenanalyse / Binauraltechnik
Betreuer: Oberem, Josefa / Richter, Jan-Gerrit

In the context of binaural-listening paradigms to be rendered more realistic, previous studies have examined the influence of head-movements on the human capacity of sound localization. This thesis enhances static binaural reproduction by allowing for headmovements and with individually measured HRTF data and real-time head tracking permits a dynamic binaural reproduction of sound sources via headphones. Sound localization is evaluated for 20 subjects who were presented a set of sound sources at crucial positions as on and near to the median plane and on a Cone of Confusion. Head-movements, as well as error rate and reaction time are registered comparing the results for the individually measured HRTFs with a resolution of (5° x1°) , the non-individual HRTFs of (5° x1°) with and without interpolation each and a set of non-individual HRTFs of (1°x1°) in azimuth and elevation. The recently introduced technique of proximal pointing is used in order to obtain accurate results for pointing angles in the localization task.

Untersuchungen zum binauralen Sprachübertragungsindex in der Klassenraumakustik

Forschungsgebiet: Psychoakustik / Binauraltechnik
Betreuer: Loh, Karin

Lärmbelastungen in Bildungseinrichtungen werden heutzutage mit konventionellen und standardisierten Messmethoden erfasst und bewertet. Die dazu ermittelten Einzahlkennwerte, wie der A-bewertete Schalldruckpegel, können jedoch die Komplexität des Lärms und dessen Wahrnehmung nicht richtig wiederspiegeln. In der Psychoakustik und in der Raumakustik existieren bereits erste (binaurale) Modelle, die die Lärmwahrnehmung in geschlossenen Räumen genauer beschreiben sollen. Diese Modelle jedoch wurden mittels Forschungsergebnissen entwickelt, in denen Erwachsene die Basis der Untersuchungen darstellten. In Bezug auf Bildungseinrichtungen ist jedoch noch unbekannt, ob diese Modelle so auch für Kinder gültig sind, da diese nicht nur eine andere Körpergeometrie, sondern auch eine andere kognitive Wahrnehmung ihrer Umgebung haben. In dieser Arbeit sollen die Auswirkungen von verschieden Erfassungsmethoden des binauralen Sprachübertragungsindexes untersucht und mittels eines Hörexperiments ausgewertet werden.

Untersuchungen zum binauralen Sprachübertragungsindex in Klassenräumen

Bachelorarbeit von Wagener, Julia
Forschungsgebiet: Psychoakustik / Binauraltechnik

Wann das menschliche Gehör Schall als Lärm empfindet, ist sehr subjektiv. Schon von klein auf wird der Mensch jeden Tag durch laute Geräusche belastet. Die konventionellen und standardisierten (monauralen) Messmethoden können jedoch nicht deutlich zeigen, wie komplex Schall beziehungsweise Lärm vom Menschen wahrgenommen wird. Dafür wurden in der Psycho- und Raumakustik erste binaurale Modelle entwickelt, welche auf der Körpergeometrie und kognitiven Wahrnehmung von Erwachsenen basieren. Dabei ist noch unbekannt, ob diese Modelle auch für Kinder anwendbar sind, da sich die Physiologie und Wahrnehmung von der eines Erwachsenen unterscheidet. Auf diesem Gebiet wurden bereits erste Forschungen angestellt, die noch keine signifikanten Ergebnisse lieferten. In dieser Bachelorarbeit werden die Auswirkungen von verschiedenen Erfassungsmethoden auf den binauralen Sprachübertragungsindex mit Erwachsenen- und Kinderkunstköpfen untersucht. Dafür werden ein indirektes und ein direktes Messverfahren nach DIN 60268-16-2012-05 zur Messung des Speech Transmission Indexes (STI) verwendet. Das indirekte Verfahren beruht auf einer mathematischen Modifikation der Impulsantwort durch die Schroeder-Gleichung, mit der die Modulationsübertragungsfunktion (MTF) berechnet wird. Beim direkten Messverfahren andererseits, wird mithilfe eines auf geeignete Art und Weise modulierten Prüfsignals der STI gemessen. Die Einflüsse der beiden unterschiedlichen Empfänger in beiden Messmethoden werden in dieser Arbeit miteinander verglichen und die Vor- und Nachteile werden in Betrachtung des Arbeitsaufwandes und vor allem basierend auf Ergebnissen von binauralen Modellen aufgezeigt.

Untersuchungen zur Lärmbelastung in Bildungseinrichtungen mit gehörrichtigen Verfahren für Kinder im Vorschul- und Grundschulalter

Masterarbeit von Loh, Karin
Forschungsgebiet: Lärmforschung / Psychoakustik
Betreuer: Fels, Janina / Pausch, Florian

Lärmbelastungen in Kindergarten und Schule können einen gravierenden Einfluss auf die körperliche und geistige Entwicklung von Kindern haben. Zum einen können physische Probleme, wie Hörschädigungen entstehen und zum anderen können psychologische und entwicklungsbedingte Beeinträchtigungen entstehen, wie Konzentrationsprobleme und verschlechtertes Sprachverstehen. Heutzutage bestehen bereits anerkannte Mess- und Bewertungsverfahren, die zur Analyse der Lärmbelastung in Bildungseinrichtungen eingesetzt werden, um die Wirkung des Schalls auf den Menschen besser zu untersuchen. Soll aber die tatsächliche Lärmbelastung nicht bei Erwachsenen, sondern bei Kindern gemessen und bewertet werden, so ist derzeit unklar, ob die existierenden Verfahren überhaupt für Kinder gültig und richtig sind. In dieser Arbeit soll die Lärmexposition in Kindertagesstätten, Kindergärten und Grundschulen mit kindgerechten Verfahren analysiert werden.

Validierung eines Ellipsoid-Modells zur Individualisierung von beliebigen Außenohrimpulsantworten

Masterarbeit von Parvizian, Farzaneh
Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Bomhardt, Ramona

Different methods for calculating interaural time difference (ITD) were introduced by Woodworth, Kuhn, Aighazi, Duda and etc. Woodworth and Kuhn assumed the head as a sphere. Aighazi and Duda considered anthropometrical data for a spherical head model and an ellipsoid head model. A new method by Lins and Bomhardt is introduced where they combined the spherical approach with an ellipsoid model. The analytical ellipsoid method needs a listening test for the model's confirmation. The listening test focused on the adaptation of the ITD for localization in horizontal plane, so the influence of different head widths on the localization performance was examined. There are different methods of listening tests such as ABX method, Pointing method and Alternative Forced Choice (AFC) method. Pointing method and Alternative Forced Choice (AFC) method are used for ITD adaptation. The null hypothesis for the listening tests was whether the number of the correct answers for alltest subjects with different head sizes is equal. The first listening test is done by pointing method and AFC method as a pre - listening test tofigure out whether this method is a precise method for ITD adaptation or not. In this listening test the influence of different head widths is examined. A LED light is used to show the test subject that from which direction the sound should come. Because of the different head sizes which are tested here, the direction of the stimuli is changing for test subjects. The results of the listening test show that this method is not valid for ITD adaptation because each test subject has a different head width. The task was difficult and there was no correlation between the head sizes of the test subjects and any tested head width between (12-15.5) cm. The other method for the listening test is AFC method. Three listening tests were done where in the pt listening test the better ear of each test subject was examined. The 2nd listening test checked whether the test subjects can hear a difference between the original head width of the dummy head and the test subjects' head size measured by the caliper for different sound source positions. The 3rd listening test checked whether the test subjects can hear a difference between the original head width of the dummy head and the test subjects head size measured from the HRTF measurement for different sound source positions. According to the results of one way ANOVAs for this listening test, the null hypothesis is rejected. According to the results of the 2nd and the 3rd listening tests, the percentage of the correct answers for the measured head sizes by the caliper is higher than the percentage of the correct answers for the measured head sizes from the HRTF measurement. Therefore in the 2nd listening test the test subjects are able to detect the difference between the original head width of the dummy head and the test subjects' head size measured by the caliper. The percentage of the correct answers for test subjects with a head size of (12.5 -13.5) cm shows that this group of test subjects are able to detect the difference between the original head width of the dummy head and the test subjects' head size measured by the caliper or fram the HRTF measurement. The test subjects with bigger head sizes cannot detect the difference between the original head width of the dummy head and the test subjects' head size measured by the caliper or from the HRTF measurement.

Verfahren zur Bewertung von drehzahlabhängigen Geräuschen mit spektro-temporalen Mustern

Masterarbeit von Becker, Henri
Betreuer: Fels, Janina

Drehzahlabhangige Gerausche mit starker Modulation und auffrllligen zeitlichen Sh'ukturen

Wahrnehmung und Modellierung der Schärfe stationärer und instationärer Schalle

Masterarbeit von Tarasova, Valeria
Betreuer: Fels, Janina

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung unterschiedlicher Einflussfaktoren auf die Wahrnehmung der psychoakustischen GröBe Schärfe sowohl für stationare als auch für instationare Schalle. Die aktuellen Berechnungsmethoden der Scharfe berüicksichtigen nur die spektrale Zusammensetzung der Schalle und in dem Verfahren von Aures auch in geringemMaBe den Einfluss der Lautheit. Lm Rahmen dieser Arbeit werden Hörversuche durchgeführt, um quantitative Aussagen liber den Beitrag der Lautheit zur Scharfeempfindung zu erhalten. Bisher wurden in den untersuchungen zur Herleitung der Berechnungsverfahren überwiegend stationare synthetische Schalle, wie gefilterte Rauschsignale und Sinustöne, eingesetzt. Die Berechnungen mit den bestehenden Methoden wurden auch auf technische Schalle, die in der Regel nicht stationar sind angewendet und zeigten häufig gröBere Abweichungen zu Hörversuchsergebnissen. Mithilfe neuer Hörversuche wird sowohl der Einfluss der Lautheit als auch zeitlicher Strukturen auf die Scharfeempfindung systematisch untersucht. Die Erkenntnisse aus den Hörversuchen sollen als Grundlage für ein verbessertes Modell der Schärfewahrnehmung stationarer und instationärer Schalle dienen.

Zusammenführung von objektiven psychoakustischen Größen und subjektiver Wahrnehmung von Soundscapes in Aachen

Masterarbeit von Sethi, Anuj
Betreuer: Fels, Janina / Engel, Margret

Die in einem städtischen Umfeld vorhandenen Geräusche sind üblicherweise eine Mischung von erwünschten und nicht erwünschten Geräsuchen. Die menschliche Wahrnehmung dieser Umweltgeräusche helfen, die allgemeine Klangqualität der Umwelt zu bestimmen. Was aber kategorisiert Störgeräusche? Welche Lautheit ist eigentlich laut? Diese Fragen können nur durch die subjektive Beurteilung der Klangqualität dieser Umgebung beantwortet werden. Dies ist das Ziel dieser Masterarbeit. Dazu werden Soundwalks an drei verschiedenen Standorten in Aachen durchgeführt: Westpark, Theaterstrasse und Farwickpark-Stadtgarten. Die subjektive Analyse wird anhand von Fragebögen in Soundwalks mit freiwilligen Probanden durchgeführt und die objektive Analysen werden durch verschiedene akustische Parameter an den bestimmten Orten gemessen. Gleichzeitig werden einige meteorologische Messungen als Teil der objektiven Analyse hinzugezogen. Die objektiven psychoakustischen Parameter werden durch die Software "Artemis" und "ITA Toolbox" analysiert. Die Geräuschkulisse wird nicht nur durch Umfragen während der Soundwalks, sondern auch aus Umfragen in Hörversuchen mit Probanden, die nur die Hörwahrnehmung durch die Aufnahmen aus den Soundwalks präsentiert bekommen bewertet. Wichtige psychoakustische Parameter wie Lautheit, Schärfe, Rauhigkeit, Tonhaltigkeit und Schwankungsstärke werden zum Vergleich aus den Umfragen der beiden Gruppen untersucht. Diese Daten werden zusammengeführt, um das städtische Umfeld zu charakterisieren. "IBM SPSS ' wird für den Vergleich und die Analyse der Umfragen verwendet.