Akustik-Blog

Am 24. Januar 2020 hat FrauJosefa Oberem, M.Sc, ihre mündliche Promotionsprüfung erfolgreich abgeschlossen.

Frau Oberem promovierte über das Thema:
„Examining auditory selective attention: From dichotic towards realistic environments“

Abstract:

The aim of the present thesis is to examine the cognitive control mechanisms underlying auditory selective attention by considering the influence of variables that increase the complexity of an auditory scene. Therefore, technical aspects such as dynamic binaural hearing, room acoustics and head movements as well as those that influence the efficiency of cognitive processing are taken into account. Step-wise a well-established dichotic-listening paradigm is extended into a “realistic” spatial listening paradigm.
Conducted empirical surveys are based on a dichotic-listening paradigm examining the intentional switching of auditory selective attention. Spoken phrases are simultaneously presented by two speakers to participants from two of eight azimuthal positions. The stimuli are phrases that consist of a single digit (1 to 9, excluding 5), in some experiments followed by either the German direction “UP” or “DOWN”. A visual cue indicates the target’s spatial position, prior to auditory stimulus onset. Afterwards, participants are asked to identify whether the target number is arithmetically smaller or greater than five and to categorize the direction. Reaction time and accuracy are performance measures. Differences of performance measures between the repetition of the target’s spatial position and the related switch (switch costs) describe the loss of efficiency associated with redirecting attention from one target’s location to another. To examine whether the irrelevant auditory information is decoded, interference in the processing of task-relevant and task-irrelevant information is created in the paradigm.
To study the binaural effects in the intentional switching of auditory selective attention, the dichotic-listening paradigm is gradually extended towards a binaural-listening paradigm representing complex dynamic acoustic scenes in the present thesis. In order to realize the extension of the paradigm towards a realistic scene various technical methods and tools need to be applied. As the listening paradigm is step-wise broadened towards realistic scenes the technical methods and tools are assessed with respect to the collected empirical results.
Using the binaural-listening paradigm, the ability to intentionally switch auditory selective attention is tested when applying different methods of spatial reproduction. Essential differences between real sources, an individual and a non-individual binaural synthesis reproduced with headphones as well as a binaural synthesis based on Cross-Talk Cancellation are found. This indicates how the loss of individual information reduces the ability to inhibit irrelevant information. Differences in performance measures occur also with regard to the target’s spatial position. Reliable findings on the spatial localization ability are confirmed applying the listening paradigm on the intentional switching of auditory selective attention. As a step towards multi-talker scenarios in realistic environments participants are tested in differently reverberating environments. Switch costs are highly affected by reverberation and the inhibition is also impaired by to be unattended information. Age-related effects are also found when applying the binaural-listening paradigm, indicating difficulties for elderly to suppress processing the distractor’s speech.

Das ITA gratuliert sehr herzlich!!

Am 22. Februar 2019 hat Herr Dipl.-Ing. Jan-Gerrit Richter seine mündliche Promotionsprüfung erfolgreich abgeschlossen.

Herr Richter promovierte über das Thema:

„Fast Measurement of Individual Head-Related Transfer Functions“

Abstract:

Sogenannte Außenohrübertragungsfunktionen (engl. Head-Related Transfer Functions, HRTFs) werden genutzt, um virtuelle Schallquellen an beliebigen räumlichen Positionen zu erzeugen. Dieses Verfahren, die binaurale Synthese, ist Grundlage für die physikalisch korrekte Wiedergabe von simulierten akustischen Szenen jeglicher Art. Die HRTFs beschreiben den Einfluss von Kopf, Torso und Pinna auf das Schallfeld. Hierbei werden sowohl Zeit- als auch Frequenzeinflüsse zwischen den Ohren erfasst, welche jedoch von der Einfallsrichtung des Schalls abhängig sind. Die HRTF besitzt also zusätzlich zu einer Frequenzabhängigkeit auch eine hohe Abhängigkeit hinsichtlich der Quellposition. Mittels moderner Messaufbauten sind Messungen mit hochpräziser räumlicher Auflösung möglich, welche jedoch bis zu 5 Stunden für eine den Kopf umschließender Sphäre in Anspruch nehmen. Diese lange Messdauer bei den klassischen Verfahren schließt individuelle Messungen an menschlichen Probanden aus.
In dieser Arbeit wird ein Messsystem evaluiert und optimiert, welches individuelle Messung in einer kurzen Dauer mit hoher räumlicher Auflösung ermöglich. Mit Hilfe dieses Systems kann die Messzeit für eine Messung mit räumlicher Auflösung von 5° in Azimuth and 2.5° in Elevation von 5 Stunden auf 7 Minuten reduziert werden.Der erste Teil der Arbeit beschreibt die Evaluierung der Qualität der Messungen. Zu diesem Zweck werden objektive Fehlermaße definiert, welche Unterschiede zu einer Referenzmessung zu einem frequenzabhängigen Maß zusammenfassen. Aus diesem Maß werden Messfehler an verschiedener Objekte mit unterschiedlicher räumlicher Komplexität evaluiert welche mit Messungen aus etablierten Systemen, sowie analytische Lösungen und Simulationen verglichen werden. Das Ziel ist es, die vom Messsystem verursachten Störungen frequenzabhängig zu erkennen und zu bewerten. Eine subjektive Evaluierung der Qualität der gemessenen HRTFs wird hinsichtlich der Lokalisationsgenauigkeit von virtuellen Quellen, welche HRTFs aus schnellen Messungen und einer Referenzmessung verwenden, durchgeführt. Der Vergleich aus HRTFs einer schnellen Messung und einer Messung mithilfe eines etablierten Systems zeigt keinen signifikanter Einfluss des schnellen Messsystems auf die Lokalisationsgenauigkeit. Zusätzlich wird die Lokalisationsgenauigkeit mit individuellen HRTFs in weiteren Versuchen getestet. Die Ergebnisse, welche zur Evaluierung mit Werten aus der Literatur verglichen  werden, legen keine Beeinträchtigung der HRTFs durch die schnelle Messung nahe.
Um die Messzeit weiter zu reduzieren, wird die Messung in einem weiteren Schritt um sogenannte kontinuierlicher Drehung erweitert. Hierzu wird eine Methode zur Kompensation dieser Drehung während der Messung entwickelt. Dieses Verfahren wird sowohl objektiv und subjektiv evaluiert, um die schnellste Drehgeschwindigkeit, bei der keine hörbaren Artefakte in den reproduzierten Signalen erzeugen werden, zu ermitteln. Die Evaluierungen zeigen, dass mit dieser Messmethode die Messdauer bei einer typischen räumlichen Auflösung von 5° in Azimuth and 2.5° in Elevation zusätzlich um ca. 350% auf etwa 2 Minuten verkürzt werden kann.
Das hierzu vorgestellte Korrekturverfahren wird im letzten Kapitel der Arbeit erweitert, um den Einfluss von Probandenbewegung während der Messung zu kompensieren. Diese Bewegungen werden seit langem als wichtiger Störfaktor bei individuellen Messungen angesehen. In einer Studie wird zunächst untersucht, wie viel sich Probanden während der Messung bewegen. Hierbei wird verglichen, wie groß Unterschiede zwischen sitzenden oder stehenden Probanden und der Einfluss der Probandendrehung ist. Zusätzlich wird ein Feedback System entworfen, mit welchem die Probanden während der Messung selbst die Möglichkeit haben, ihre Position zu korrigieren. Die Grenzen der Bewegungskompensation werden mit Hilfe eines Kunstkopfes, der kontrolliert während der Messung bewegt wird, für einen Freiheitsgrad der Orientierung evaluiert. Die vorgestellte Kompensation ist in der Lage, jeglichen Fehler aus der Bewegung auf das Niveau von Messunsicherheiten zu reduzieren.

Das ITA gratuliert sehr herzlich!!