Wahrnehmung der eigenen Hörposition im Raum nach einer Bewegung. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der Fragestellung, ob es durch rein akustische Informationen möglich ist, die eigene Position in einem Raum zu ermitteln. In einer früheren Arbeit wurde dies bereits für Aufnahmen ohne Bewegung untersucht. Ziel der gegenwärtigen Arbeit war die Überprüfung der Verbesserungsmöglichkeiten der Positionserkennung durch Bewegungen während der Aufnahme im Raum. Es wurde ein Überblick über die physikalischen Grundlagen der Schallausbreitung von der Quelle bis zum Hörer, ihrer Wahrnehmung und Lokalisierung gegeben. Zu Beginn wurden Aufnahmen mit In-Ear-Mikrofonen in einem Raum ohne und mit Translations- und Rotationsbewegungen durchgeführt. Aus diesen Aufnahmen wurde ein Hörtest für die Positionserkennung in einer virtuellen akustischen Umgebung angefertigt. Die erhobenen Daten dieses Hörtests und der anschließend durchgeführten Leitfrageninterviews wurden analysiert und interpretiert.
Development and evaluation of filters in order to compensate a surface on back side integrated micro-loudspeakers of a mobile device. - 85 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016
Die Wiedergabe von Audioinhalten über die Lautsprecher von mobilen Geräten, wie Smartphones und Tablets, unterliegt einer Vielzahl von klangbeeinträchtigenden Einschränkungen und Bedingungen. Oft werden die Lautsprecher in die Geräterückseite verbaut und auf spezifische Wiedergabebedingungen abgestimmt. Wird das Gerät auf einer Oberfläche platziert, verändern sich diese Wiedergabebedingungen und damit auch der Klang. Ursache hierfür sind unter anderem Reflexions- und Körperschalleffekte. Subjektiv ist besonders eine Veränderung der Klangfarbe wahrnehmbar. Ziel der Arbeit ist es, die hervorgerufene Klangveränderung zu analysieren und zu vermindern. Dafür wurde ein Verfahren entwickelt, das den Klang auf eine gegebene statische Wiedergabebedingung anpasst. Dieser Algorithmus besteht aus digitalen Filtern, die auf der Grundlage einer gerätespezifischen Messanalyse entwickelt wurden. Die Filter wurden in einem Hörtest direkt am Gerät in der Wiedergabebedingung evaluiert. Dabei wurde herausgefunden, dass die Filter den hörbaren Oberflächeneinfluss deutlich reduzieren.
http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/847294609graeb.txt
Automatische Analyse und Klassifizierung von Audiodaten anhand von Tonartverläufen. - 60 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit dem Thema der automatischen Analyse von Audiodaten. Anhand lokaler Tonartänderungen soll eine Segmentierung von Musiksignalen realisiert werden. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob sich Tonartverläufe als Kriterium zur stilistischen Klassifizierung der Audiodaten eignen. Dabei wird die tonale Segmentierung zunächst separat und anschließend auch in Verbindung mit der stilistischen Klassifizierung betrachtet. Zur Umsetzung der automatischen Segmentierung wird ein Merkmal zur Beschreibung des lokalen tonalen Inhaltes von Musiksignalen vorgestellt. Anschließend werden drei verschiedene Verfahren zur automatischen Detektion von Segmentgrenzen mit Hilfe eines Datensatzes aus 30 Pop-Songs evaluiert und verglichen. Für die stilistische Klassifizierung werden Merkmale zur Beschreibung der Art und Häufigkeit auftretender Modulationen in einem Musikstück eingeührt. Diese Merkmale werden einzeln, in Kombination und ergänzt durch weitere Audiofeatures zu zwei Szenarien einer stilistischen Klassifizierung herangezogen: (1) zur historischen Einordnung klassischer Kompositionen in die vier Epochen Barock, Klassik, Romantik und Moderne; (2) zur Identifizierung abendändischer Komponisten. Dafür wird im ersten Szenario ein Datensatz aus 1600 Kompositionen (400 Werke pro Epoche) zur Evaluierung verwendet. Das zweite Szenario wird auf einem Datensatz aus insgesamt 1100 Musikstücken von elf verschiedenen Komponisten (100 Werke pro Komponist) evaluiert.
Untersuchungen zum Einsatz von Schallführungen bei MEMS-Lautsprechern. - 67 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die Nachfrage nach Mobilgeräten wie Smartphones oder Tablets mit einem flachen Gehäuse sowie der wachsende Anspruch an die akustische Leistungsfähigkeit dieser Geräte erfordern den Einsatz neuer Lautsprechertechnologien. Aus dem Bereich der Elektroakustik ist bereits bekannt, dass sich das Abstrahlverhalten eines Lautsprechers durch konstruktive Maßnahmen der Schallführung beeinflussen bzw. verbessern lässt. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Frage, ob sich diese Formen der Schallführung soweit miniaturisieren lassen, dass sie in Verbindung mit Lautsprechern auf Basis mikroelektromechanischer Systeme verwendet werden können. Zu diesem Zweck wurde die Auswirkung der Miniaturisierung auf das Resonanzverhalten von Helmholtz-Resonatoren sowie auch auf das Abstrahlverhalten von Schalltrichtern untersucht. Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass mit zunehmender Verkleinerung des nach Herrmann von Helmholtz benannten Resonators, die Berechnungsvorschrift zur Ermittlung der Resonanzfrequenz stark von den Simulationsergebnissen abweicht und daher nicht mehr verwendet werden kann. Diese Abweichung lässt sich durch die Effekte an Grenzschichten erklären, welche auch die Effizienz miniaturisierter Resonatoren stark beeinflussen. Eine Verwendung miniaturisierter Resonatoren in Verbindung mit diesen Kleinstlautsprechern ist dennoch möglich. Die Berechnungs- und Simulationsergebnisse haben darüber hinaus gezeigt, dass der Einsatz von Schalltrichtern für diese Lautsprecher aufgrund der kleinen Membranfläche prinzipiell auch möglich ist. Für die Ausnutzung der erwarteten leistungssteigernden Effekte des Schalltrichters sind jedoch Abmessungen des Trichters nötig, die eine Umsetzung in Verbindung mit diesen Lautsprechern aus praktischer Sicht beinahe unmöglich machen.
Entwicklung eines Verfahrens zur automatischen Transkription von Walking Bass-Linien aus kommerziellen Jazzaufnahmen. - 57 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Durch die rasante Entwicklung der digitalen Medien, vor allem von digitalem Audiomaterial, wird derzeit an innovativen Technologien für Music Information Retrieval (MIR) geforscht. Im Feld der automatischen Transkription ist es das Ziel dieser Arbeit, ein spezielles Verfahren der Bass-Transkription aus Chroma-Features, mit Einschränkung auf den Walking Bass, zu erstellen. Dabei sollen unterschiedliche Vor- und Nachverarbeitungsschritte sowie Chromaverfahren genutzt und verglichen werden. Im ersten Teil werden ein Tiefpass-Filter und ein Harmonic/Percussion-Filter implementiert und auf verschiedene Chromaverfahren wie Non-negative Least Squares (NNLS), Chroma Pitch (CP), Chroma Log Pitch (CLP), Chroma Energy Normalized Statistics (CENS), oder Chroma DCT-Reduced Log Pitch (CRP) angewendet. Es wird untersucht inwieweit sich diese Methoden für eine Bass-Transkription eignen und welche das beste Ergebnis liefert. Dabei zeigt sich, dass das NNLS-Verfahren in Kombination mit einem Tiefpass-Filter die beste Erkennungsrate von 72 % erzielt, wobei dies einem Verfahren aus dem Stand der Technik entspricht. Ein Harmonic/Percussion-Filter zeigte keinen positiven Einfluss auf die Erkennungsrate. Im zweiten Teil wird durch eine Implementierung des Viterbi-Algorithmus der wahrscheinlichste Melodieverlauf, aufgrund einer statistischen Analyse der Intervallsprünge von Walking Bass-Linien bestimmt. Dabei wird als Grundlage das beste Verfahren des vorherigen Abschnitts genutzt, um eine Optimierung zu erzielen. Es stellt sich jedoch heraus, dass mit diesem Verfahren keine Verbesserung festzustellen ist. Zuletzt werden bei den Chromaverfahren die Fenstergrößen die für die Berechnungen ausschlaggebend sind variiert. Hierbei wird untersucht, welche Parameter für eine Bass-Transkription geeignet sind. Es zeigt sich, dass sich eine Blockgröße von 8192 Samples (0.18 sec) und eine Hopsize von 512 (0.01 sec) bis 2048 Samples (0.05 sec) sich ideal für eine Bass-Transkription eignen.
Identifikation relevanter Parameter zur Orientierung in einer virtuellen auditiven Szene. - 62 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Diese Bachelorarbeit untersucht eine Methode, mittels derer, eine virtuelle akustische Umgebung erstellt werden kann (virtual acoustic environment - VAE). Diese wird mit In Ear Mikrofonen erzeugt, während einer Bewegung im Raum. Es soll geprüft werden, wie detailliert dieses Vorgehen in der Akustik simuliert werden muss, um den Hörer eine auditive Orientierung zu ermöglichen. Dazu wurde an der TU Ilmenau ein geeigneter Seminarraum gewählt, in welchem die Bewegungsabläufe, für den Hörer, aufgezeichnet wurden. Durch ein variieren der Lautsprecherpositionen und das verwenden verschiedener Geräusche, wurden unterschiedliche binaurale Aufnahmen, angefertigt. In einem anschließendem Hörtest, wurde anhand von drei Aufgaben, die VAE untersucht. Hierbei wurden, in einer quantitativen Befragung, die Eindrücke der Hörer erfasst. Des Weiteren wurden die auditiven Parameter, welche die Erzeugung der VAE beeinflussten, untersucht. Es stellte sich heraus, dass die individuelle Kopfform der Aufnahmeperson, die Orientierung der Hörer am deutlichsten beeinträchtigte. Ebenfalls wurde dadurch das Empfinden, sich in einer VAE aufzuhalten, vermindert. Durch Einsetzen von visuellen Information über den Raum, konnte dem Hörer eine verbesserte Orientierung ermöglicht werden. In einem ersten Versuch, konnte mit der in dieser Arbeit beschriebenen Vorgehensweise, bereits einige Erkenntnis, über VAEs gewonnen werden.
Detektion von Tieren mittels Deformable Part-Based Models. - 99 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Der rasante Fortschritt der technischen Entwicklung findet immer mehr Anwendung in der Erforschung von Tieren und deren Spezies. Zoologen gelingt es zunehmend eine enorme Menge an Daten zu sammeln. Um Bewegungsmuster und Populationsgrößen zu analysieren werden unter anderen in vielen Gebieten Fotofallen aufgestellt. Diese erzeugen eine große Menge an Bildern, die verarbeitet werden muss. In der heutigen Zeit werden diese Aufnahmen manuell sortiert und annotiert. Diese Arbeit beschäftigt sich mit Algorithmen, die diese Verarbeitung ersetzen sollen. Dabei sollen Tiere automatisch in Bildern erkannt werden. Es wird zunächst auf aktuelle Forschungen eingegangen. Im Speziellen wird der zur Personendetektion entwickelte Detektor Histograms of Oriented Gradients (HOG) von Dalal und Triggs vorgestellt. In dieser Arbeit wird darauf eingegangen, inwiefern sich Deformable Part-Based Models (DPM) von Felzenszwalb et al. für dieses Einsatzgebiet eignen. Sie basieren ebenfalls auf den Merkmalen des HOG - Verfahrens und nutzen eine lose Anordnung von mehreren Modellen zur Detektion. Die anschließende Evaluierung umfasst den Vergleich des von Felzenszwalb et al. implementierten DPM Detektors und deren Erweiterung um formale Grammatiken (DPM + Grammer). Die Grammatikvorschriften wurden um für den Anwendungsfall der Tierdetektion angepassten Variationen erweitert. Zur Klassifizierung findet eine Support Vector Machine (SVM) Anwendung. Als Referenz wird eine in OpenCV entwickelte Variante des HOG Detektors verwendet. Es wurde ein Datensatz aus Bildern mit verschiedenen Tierspezies als Motiv angelegt. Basis ist hier eine vorsortierte Bilderdatenbank des "Snapshot Serengeti" - Projektes von Zooniverse.org. Alle Tiere wurden im Laufe dieser Arbeit annotiert und mit Metadaten hinterlegt. In der Evaluation werden zunächst die Detektoren mit verschiedenen Datensätzen trainiert und anschließend auf andere Datensätze angewendet. Dabei wird in verschiedene Tiergruppen und Schwierigkeitsstufen der Datensätze unterschieden. In dieser Arbeit wurde ein Evaluations Framework entwickelt. Damit ist es möglich mehrere verschiedenen Algorithmen zur Detektion miteinander zu vergleichen. Das Verfahren DPM und die Erweiterung um formale Grammatiken erzielten vielversprechende Ergebnisse. Die eigens für diese Arbeit entwickelten Grammatikvorschriften erzeugten kaum verwertbaren Ergebnisse.
Untersuchung zur Verhinderung von Richtungseindrücken bei der Wahrnehmung diffuser Schallfelder in Multikanal-Lautsprechersystemen. - 83 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
In Systemen zur Wiedergabe von Audiomaterial spielt die Simulation räumlichen Klangs eine bedeutende Rolle. Moderne mehrkanalige Wiedergabesysteme, wie das "Spatial Sound Wave" System des Fraunhofer Instituts, versuchen räumliche Schallfelder plausibel darzustellen. Im Zuge dessen wird großer Aufwand betrieben, auch raumakustische Merkmale klanglich und räumlich realistisch nachzubilden. In dieser Arbeit wird die Methode der Dekorrelation untersucht, um den Nachhallanteil einer Raumsimulation in einem mehrkanaligen autsprechersystem zu realisieren. Dazu wurde ein System aus Funktionen entwickelt, welches es ermöglicht mit einem Eingangssignal eine Vielzahl spezifisch dekorrelierter Ausgangssignale zu generieren. Diese wurden genutzt, um mit mehreren, symmetrisch angeordneten Lautsprechern ein diffuses Schallfeld zu erzeugen. In einem Probandentest wurde die Qualität der Schallumhüllung durch das so erzeugte diffuse Schallfeld evaluiert. Es wurde die Lautsprecheranzahl des Setups, die Kopfbewegung der Probanden, der Korrelationsgrad der Lautsprechersignale sowie die Hörerposition in die Evaluation eingebunden. Die Auswertung der Ergebnisse bestätigt die Annahme, dass starke Dekorrelation allgemein bessere Ergebnisse für die Schallumhüllung liefert. Ebenso wird die Annahme gefestigt, dass Lautsprechersetups mit vielen Lautsprechern besser für die Wiedergabe diffuser Schallfehler geeignet sind, als kleinere mit weniger Lautsprechern. Die Ergebnisse lassen außerdem darauf schließen, dass Kopfbewegungen das Hörereignis in rein diffusen Schallfeldern, welche mit Hilfe von Dekorrelation erzeugt wurden, beeinflusst. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass die Auswirkungen der Dekorrelation stark von den Eigenschaften der Testsignale abhängt, was weitere Fragen für das Filterdesign aufwirft.
Qualitätsanalyse von Kugelarrayauralisationen basierend auf Open Profiling of Quality. - 84 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Im Forschungsgebiet der virtuellen Akustik versucht man den steigenden Anforderungen für ein immersives räumliches Hörerlebnis mit neuen Technologien der Schallfeldsynthese entgegenzukommmen. Die Auralisation von akustischen Raumdaten, die mit einem sphärischen Mikrofonarray aufgezeichnet wurden, ist Gegenstand aktueller Forschung und bietet ein Verfahren zur Reproduktion dreidimensionaler Schallfelder mithilfe von Kugelflächenfunktionen. Ziel dieser Arbeit ist die Qualitätsanalyse von Kugelarrayauralisationen. Sie ermöglichen es den richtungsabhängigen Charakter virtueller akustischer Räume authentisch abzubilden. Die Qualität der Auralisation hängt jedoch von den gewählten technischen Parametern ab. Im Rahmen der Untersuchungen wurden Testsignale mit realen und simulierten Kugelarraymessdaten gefiltert und binaural auralisiert. In einem Hörtest wurde der Einfluss der Genauigkeit bei der Schallfeldreproduktion auf die Qualitätswahrnehmung evaluiert, um daraus Anforderungen an die Genauigkeit der Schallfeldabtastung ableiten zu können. Grundlage für das Hörtestdesign bildet die Methode Open Profiling of Quality (OPQ). Sie kombiniert eine quantitative Evaluierung der wahrgenommenen Gesamtqualität und die deskriptive, sensorische Profilbildung zur Erhebung individueller Qualitätsfaktoren. OPQ ermöglicht über die allgemeine Beurteilung der Gesamtqualität hinaus, ein tieferes Verständnis der Qualitätswahrnehmung. Aus den Ergebnissen dieser Arbeit geht hervor, dass die Anforderungen an die Genauigkeit in Bezug auf die gewählte Ordnung einer statischen Kugelarrayauralisation für eine hohe Qualitätswahrnehmung vergleichsweise gering sind. Außerdem zeigte sich, dass OPQ sich gut zur Qualitätsevaluierung binauraler Auralisationen durch naive Probanden eignet. Jedoch sollte die Anwendung der Methode besser in einem audiovisuellen Kontext stattfinden, da sich die Untersuchung sehr ähnlicher, unimodaler Signale als problematisch erweist.
Die Wahrnehmung der Abweichung früher Reflexionen eines virtuellen auditiven Raumes von der realen Umgebung. - 55 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einfluss früher Reflexionen auf die Wahrnehmung von binauralem Audiomaterial. Es soll untersucht werden, inwiefern sich eine Abweichung von dem natürlichen Reflexionsmuster auf die empfundene Externalität auswirkt. In diesem Zusammenhang wurden Messungen von binauralen Raumimpulsantworten in einem Seminarraum der TU Ilmenau durchgeführt. Durch unterschiedliche Anordnung von Kunstkopf und Lautsprechern wurde Einfluss auf die Ausprägung der frühen Reflexionen in den Impulsantworten genommen. In einem anschließenden Hörtest wurden die Probanden angewiesen, die virtuelle Schallquelle der Hörbeispiele im Raum zu lokalisieren. Dabei zeigte sich, dass Hörbeispiele, bei denen das Reflexionsmuster nicht mit dem Original übereinstimmt dazu tendieren, weniger extern empfunden zu werden. Signifikante Unterschiede konnten jedoch nicht festgestellt werden. Es scheint, dass der Mensch eine gewisse Toleranz gegenüber einer Abweichung im Reflexionsmuster besitzt, wenn es darum geht, ob ein Hörbeispiel extern wahrgenommen oder "im Kopf" lokalisiert wird.