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

Ansätze zur kontinuierlichen Erfassung von individuellen HRTF

Masterarbeit von Doma, Shaima
Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Richter, Jan-Gerrit

One approach to faster HRTF aquisition is the continuous rotation of either the subject of the measurement setup. This will introduce time variances in the measurement chain that need to be compensated. Different approaches are published and are subject to evaluation in this work

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.

Demonstrator für individualisiertes 3D-Audio

Forschungsgebiet: Binauraltechnik
Betreuer: Braren, Hark

Zur Erstellung von virtuellen akustischen Szenen werden für die korrekte Erzeugung und Wiedergabe der räumlichen Stimuli sogenannte Außenohrübertragungsfunktionen (engl. head-related transfer functions, HRTFs) verwendet. Diese sind jedoch individuell aufgrund der verschiedenen Kopf-, Torso-, und Ohrgeometrie sehr unterschiedlich. Um die Qualität der virtuellen akustische Szene zu verbessern, wurden am Lehr- und Forschungsgebiet für Medizinische Akustik Verfahren zur Individualisierung von HRTFs entwickelt. In diesen Verfahren werden statistische Zusammenhänge zwischen den Ohrgeometrien und Faktoren der HRTFs ausgenutzt um ein verbessertes 3D Hören zu ermöglichen. Mithilfe von 3D Scannern lassen sich solche Geometrien schnell und effizient erfassen und digital analysieren. Hierzu steht ein hochauflösender 3D Scanner (Artec Space Spider) zur Verfügung. In der Arbeit soll ein Demonstrationstool entwickelt werden, welches dem Anwender die Anpassung einer gegebenen HRTF anhand von anthropometrischen Parametern ermöglicht. Die Auswirkungen der Anpassung sollen an vorgefertigten akustischen Szenen direkt hörbar gemacht werden.

Einfluss des geglätteten Phasenspektrums von Außenohrübertragungsfunktionen auf die Lokalisation virtueller Schallquellen

Bachelorarbeit von Vollmer, Lukas
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.

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

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.

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.

Hörgeräte-Signalverarbeitung für ein Echtzeit-Auralisierungssystem

Masterarbeit von Tumbrägel, Jonas
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.

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 Reflektionsorte auf der Pinna

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.

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.

Untersuchung akustischer Simulationen von realistischen Szenen für Hörgeschädigte

Masterarbeit von Stockmann, Anne
Betreuer: Pausch, Florian / Peng, Zhao

Investigation of realistic acoustic scene simulation for people with hearing impairment

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 binauralen Parameter in der psychoakustischen Lärmforschung

Forschungsgebiet: Psychoakustik / Lärmforschung
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 Feldmessungen mit gehörrichtigen Verfahren in Bildungseinrichtungen durchgeführt und hinsichtlich raumakustischen und psychoakustischen Größen ausgewertet werden. Zudem sollen subjektive Daten mittels eines Fragebogens von Erwachsenen und Kinder gesammelt werden, um die objektiven binauralen Parameter in direkten Vergleich zu den subjektiven Daten zu setzen

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

Masterarbeit von Loh, Karin
Forschungsgebiet: Psychoakustik / Lärmforschung
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.