Abschluss- und Projektarbeiten

Das Fachgebiet bietet zahlreiche Themen für Bachelorarbeiten an. Aktuell ausgeschriebene Themen

Sie können sich auch mit einem eigenen Thema an unsere Mitarbeiter:innen wenden. Nachstehend sind im Fachgebiet abgeschlossene, betreute Abschlussarbeiten aufgelistet. In vielen Fällen sind die Themen immernoch relevant. Zögern Sie also nicht mit uns in Kontakt zu treten, wenn  Sie dort für Sie interessant Themen finden.

 
Abgeschlossene Bachelorarbeiten
Anzahl der Treffer: 127
Erstellt: Fri, 12 Apr 2024 23:03:04 +0200 in 0.0546 sec


Schwarze, Sebastian;
Entwicklung eines Modells zur Anwendung der räumlichen auditorischen Maskierung auf Spatial Room Impulse Responses. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Für die auditorische Wiedergabe von realen Räumen in Augmented- oder Mixed-Reality Anwendungen werden die akustischen Eigenschaften des Raumes, in dem sich der Anwender befindet, benötigt. Um solche komplexen Daten in Echtzeit rendern zu können, müssen diese vereinfacht und die Datenmenge reduziert werden. In dieser Arbeit wird ein Modell vorgestellt, dass die räumlich auditorischen Maskierung von frühen Reflexionen in Abhängigkeit der Einfallsrichtung und Pegel des Schallfeldes von gemessenen Spatial Room Impulse Response berechnet und die Datenmenge reduziert, ohne dabei die wahrgenommenen, akustischen Informationen des Raumes zu verlieren. Die Hauptfunktionen des Modells sind (i) Analyse von gemessenen Spatial Room Impulse Responses und Ermittlung der Einfallsrichtung der Energie des Schallfeldes, (ii) Detektion von Reflexionen in diesem Schallfeld, (iii) Berechnung der auditorischen Maskierung der frühen Reflexionen, (iv) Entfernen der irrelevanten Reflexionen für die akustische Wahrnehmung des Raumes und (v) Binauralisierung der reduzierten Spatial Room Impulse Response. Dabei basieren die Funktionen (i) und (v) auf der Arbeit von Sakari Tervo et al. «Spatial Decomposition Method for Room Impulse Responses» und (ii) bis (iv) auf der Arbeit von Brinkmann et al. «Towards encoding perceptually salient early reflections for parametric spatial audio rendering». In dieser Arbeit wurde eine Verbindung zwischen den beiden Modellen hergestellt, sodass gemessene Spatial Room Impulse Responses analysiert werden und frühe Reflexionen nach Wunsch entfernt werden können. Ebenso wurde in der Evaluation festgestellt, bis zu welchem Grad eine Reduzierung der frühen Reflexionen möglich ist, ohne hörbare Unterschiede festzustellen und welche akustischen Parameter durch die Entfernung der Reflexionen beeinflusst werden.



Krätzschmar, Marcel;
Ortung von Schallquellen mit Mikrofonarrays in Drohnenszenario. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Seit über einem Jahrzehnt wird daran geforscht, akustische Sensoren unter dem Einfluss von Drohnenschall für eine Schallortung nutzbar zu machen. Gerade im zivilen Bereich stoßen sogenannte Multikopter-Drohnen auf immer größere Beliebtheit, da sie für eine Vielzahl von Anwendungen Gebrauch finden. Die Mehrheit dieser Nutzungsmöglichkeiten stützt sich dabei auf bildgebende Sensorik, doch auch ein Einsatz schallmessender Verfahren kann in gewissen Situationen einen Vorteil bieten. So könnten sich beispielsweise in Notsituationen befindliche Personen unter Schutt befinden und somit eine direkte Sichtlinie verhindern. Gegenstand dieser Arbeit soll deshalb die Lokalisierung akustischer Quellen in einem Drohnenszenario sein. Hierfür werden in der Regel sogenannte Mikrofonarrays verwendet, die es mithilfe digitaler Signalverarbeitungsverfahren ermöglichen, den Schall aus gewählten Richtungen zu empfangen und ungewollte Einfallswinkel zu unterdrücken. Die für die Direction-of-Arrival Schätzung genutzten Algorithmen sollen im Fokus dieser Forschungsarbeit liegen. Die Mikrofone werden im genannten Kontext zwangsläufig von den starken Störeinflüssen der Drohne beeinträchtigt. Aufgabe der Signalverarbeitung in Kombination mit dem gewählten Mikrofonarray ist es, diese bestmöglich zu unterdrücken, um eine fehlerfreie Ortung zu gewährleisten. In dieser Arbeit wird ein aktueller Algorithmus mithilfe der Programmiersprache Python implementiert und in einem realistischen Anwendungsszenario messtechnisch evaluiert. Die Performance der gewählten Methode wird für mehrere Geräusche unter verschiedenen Bedingungen mit zwei Mikrofonarrays ermittelt. Es zeigt sich, dass eine Lokalisierung unter Drohnenschall generell möglich, jedoch stark abhängig von den Messbedingungen ist. Breitbandige Signale, wie beispielsweise das einer Kettensäge, konnten mit einem Signal-zu-Rausch Abstand von -20 dB selbst bei maximaler Beschleunigung der Drohne noch geortet werden. Spektral gebündeltere Schallereignisse, wie ein menschlicher Schrei, zeigten sich hingegen als problematisch bei der Ermittlung des Einfallswinkels.



Wahrnehmungsbewertung verschiedener akustischer Merkmale von Schallquellen mithilfe von Pupillometrie. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Das aktuelle Hauptziel der Audioforschung im Bereich Virtual-Reality und Augmented-Reality ist es, virtuelle Schallquellen und Räume möglichst real wirken zu lassen. Eine weit verbreitete Methode, um zu beurteilen, wie Audioszenen von einem Nutzer wahrgenommen werden, sind Hörtests. In diesen bewertet der Proband meist anhand eines Fragebogens das Gehörte. Da diese Art der Wahrnehmungsbewertung jedoch nicht immer zuverlässig ist, da sie nicht in Echtzeit stattfindet, soll eine bessere Methode durch Biosignalmessung - Pupillometrie - untersucht werden. Bei kognitiver Belastung kann eine geringe Erweiterung der Pupille festgestellt werden. Es gibt bereits einige Pupillometriestudien im auditiven Bereich, derzeit gibt es jedoch nur wenige Erkenntnisse darüber, wie die Pupillometrie für die Wahrnehmungsbewertung der Raumakustik und der entsprechenden Merkmale eingesetzt werden kann. Ziel dieser Arbeit ist es, hierfür ein Verständnis zu erlangen. Zu diesem Zweck wurde ein Tool für einen Hörtest entwickelt, welches ein Audiosetup mit einer Eyetrackingbrille verbindet. Im Rahmen einer Studie wurde untersucht, wie akustische Stimuli, die sich durch Parameter wie Lautstärke, Position oder Nachhall unterscheiden, mithilfe der biologischen Reaktion erfasst werden können. Allein durch die Studie dieser Arbeit lässt sich jedoch nicht beurteilen, ob die Pupillenmessung Fragebögen ersetzen kann. Allerdings ist bereits erkennbar, dass die Pupillometrie zur Wahrnehmungsbewertung und für die Erkennung von "Just Noticeable Differences" ungeeignet zu sein scheint, da die Dilationen zum einen nur sehr gering wären und zum anderen keine klaren Rückschlüsse auf die Ursache der Erweiterung geführt werden können. Um die Daten besser bewerten zu können, ist eine ausführlichere Studie nötig, in welcher die Fehler dieser berücksichtigt werden. Diese Arbeit zeigt, dass das entwickelte Tool funktionsfähig ist und als Basis für weitere Untersuchungen genutzt werden kann. Um möglichst real wirkende Schallquellen und Räume zu erschaffen, ist sie allein als Messgröße vermutlich nicht ausreichend. In Kombination mit Fragebögen oder anderen Biosignalen in Hörtests könnte sie jedoch Hilfsmittel dafür sein, um zuverlässige und aussagekräftige Ergebnisse zu liefern.



Edelmann, Niklas;
Schallführungsdesign für Piezo-Buzzer. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Simulation von Piezobuzzern unterschiedlichen Typs gemeinsam mit der verwendeten Schallführung und Ansteuerungsschaltung. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Piezobuzzer mit oder ohne Feedbackelektrode zu simulieren, darauf aufbauend eine auf maximalen Schalldruckpegel optimierte Schallführung zu entwerfen und letztendlich zu untersuchen, wie gut oft benutzte Methoden zur Schalldruckpegelmaximierung von Piezobuzzern geeignet sind. Dafür werden elektromechanische und elektroakustische Ersatzschaltbilder vorgestellt, deren Parameter berechnet und im Anschluss die Simulationen mit vorher durchgeführten Messungen verglichen. Anschließend wird auf Grundlage dieser Parameter eine Schallführung optimiert und deren Einfluss auf die elektrischen, mechanischen und akustischen Eigenschaften des Buzzers untersucht. Es wird weiterhin ein Ansatz vorgestellt, um den Schall möglichst effizient aus einem Gehäuse zu leiten, falls der Piezobuzzer nicht direkt an der Gehäuseoberseite angebracht werden kann. Ferner soll die beliebte und somit oft genutzte Hartley-Ansteuerungsschaltung auf ihre Eignung zum Betrieb eines Buzzers im Bereich des maximalen Schalldruckpegels untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen Simulationsmodelle der zwei gängigsten Buzzertypen, welche mit Messungen validiert werden. Auf Grundlage des Optimierungsskriptes wird eine auf maximalen Schalldruck optimierte Schallführung berechnet und der Einfluss von Schallführung und Ansteuerungsschaltung auf die Eigenschaften des Buzzers untersucht. Weiterhin wird erläutert, wieso die verwendete Hartley-Ansteuerungsschaltung für den Betrieb eines Piezobuzzers mit Feedbackelektrode im Bereich des maximalen Schalldruckpegels nicht geeignet ist. Um die Testumgebung zu vervollständigen und die Arbeit mit den Python-Skripten zu erleichtern, wird ein Graphical User Interface für die Schätzung und Optimierung, sowie eine ausführliche Benutzeroberfläche im Simulationsprogramm LTspice erstellt.



Untersuchung von Model-Fusion-Algorithmen für föderierte Audiodatenklassifikation. - Ilmenau. - 93 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Föderiertes Lernen ist ein neuer Ansatz im Bereich des maschinellen Lernens, der den Datenschutz gewährleistet, indem mehrere Geräte gemeinsam ein Modell erlernen, ohne lokale Daten auszutauschen. In dieser Arbeit werden verschiedene Fusionsalgorithmen zur Kombination von Modellen, die auf unterschiedlichen Geräten trainiert wurden, in einem einzigen globalen Modell untersucht. Dabei werden fünf Fusionsalgorithmen im Rahmen einer Datenklassifizierungsaufgabe bewertet: Federated Averaging (FedAvg), Federated Proximal (FedProx), Inverse Distance Aggregation (IDA), q-Fair Federated Averaging (qFedAvg), und Temporally Weighted Federated Averaging (TWFedAvg). Die Experimente berücksichtigen unterschiedliche Verteilungen von Kundendaten und verschiedene Grade von vergifteten Datendistributionen. Die Ergebnisse zeigen, dass FedAvg bei verschiedenen Datenverteilungen gute Leistungen erzielt, jedoch Schwierigkeiten hat, Probleme im Zusammenhang mit vergifteten Daten zu lösen. FedProx behandelt effektiv Probleme der Datenheterogenität und Systemheterogenität. IDA zeigt eine stabile Modellkonvergenz und hohe globale Modellgenauigkeit. qFedAvg verbessert die Leistung der schlechten performenden Geräte, sorgt für ein faireres Modell und kann unterschiedliche vergiftete Datendistributionen bewältigen. TWFedAvg ist sehr empfindlich gegenüber dem Rechenaufwand beim lokalen Lernen und weist eine schlechte Leistung in den Experimenten auf.



Braun, Florian;
Impact of privacy enhancement technologies for speech content on machine learning applications. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Da jedes Jahr mehr Vorschriften zum Thema Datenschutz erlassen werden und die Popularität moderner Ansätze des maschinellen Lernens (ML) in den meisten Bereichen rapide zunimmt, ist es von entscheidender Bedeutung, Lösungen zum Schutz der Privatsphäre und insbesondere der Privatsphäre von Sprachinhalten zu entwickeln, ohne die Leistung von maschinellen Lernverfahren mit berechtigtem Interesse stark zu beeinträchtigen. Ebenso wichtig ist es, das "richtige Werkzeug für die Aufgabe" zu wählen, d. h. die für eine bestimmte Situation am besten geeignete Privacy Enhancement Technology (PET). In dieser Arbeit schlagen wir ein neuartiges Evaluierungsprotokoll vor, mit dem der Einfluss von PET auf ein maschinelles Lernverfahren bewertet werden kann, während gleichzeitig die Verbesserungen der Privatsphäre sowohl in Bezug auf die Verschleierung von Inhalten als auch auf die Anonymisierung von Sprechern miteinbezogen werden. Um die Gültigkeit dieses Protokolls zu bewerten und zu zeigen, testeten wir zwei maschinelle Lernmodelle in Verbindung mit drei PET-Algorithmen. Anhand des vorgeschlagenen Protokolls konnten wir die Stärken und Schwächen der untersuchten PET-Algorithmen genau ermitteln und eine klare Empfehlung für verschiedene Anwendungsfälle aussprechen.



Ziener, Christian;
Untersuchung von Mikrofonsystemen zur Anwendung an Drohnenplattformen. - Ilmenau. - 93 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Drohnensysteme übernehmen bereits heute eine Vielzahl an Aufgaben auf unterschiedlichen Gebieten. Das Problem der zur Zeit eingesetzten Drohnensysteme ist deren nahezu ausschließlicher Einsatz zur Bildgebung, so verhindern z.B. nicht transparente Objekte eine Sichtung. Akustische Sensoren sind bisher noch nicht etabliert, da die Eigen- und Windgeräusche des Drohnensystems die Aufnahmen stören.Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung verschiedener Mikrofonsysteme an Drohnenplattformen. Der Fokus liegt hierbei auf der Erzeugung einer geeigneten Richtcharakteristik des Mikrofonarrays, um die Drohnen- und Windgeräusche möglichst stark zu unterdrücken. Zunächst werden die Anforderungen des Betriebs von einem Mikrofonarray und einem Beamforming-Algorithmus an einer Drohnenplattform erläutert. Ein mögliches Anwendungsszenario der Waldbrandfrüherkennung mit Drohne und Mikrofonsystem bildet hierbei einen Schwerpunkt. Das Mikrofonsystem soll eine möglichst gerichtetete Empfindlichkeit für Geräusche senkrecht unter dem Drohnenkorpus erzeugen, ohne den sicheren Betrieb der Drohne zu gefährden. Darauf aufbauend erfolgt die Auswahl eines uniformen Rechteck-, Ring-, archimedischen Spiral- und eines nicht-uniformen Rechteckarrays in Kombination mit einem Delay-and-Sum Beamformer für eine nähere Untersuchung. Die ausgewählten Mikrofonsysteme werden simuliert, realisiert und untersucht auf deren Fähigkeit, seitliche Störgeräusche unterdrücken zu können. Das archimedische Spiralarray erreicht hierbei einen größeren Signal-Rausch-Abstand als das nicht-uniforme Rechteckarray. Aus diesem Grund wird nur eine Anpassung des archimedischen Spiralarrays vorgenommen. Im Anschluss daran erfolgt die Messung der azimutalen Richtcharakteristiken der prototypischen Mikrofonsysteme. Das uniforme Rechteck- und Ringarray zeigen im Gegensatz zu den Ergebnissen der Simulation eine stärkere Richtwirkung nach vorn als nach hinten und eine niedrigere Empfindlichkeit zu den Seiten. Abschließend werden die Prototypen unterhalb einer betriebenen Drohne evaluiert. Diese Arbeit zeigt, dass ein uniformes Rechteck-, Ring- und archimedisches Spiralarray in Kombination mit einem Delay-and-Sum Beamformer die Geräusche einer Drohne im Leerlaufbetrieb tendenziell ausreichend zur Aufnahme von Bodenbrandgeräuschen unterdrücken können.



Hesse, Christoph;
Emulieren eines Kondensatormikrofons durch MEMS-Mikrofone. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

In dieser Arbeit wird die Emulation eines Kondensatormikrofons durch ein Array aus MEMS-Mikrofonen untersucht und teilweise durchgeführt. Verschiedene Vorbetrachtungen zu den Eigenschaften eines MEMS-Arrays, wie Amplitudengang, Signal-zu-Rausch-Verhältnis und Richtcharakteristik finden statt. Es wird mittels eines Python Skripts ein FIR-Filter zur Anpassung der Amplitudengänge entworfen. Ein einzelnes MEMS-Mikrofon und ein zu emulierendes Kondensatormikrofon werden in einem reflexionsarmen Raum vermessen. Diese Daten dienen als Eingabe beziehungsweise als Referenz f̈ ur die Ausgabewerte des FIR-Filters. Des Weiteren werden verschiedene Beampattern von grundlegenden Array-Geometrien emuliert.



Popp, Paul;
Extrapolation of microphone array recordings for arbitrary positions in the room. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Im Laufe des letzten Jahrzehnts hat das Interesse an virtueller bzw. erweiterter Realität (VR / AR) stark zugenommen. Für ein immersives Erlebnis ist es notwendig, virtuelle Schallquellen an beliebige Positionen im Raum platzieren zu können. Eine Möglichkeit zur Auralisierung von virtuellen Quellen ist es, Signale mit binauralen Raumimpulsantworten (BRIRs) zu falten und diese über Kopfhörer wiederzugeben. Die Aufnahme von BRIRs mit einem Kunstkopf zur Wiedergabe mit sechs Freiheitsgraden (6-DoF) über Kopfhörer führt zu einem hohen Aufwand, da für unterschiedlichste Kopfdrehungen und Positionen im Raum BRIRs gemessen werden müssen. Außerdem lassen sich vertikale Drehungen des Kopfes nur schwer damit umsetzen. Eine Möglichkeit, den Messaufwand zu reduzieren und Änderungen der Elevation zuzulassen, ist die Spatial Decomposition Method (SDM). Damit muss an jeder Position lediglich eine Messung durchgeführt werden. In der Vergangenheit wurde von Füg ein Algorithmus entwickelt, der Impulsantworten (IRs) so manipuliert, dass die Distanzwahrnehmung verändert wird. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen Algorithmus auf die SDM zu übertragen und zu erweitern, sodass Entfernungsänderungen auch für elevierte Quellen möglich sind. Dadurch muss nur noch eine Messung mit der SDM durchgeführt werden, um BRIRs für den gesamten Raum zu synthetisieren. Der entwickelte Algorithmus manipuliert systematisch die Anfangszeitlücke, die Direction-Of-Arrival Matrix und die Energie der IR. Die Evaluation erfolgt mithilfe von distanzabhängigen Raumakustikparametern sowie durch einen informellen subjektiven Wahrnehmungstest. Die Auswertung der Raumakustikparameter zeigt, dass gute Ergebnisse für Quellen erzielt werden, welche oberhalb oder in der Ebene des Empfängers liegen. Für Quellen unterhalb des Empfängers entstehen starke Abweichungen bei der Direct-to-Reverberant-Ratio (DRR). Hinsichtlich der subjektiven Wahrnehmung bleiben die Ergebnisse hinter den Erwartungen zurück. Die Richtungs- und Entfernungswahrnehmung der Synthese weicht nicht stark von den Messungen ab, aber die Klangfarbe der Synthese ist sehr deutlich verändert. Die Übertragung von Fügs Manipulationsalgorithmus auf die SDM ist nur teilweise gelungen bzw. untauglich für einen praktischen Einsatz. Anhand von weiteren zukünftigen Untersuchungen für andere Räume soll die Leistungsfähigkeit des Algorithmus verbessert werden.



Untersuchung zur Charakterisierung nichtlinearer Verzerrungen mittels verschiedener Messprozeduren. - Ilmenau. - 74 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022

Für die Qualitätsbewertung von Audiosystemen werden häufig nichtlineare Verzerrungen genutzt. Diese können mit einer Vielzahl von Methoden bestimmt werden. Die Auswahl der richtigen Messmethode ist ein grundlegendes Problem beim Vermessen von Systemen. Aus diesem Grund vergleicht die vorliegende Arbeit verschiedene Messmethoden zur Charakterisierung von nichtlinearen Verzerrungen. Für den Vergleich werden Methoden zur Bestimmung von THD, IMD, NCD und MTND betrachtet. Hierzu werden mehrere Messungen an verschiedenen Audiosystemen durchgeführt. Zudem wird die Reaktion der Messmethoden auf Parameterveränderungen in einem künstlichen System untersucht. In der Evaluation werden die Vor- und Nachteile der einzelnen Methoden aufgezeigt. Hierzu wird auch das Verhalten der Methoden bei schmalbandigen Verzerrungen und bei "Off-Axis"-Messungen betrachtet. Zudem werden die Verzerrungensangaben von Herstellern kritisch diskutiert. Zum Schluss wird eine Empfehlung für die Anwendungsgebiete der Methoden bzw. Kennzahlen gegeben.