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Abschlussarbeiten

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Erstellt: Thu, 27 Feb 2020 23:02:49 +0100 in 0.0859 sec


Merten, Nils;
Gegenüberstellung verschiedener Algorithmen zur Erzeugung einer positionsdynamischen Binauralauralisation aus stark reduzierten Messdaten. - Ilmenau. - 52 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit Hilfe von Binauralsynthese ist es möglich, eine gemessene Hörumgebung mit guter Genauigkeit kopfhörerbasiert und in Echtzeit zu simulieren. Es existieren diverse Modelle, um die Ausbreitung von Schall in einem Raum zu simulieren. Dennoch ermöglichen Messungen, die mit Hilfe eines Kunstkopfes erfasst wurden, nach wie vor die präziseste Auralisation einer Hörumgebung. Um eine positionsdynamische Erkundung dieser Szene zu realisieren, ist eine hohe Anzahl der aufwändigen Messungen nötig, was für reale Anwendungen selten tragbar ist. Es ist folglich von größtem Interesse, die nötige Messdatendichte zu reduzieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es deshalb geeignete Algorithmen zur Auralisation einer Hörumgebung, aus stark reduzierten Messdaten, zu erforschen. Hierzu werden zunächst existierende Interpolationsalgorithmen verglichen und Anforderungen aus einer psychoakustischen Betrachtung des Problems abgeleitet. Anschließend wird ein eigenes System auf Basis von fünf austauschbaren Algorithmen entwickelt. Diese fünf Iterationen werden technisch auf ihr Vermögen geprüft, die frühen Reflexionen der realen Messdaten zu reproduzieren. Hierbei übertrifft keiner der getesteten Algorithmen messbar eine simple, lineare Interpolation. Die Messposition der Ausgangsdaten erweist sich als dominanter Einflussfaktor auf die Qualität der Approximation. Ein abschließender Hörtest erforscht die Konsequenzen der physikalischen Unterschiede der synthetisierten BRIRs auf die auditive Wahrnehmung. Es wird gezeigt, dass die Richtung der Schallquelle noch mit vergleichbarer Genauigkeit geortet werden kann, wenn Direktschall und frühe Reflexionen interpoliert werden. Alle Probanden empfanden die Szenen, deren frühe Reflexionen mittels linearer Interpolation im Zeit- oder Frequenzbereich berechnet wurden, als plausibel.



Häußler, Jonathan;
Automatische Erkennung der Raumgröße und -geometrie auf Basis binauraler Signale. - Ilmenau. - 51 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die Analyse der geometrischen Eigenschaften eines Raumes anhand von akustischen Aufnahmen ist für verschiedenste Anwendungen interessant. In dieser Arbeit wird untersucht, in wie weit sich Künstliche Neuronale Netze (KNNs) für eine solche Analyse eignen. Zuerst wird ein Überblick über Konzepte und Entwicklungen in der KNN-Forschung gegeben, anschließend wird das Erstellen und die Verarbeitung des verwendeten Datensatzes erläutert. Abschließend werden die Netzstrukturen der untersuchten KNNs sowie die Experimente beschrieben, die in dieser Arbeit durchgeführt wurden und die Ergebnisse ausgewertet.



Kamandi, Samaneh;
Perception of simplification of the room acoustics in dynamic binaural synthesis for listener translation. - Ilmenau. - 75 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die positionsdynamische binaurale Synthese kann verwendet werden, um virtuelle Audioobjekte in auditorischen Augmented-Reality-Szenarien plausibel zu auralisieren. Es ermöglicht dem Zuhörer, einen Raum zu Fuß zu erkunden. Die binauralen Raumimpulsantworten (BRIRs) des Hörbereichs werden für verschiedene Kopfausrichtungen an mehreren Positionen des Hörbereichs benötigt. Frühere Studien zur positionsdynamischen binauralen Synthese untersuchten eine systematische Vereinfachung der Daten zur Erstellung von BRIRs einer Linie in einem trockenen Raum, mit dem Ziel, den Messaufwand zu reduzieren und gleichzeitig die Menge der Datensätze zu reduzieren. Die BRIRs der gewünschten Positionen auf der Linie wurden durch Manipulation einiger Parameter synthetisiert, die sich auf die Akustik des Raumes und die Empfindlichkeit des menschlichen Hörsystems für die Übersetzung durch den Hörer beziehen. Einige Qualitätsmerkmale wie Externalisierung, Eindruck des Gehens zur Schallquelle und Plausibilität virtueller Schallquellen wurden in binauralen Hörtests untersucht. Da das Niveau des Nachhalles im Labor in der vorangegangenen Studie gering war, konnte das Ergebnis des Hörerlebnisses den Einfluss der Reflexionsmuster nicht finden. Allerdings führte die Beseitigung des Nachhallens zu einer schlechteren Plausibilität. Diese Arbeit untersucht die mögliche Manipulation von Parametern in Bezug auf die Messdaten eines halligeren Raumes. Die Wirkung des Nachhallens in einem positionsdynamischen binauralen Synthesesystem wird untersucht, basierend auf psychoakustischen Überlegungen zur Lokalisierung und Externalisierung in einem halligeren Raum. Neun Filtersätze werden mit drei Manipulationsalgorithmen erzeugt, um die Auswirkungen der Parametrisierung in Signalen mit mehr Reflexionsenergie zu untersuchen. In einem Hörtest werden die resultierenden BRIR-Sätze verschiedener Algorithmen ausgewertet. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Anwendung eines konstanten Reflexionsmusters auf alle Positionen keine Veränderung der Plausibilität und Externalität ergibt als der ursprüngliche Messdatensatz. Nämlich, die Energie des Nachhall-Musters in BRIRs der Referenzposition und des Manipulationsalgorithmus beeinflussen die Plausiibilität und Externalität. Filtersätze mit einem konstanten Reflexionsmuster mit höherer Energie im Vergleich zu anderen Positionen der Leitung werden im Prüfraum authentischer wahrgenommen als solche mit unveränderlichem Hallmuster mit geringerer Energie.



Entwicklung eines Simulationsmodells zur akustischen Lautsprechervermessung eines Mehrwege-Lautsprechersystems. - Ilmenau. - 63 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Simulationsmodells bzw. Prädiktionsmodells, welches den Amplitudenfrequenzgang eines Mehrwege-Lautsprechersytems im akustischen Fernfeld basierend auf den im Nahfeld gemessenen Amplitudenfrequenzgängen der einzelnen Lautsprecherkomponenten prädiziert. Hierfür wurden vier Mehrwege-Lautsprechersysteme in unterschiedlichen Abständen akustisch vermessen. Es wurden verschiedene Prädiktionsansätze untersucht und auf die Nahfeldmessungen angewendet. Die Prädiktionsergebnisse wurden mit real gemessenen Frequenzgängen verglichen und somit evaluiert. Es konnte gezeigt werden, dass die Prädiktion für einen Frequenzbereich von 20 Hz bis 3 kHz möglich ist und bei den drei untersuchten Standlautsprechern im Durchschnitt nur um 0,5 dB von der Realmessung abweicht. Hierbei wurde der Ansatz nach Struck und Temme um eine Korrekturfunktion erweitert. Der untersuchte Kompaktlautsprecher Smart Soundbox 3 zeigte eine durchschnittliche Abweichung der Prädiktion von der Realmessung von 2,8 dB. Für Frequenzen oberhalb von 3 kHz ist eine Prädiktion auf Basis nach Struck und Temme aufgrund des Zusammenhangs zwischen Wellenlänge und Schallwandabmessungen nicht möglich. Ebenfalls wird in dieser Arbeit gezeigt das eine Prädiktion des Hochtonbereichs mithilfe des logarithmischen Abstandsgesetzes aufgrund der Limitierung im Grenzbereich des Abstandsgesetzes nicht möglich ist.



Surdu, Ileana-Tatiana;
Evaluation of the perceptual mixing time for dynamic binaural synthesis in small rooms for interactive position changes. - Ilmenau. - 63 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Das Ziel der heutigen Audiotechnologien ist es, die menschliche Fähigkeit des 3D-Hörens nachzubilden. Für so einen Prozess werden leistungsfähige Mittel für die Signalaufnahme, -verarbeitung und -wiedergabe benötigt. Die oben genannten Prozesse können mit Hilfe der Binauralsynthese durchgeführt werden. Das Schlüsselelement des Verfahrens ist die binaurale Raumimpulsantwort(BRIR). Die BRIR ist eine spezifische Art von Impulsantwort die enthält Informationen zu dem Raum als auch zu dem Empfänger. Für die finale virtuelle Audioszene wird die BRIR mit einem echofreien, mono Audiosignal gefaltet. Je nach der ermöglichten Bewegungsfreiheit für den Nutzer, die benötigte Datenmenge erhöht sich dementsprechend. Eine Datenkompressionmöglichkeit ergibt sich aus dem Verlust der Raumorientierung in einem diffusen Schallfeld. Der Zeitpunkt zwischen den frühen und späten Reflexionen wird als "Mixing Time" bezeichnet. Ein genereller Mixing-Time-Wert für den gesamten Raum würde zu dem Ersetzen von späten BRIR Anteilen mit einer Konstante führen. Eine optimale Zusammenstellung von BRIR-Komponenten wird zu einer effizienten und unschädlichen Datenminimierung führen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, zu untersuchen, ab welcher Mixing-Time und unter welchen Umständen die Rauminformationen des diffusen Anteils einer binauralen Raumimpulsantwort (BRIR) vernachlässigbar werden. Hierzu wurden die diffusen Anteile der BRIRs nach verschiedenen Mixing-Time-Werten untereinander ersetzt, während der Direktschall sowie eventuelle frühe Reflexionen nicht verändert wurden. Als Datengrundlage wurden BRIRs aus zwei unterschiedlichen Raumpositionsmessungen verwendet, angeregt von einer Schallquelle platziert jeweils in zwei verschiedene Positionen. Zur Evaluierung wurde ein Hörtest mit einer statischen Binauralsynthese durchgeführt mit erfahrenen Probanden. Eine globale Analyse der Ergebnisse zeigt eine deutliche Abhängigkeit zwischen der räumliche Orientierung und der relativen Positionierung von Sender und Empfänger. Für die Probanden war eine Raumorientierung für große Entfernungen trotz später Konkatenationszeiten möglich. Die BRIR-Kombination unterschiedlicher Empfänger- und Schallquelleposition zeigte sich als nicht effizient für eine mögliche Datenkompression. Für die Nachhallphase wurde eine Anfangszeit von mindestens 75 ms als notwendig ermittelt.



Müller, Clemens;
Entwicklung und Evaluierung von Methoden zur Synthese von binauralen Raumimpulsantworten zur Abbildung neuer Quellpositionen. - Ilmenau. - 58 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

In dieser Bachelorarbeit sollen Methoden zur Synthese von binauralen Raumimpulsantworten mit neuen Quellpositionen entwickelt und evaluiert werden. Als Grundlage wurde die Arbeit von Christina Mittag verwendet. Sie hatte 2012 drei Algorithmen zur Synthese von binauralen Raumimpulsantworten mit neuen Hörerpositionen entwickelt und evaluiert. Diese werden so angepasst, dass eine Synthese neuer Quellpositionen möglich ist. Für die Erstellung und Bewertung der neuen Algorithmen werden binaurale Raumimpulsantworten von sechs kreisförmig angeordneten Lautsprechern verwendet. Diese Aufnahmen entstanden während eines früheren Medienprojekts im Medienlabor 2 der Technischen Universität Ilmenau. Die Evaluation erfolgt zuerst anhand der technischen Kriterien Nachhallzeit (T60), Direktschallenergie-zu-Nachhallenergie Verhältnis (DRR), Deutlichkeitsmaß (C50) und Klarheitsmaß (C80). Anschließend wird die perzeptive Evaluation mithilfe eines Hörtest durchgeführt und ausgewertet, um die Ergebnisse der beiden Evaluationen vergleichen zu können. Zu diesem Zweck wird ein Hörtest durchgeführt in dem die Probanden gebeten werden Externalität der Synthese sowie die allg. Unterschiede, die Distanzunterschiede und die Richtungsunterschiede zwischen der Referenz und der Synthese zu bewerten. Nach dem Vergleich beider Evaluationen lässt sich sagen, dass die Synthese aus einer Messung in bestimmten Grenzen annähernd fehlerfrei verläuft. Dieselbe Aussage lässt sich auch für die Synthese aus mehreren interpolierten Messungen treffen.



Nasrollahnejad, Afrooz;
Evaluating plausibility of interactive virtual acoustic environments for headphone reproduction. - Ilmenau. - 141 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

IIn der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges Verfahren vorgeschlagen, um die Plausibilität einer interaktiven virtuellen akustischen Umgebung für die Wiedergabe von Kopfhörern auszuwerten. Die bestehenden Verfahren in der Literatur berücksichtigen oft nicht die Erwartungen des Hörenden und ihre früheren Erfahrungen. Diejenigen, die dies tun, unterliegen Nachteile, wie Mehrdeutigkeit, Unklarheit und Fehlinterpretation. Dies kann das Ergebnis der Verwendung von Vokabeln sein, die im Wesentlichen nicht was mit Plausibilität gemeint ist. Außerdem scheint entweder die Verwendung von vordefinierten akustischen Eigenschaften oder ja/nein-Paradigmen, nicht vielversprechende Methoden zu sein. In dieser Arbeit wird ein Hörtest durchgeführt, bei dem die Erwartungen des Hörenden erfasst werden, bevor der Test beginnt. Alle Szenen und Testversuche werden dann von den Zuhörern beurteilt und auf Grund ihrer initial aufgezeichneten Erwartungen bewertet. Inzwischen wird die Dauerhaftigkeit der Erwartungen während des Tests beobachtet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Lenken der Aufmerksamkeit der Teilnehmer auf ihre Erwartungen und inneren Referenzen auch für dieselben Szenarien zu einer gleichgültigen Plausibilitätsbeurteilung fuhren kann. Des Weiteren wird es beobachtet, dass Menschen trotz ihrer fehlerhaften Erwartungen, ihre Erwartungen festhalten wollen. Schließlich kann man sagen, dass diese Studie nachweisen kann, warum Ja / Nein-Test oder ein vordefinierter Merkmalstest keine geeigneten Verfahren zur Bewertung Plausibilität sind. Darüber hinaus kann diese Arbeit ein Sprung als die geeigneten Methoden zur Beurteilung der Plausibilität sein.



Stolz, Georg;
Untersuchung zu den meteorologischen Einflüssen auf die Schallmesstechnik. - Ilmenau. - 54 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die Bekämpfung von Lärm ist ein wichtiger Teil des Umweltschutzes. Um Lärm effektiv zu mindern, ist es wichtig zu wissen, wo er entsteht und wie er sich durch die Luft ausbreitet. Im ersten Teil dieser Arbeit werden daher die meteorologischen Einflüsse auf die Schallausbreitung wie Wind, Temperatur und Luftfeuchte erörtert und Verfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung dieser Einflüsse vorgestellt. Um den Schallpegel in Abhängigkeit von der Schalleinfallsrichtung zu ermitteln wird außerdem ein Beamforming-Algorithmus für drei in einem gleichseitigen Dreieck angeordnete Mikrofone ausgearbeitet. Basierend auf diesen Grundlagen werden Programme zur Berechnung des Absorptionskoeffizienten der Luft und zur Bestimmung der qualitativen Bedingungen für die Schallausbreitung unter der Einbeziehung meteorologischer Daten entwickelt. Der Beamformer wird ebenfalls implementiert und getestet.



Götz, Georg;
Simplified image-source modelling for dynamic rendering of virtual acoustics. - Ilmenau. - 101 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit Hilfe von Computersimulationen ist es möglich, die Akustik von Räumen zu simulieren und darin befindliche Schallquellen in Virtual Reality Szenarien über Kopfhörer oder Lautsprechersysteme hörbar zu machen. Das Spiegelschallquellenverfahren ist dabei eine Herangehensweise zur Simulation von gerichteten Reflexionen, weshalb sich die Methode besonders zur Modellierung von frühen Reflexionen eignet. In einem Raumsimulationssystem kann man daher mit dem Spiegelschallquellenverfahren einzelne akustische Pfade beschreiben. Mit geeigneten Filtern kann dabei zusätzlich die Richtcharakteristik der Schallquelle und die Schallabsorption an den jeweiligen Raumoberflächen reproduziert werden. Besonders für komplexe Szenen und Raumgeometrien sowie für die Beschreibung von akustischen Pfaden mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Reflexionen über verschiedene Oberflächen steigt die Anzahl der für die Auralisation benötigten Filteroperationen beträchtlich. Dies stellt eine kritische Hürde für die Echtzeitfähigkeit eines solchen Raumsimulations- und Auralisationssystems dar. Diese Arbeit untersucht deshalb das Einsparungspotential an benötigter Rechenleistung bei einer Auralisation mit dem Spiegelschallquellenverfahren und stellt dabei zwei Vereinfachungsmöglichkeiten vor, die eine erhebliche Reduktion der benötigten Filteroperationen ermöglichen. Zum einen kann dies durch eine Abtastung der Schallquellenrichtcharakteristik an wenigen, dünn besetzen Stützpunkten mit anschließender Interpolation erreicht werden. Zum anderen, können akustische Pfade für mehrere Hörpositionen zusammengefasst werden um Absorptionsfilter einzusparen. Beide Vereinfachungen werden in dieser Arbeit anhand von technischen Kriterien evaluiert. Die Untersuchungen legen nahe, dass die Anzahl der benötigten Filteroperationen beträchtlich reduziert werden kann ohne dabei erhebliche technische Fehler im Vergleich zu der traditionellen Auralisation einzuführen. Ein Hörtest untersucht weiterhin die perzeptiven Auswirkungen einer der beiden vorgestellten Vereinfachungen. Die Ergebnisse des Hörtests zeigen, dass eine Vereinfachung der Schallquellenrichtcharakteristik die Plausibilität der Auralisation nur geringfügig verschlechtert.



Möller, Fabian;
Design eines Ohrhörer-Gehäuses für MEMS-Lautsprecher. - Ilmenau. - 66 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Simulation von miniaturisierten Schallführungen mit Hilfe von elektroakustischen Ersatzschaltbildern. Ziel der Simulationen ist es einen In-Ear-Kopfhörer-Gehäuseentwurf für einen piezoelektrischen MEMSLautsprecher zu entwickeln, der die Resonanzfrequenz desMEMS-Lautsprechers dämpft und somit den notwendigen Einsatz digitaler Filter reduziert. Dafür werden verschiedene miniaturisierte Schallführungskonzepte einzeln betrachtet und analysiert und auf Basis dieser Erkenntnisse ein In-Ear-Kopfhörer-Modell erstellt. Dieses Modell wird den Anforderungen der Problemstellung gerecht und bietet dabei noch die Möglichkeit von kompakten Gehäuseabmessungen. Abschließend wurde eine Evaluierung durchgeführt um darauf aufbauend einen Ausblick auf weitere Schallführungskonzepte und eine höhere Simulationsgenauigkeit geben zu können.