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Technology Colloquium.
*Wednesday, 30. November 2022**
**Speaker:* Frederick Pietschmann
*Time*: 14:00
*Location:* Lecture room 4G and
https://rwth.zoom.us/j/97904157921?pwd=SWpsbDl0MWhrWjY1ZkZaeFRoYmErZz09
Meeting-ID: 979 0415 7921
Passwort: 481650
*Master-Lecture*: Perceptual Optimization and Evaluation of a Binaural
Signal Modification Algorithm
With individualized binaural signals, it is possible to reproduce
auditory scenes such that the signal is perceived similar to the real
scene. However, perceptual similarity is no longer achieved when the
binaural signal doesn’t fully adapt to different listeners and different
orientations of the listener’s head. To address these problems, a
perceptually motivated algorithm referred to as the Binaural Cue
Adaptation (BCA) system has been developed at the Institute of
Communication Systems. The BCA system is capable of adding both
interactivity and individualization to existing binaural signals,
thereby achieving a higher degree of perceptual similarity to a
corresponding real auditory scene.
In this thesis, a perceptual optimization of the existing BCA system is
conducted in that new approaches for some components of the algorithm
are proposed, all parametrization options are identified and the overall
best parametrization is chosen. To identify the best parametrization,
both an isolated analysis of individual components is conducted and a
perceptually motivated optimization procedure for a full system analysis
is proposed and implemented.
Finally, a perceptual evaluation based on the result of the perceptual
optimization is realized. For this, two listening tests with a total
number of 17 participants are conducted – one for a normal and one for a
highly reverberant scenario. The results of these listening tests
suggest that signals produced by the optimized BCA system achieve a high
degree of perceptual plausibility for both reverberation scenarios, with
an averaged 2AFC probability to detect a BCA-generated signal of 0.563
for the normal scenario and 0.604 for the highly reverberant scenario.
All interested parties are cordially invited, registration is not required.
General information on the colloquium, as well as a current list of
dates of the Communication Technology Colloquium can be fount at:
https://www.iks.rwth-aachen.de/aktuelles/kolloquium
--
Irina Esser
Institute of Communication Systems (IKS)
RWTH Aachen University
Muffeter Weg 3a, 52074 Aachen, Germany
+49 241 80 26958 (phone)
esser(a)iks.rwth-aachen.de
http://www.iks.rwth-aachen.de/
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*Mittwoch, 23. November 2022*
*Vortragender: *Philipp Tigges
*Zeit: *11:00 Uhr
*O**rt*: hybrid - Hörsaal 4G und
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Meeting-ID: 979 0415 7921
Passwort: 481650
*Master-Vortrag*: Charakterisierung der Körperschallübertragung von
Sprache für Hearables
Körperschall ist ein wesentlicher Bestandteil bei der Wahrnehmung der
eigenen Stimme. Das Übertragungsverhalten von Körperschall ist deutlich
komplexer als bei Luftschall, da verschiedenste Gewebearten mit
unterschiedlichen Eigenschaften durchlaufen werden. Da die Erzeugung von
Sprachlauten ein vielschichtiger Prozess ist und die Bildung eines
spezifischen Klangs auch mit dem Erzeugungsort zusammenhängt, liegt die
Annahme eines phonemspezifischen Übertragungsverhaltens nahe.
Ziel der Arbeit ist es, die Übertragung von Sprache über Körperschall zu
charakterisieren, um die Eigenstimmwahrnehmung bei der Benutzung von
Hearables zu verbessern. Für eine Auswahl an Phonemen wurde der
Körperschall per Beschleunigungssensor und der Schall im inneren des
Ohrkanal über ein Mikrofon gemessen. Die beiden Signale wurden dann auf
lineare Zusammenhänge hin untersucht. Auf den Signalen wurden dann
Filter ausgelegt, um aus dem Signal des Sensors das Signal im Ohrkanal
zu schätzen und dann den Okklusionseffekt zu reduzieren. Es hat sich
gezeigt, dass zwischen dem Signal des Beschleunigungssensors und dem
Signal im Ohrkanal ein linearer Zusammenhang gefunden werden kann. Das
Übertragungsverhalten der verschiedenen Phoneme unterscheidet sich,
jedoch sind die Unterschiede klein genug, so dass sich Filter zur
Okklusionsreduktion auch auf andere Laute anwenden lassen. Auch für
gesprochenen Text können Filter gefunden werden, die den
Okklusionseffekt effektiv reduzieren können. Zusätzlich wurden auch
einige Geräusche, die sich auch über Körperschall ausbreiten,
analysiert. Hier war es deutlich schwerer lineare Zusammenhänge zu
finden. Im weiteren Verlauf wurden dann die Rahmenbedingungen
realistischer gestaltet, indem der Sekundärpfad mit einbezogen wurde.
Außerdem fordern reale Anwendungen kausalen Filtern. Diese zeigten sich
ähnlich performant, wie ihre akausalen Äquivalente, jedoch mit starken
Überhöhungen vor allem zu hohen Frequenzen, da sie nah an der
Kausalitätsgrenze arbeiten müssen. Im letzten Teil der Analyse konnten
erste Einblicke in die Frage, ob die erstellten Filter eine ausgeprägte
Abhängigkeit von der jeweiligen Person haben, gewonnen werden. Diese
Abhängigkeit hat sich insbesondere bei den auf einzelnen Phonemen
ausgelegten Filtern gezeigt.
Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht
erforderlich.
Allgemeine Informationen zum Kolloquium sowie eine aktuelle Liste der
Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter:
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Irina Esser
Institute of Communication Systems (IKS)
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*Mittwoch, 16. November 2022*
*Vortragende:* Jana Lorenz
*Zeit*: 09:00 Uhr
*Ort*: hybrid - Hörsaal 4G und
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Meeting-ID: 979 0415 7921
Passwort: 481650
*Bachelor-Vortrag:* Vergleich adaptiver Algorithmen für die aktive
Störgeräuschkompensation bei Kopfhörern in komplexen Schallfeldern
Lärmbelästigung ist ein alltägliches Problem. Es gibt viele Ansätze
diese zu reduzieren. Kopfhörer mit aktiver Störgeräuschunterdrückung
(ANC, engl. Active Noise Cancellation) sind einer davon. Sie
kompensieren vor allem tieffrequente Geräusche, welche passiv nur
unzureichend gedämpft werden können. Dabei hat das Störgeräusch einen
großen Einfluss auf die aktiven Kompensationsmöglichkeiten. Dieses kann
sich in realen Umgebungen bezogen auf seine Einfallsrichtung oder seine
statistischen Eigenschaften verändern und somit die aktive
Störgeräuschunterdrückung erschweren. Daher sind adaptive
Feedforward-Algorithmen von großer Bedeutung, da diese sich
kontinuierlich an das sich verändernde Störgeräusch anpassen können. So
werden in dieser Arbeit zwei ANC-Filterstrukturen, der Filtered-x Least
Mean Square Algorithmus (FxLMS) und der Adaptive Linear Combiner (ALC),
betrachtet. Es wird untersucht, wie sich die feste adaptiv gewichtete
Parallelfilterstruktur des ALC, verglichen zum FxLMS-Algorithmus, auf
das Konvergenzverhalten und die aktive Dämpfung auswirkt.
In dieser Arbeit werden beide Algorithmen anhand von Schallfeldern
verschiedener Komplexität verglichen. Es werden ruhende, sich räumlich
bewegende und komplexere Schallfelder verwendet. Dabei erreicht die
ALC-Filterstruktur, verglichen zum FxLMS-Algorithmus, auf Kosten einer
geringeren maximal möglichen aktiven Dämpfung, eine schnellere
Konvergenzzeit.
Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht
erforderlich.
Allgemeine Informationen zum Kolloquium, sowie eine aktuelle Liste der
Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter:
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Irina Esser
Institute of Communication Systems (IKS)
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*Mittwoch, 9. November 2022*
*Vortragender:* Nils Lattasch
*Zeit*: 14:00 Uhr
*Ort:* hybrid - Hörsaal 4G und
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Meeting-ID: 979 0415 7921
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*Bachelor-Vortrag*: Koordinatentranformation für die Adaptive Aktive
Störgeräuschunterdrückung in Kopfhörern
Bei der aktiven Störgeräuschkompensation wird versucht, ein Störsignal
mit einem destruktiv interferierenden Signal auszulöschen. Dazu wird in
dieser Arbeit die feedforward Topologie verwendet. Für diese kann
gezeigt werden, dass das optimale Filter ein IIR Filter impliziert. Da
die Störgeräusche in der Praxis facettenreich sind, ist es ebenfalls
sinnvoll adaptive Lösungen zu verwenden. In etablierten adaptiven
Verfahren wie dem FxLMS Algorithmus kann versucht werden, ein FIR Filter
mit möglichst vielen Filterkoeffizienten zu erstellen, um eine lange
Impulsantwort zu generieren. Gleichzeitig ergibt sich jedoch ein Problem
in der Adaption, da Systeme in vielen Variablen, in diesem Fall viele
Filterkoeffizienten, langsam adaptiert werden können. Eine mögliche
Lösung des Problems stellt eine Koordinatentransformation dar, bei der
zeitinvariante IIR Filter, Teil eines adaptiven Gesamtsystems sind.
Somit kann die Anzahl der Filterkoeffizienten reduziert werden und
zusätzlich besitzt das sich ergebende Filter eine unendliche Impulsantwort.
Ziel dieser Arbeit ist es eine Koordinatentransformation für die
adaptive aktive Störgeräuschkompensation zu realisieren. Die
Koordinatentransformation stellt durch eine frei wählbare Polstelle
einen neuen Freiheitsgrad im Design eines ANC-Systems dar. In dieser
Arbeit wird die Performance und der Ressourcenverbrauch der
Koordinatentransformation systematisch untersucht. Zur Implementierung
wird das sogenannte Laguerre-Netzwerk verwendet. Daraus ergeben sich
neue Adaptionsvorschriften für das adaptive System, welche in dieser
Arbeit hergeleitet werden. Zudem wird untersucht, welche Polstellen in
dem Anwendungsfall ANC vorteilhaft sind. Des Weiteren wird untersucht,
wie eine Konvergenzgrenze bezüglich der maximalen Schrittweite
abgeschätzt werden kann. Abschließende Experimente erfolgen auf Basis
von Messdaten am Beispiel eines gängigen in-ear Kopfhörers. Es zeigt
sich, dass die Performance sensitiv gegenüber der Wahl der Polstelle und
Schrittweite ist, bei geeigneter Wahl jedoch die Anzahl der
Filterkoeffizienten um ein vielfaches reduziert werden können.
und
*Mittwoch, 9. November 2022*
*Vortragender:* Christian Wolf
*Zeit:* 15:0 Uhr
*Ort*: hybrid - Hörsaal 4G und
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*Bachelor-Vortrag*: Auslegung von Übersprechkompensationssystemen
mittels Verfahren der robusten Regelung
Das Abspielen von Binauralsignalen über Lautsprecher ist, im Gegensatz
zur Verwendung von Kopfhörern, durch akustisches Übersprechen nachteilig
beeinflusst. Das Übersprechen kann jedoch durch geeignete Vorfilterung
des Binauralsignals so modifiziert werden, das es effektiv unterdrückt
wird. Dies ist das grundsätzliche Prinzip der Übersprechkompensation.
Das Vorfilter wird dabei als Übersprechkompensationsfilter bezeichnet.
Eine gängige Methode zur Auslegung eines Übersprechkompensationsfilters
ist die Methode der kleinsten Quadrate im Zeitbereich.
Diese Arbeit stellt ein Vorgehen vor, mit dem
Übersprechkompensationsfilter mithilfe von Verfahren aus der robusten
Regelung, wie zum Beispiel der H2- oder H∞-Synthese, entworfen werden
können. Zunächst wird gezeigt, wie sich die Übersprechkompensation als
Problem der robusten Regelung modellieren lässt, sodass Lösungsverfahren
wie die H2- oder H∞-Synthese auf das Problem angewendet werden können.
Das allgemeine Problem wird um wählbare Gewichtungsfunktionen erweitert,
sodass die Performance des Systems gezielt und frequenzselektiv
beeinflusst werden kann. Zudem wird eine Regularisierung bezüglich der
Amplitudengänge des Übersprechkompensationsfilters vorgesehen, mit der
die Verstärkung des Übersprechkompensationsfilters auf ein in der Praxis
sinnvolles Maß reduziert werden kann. Weiterhin wird untersucht, welchen
Einfluss die Latenz des akustischen Systems auf die Performance hat und
wie dies im Design berücksichtigt werden sollte. Im Anschluss daran wird
der erarbeitete Ansatz mit der H2- und H∞-Synthese mit der Methode der
kleinsten Quadrate im Zeitbereich verglichen. Durch eine theoretische
Herleitung und eine Simulation wird gezeigt, dass die H2-Synthese und
die Methode der kleinsten Quadrate im Zeitbereich direkt zusammenhängen.
Insbesondere scheint sich die Methode der kleinsten Quadrate im
Zeitbereich für große Längen des Übersprechkompensationsfilters den
Ergebnissen mit der H2-Synthese anzunähern. Ein weiterer
praxisrelevanter Aspekt, der in der Arbeit genauer beleuchtet wird, ist
die Unsicherheit im akustischen System und deren Einfluss auf die
Performance. Allgemein ist die Unsicherheit in praktischen Systemen
verschiedenen Ursachen geschuldet. In dieser Arbeit wird die
Unsicherheit durch die Variation von Kopfdrehung und der Geometrie
verschiedener Zuhörer genauer untersucht. Es wird gezeigt, dass die
Performance im Allgemeinen nicht robust gegenüber den untersuchten
Variationen ist, jedoch bei tiefen Frequenzen weniger signifikant als
bei hohen Frequenzen.
Alle Interessierten sind herzlich eingeladen, eine Anmeldung ist nicht
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