Kommunikationstechnik-Kolloquium November 2022

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Communication Technology Collquium at IKS

by Irina Esser

Dear subscribers of the Colloquium Newsletter, we are happy to inform you about the next date of our Communication 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/

6 months, 1 week

Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

by Irina Esser

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters. gerne informieren wir Sie über den nächsten Termin unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Mittwoch, 23. November 2022* *Vortragender: *Philipp Tigges *Zeit: *11:00 Uhr *O**rt*: hybrid - Hörsaal 4G und https://rwth.zoom.us/j/97904157921?pwd=SWpsbDl0MWhrWjY1ZkZaeFRoYmErZz09 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: http://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) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

6 months, 2 weeks

Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

by Irina Esser

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über den nächsten Termin unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Mittwoch, 16. November 2022* *Vortragende:* Jana Lorenz *Zeit*: 09:00 Uhr *Ort*: hybrid - Hörsaal 4G und https://rwth.zoom.us/j/97904157921?pwd=SWpsbDl0MWhrWjY1ZkZaeFRoYmErZz09 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: http://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/

6 months, 3 weeks

Kommunikationstechnisches Kolloquium am IKS

by Irina Esser

Sehr geehrte Abonnenten des Kolloquium-Newsletters, gerne informieren wir Sie über die nächsten Termine unseres Kommunikationstechnischen Kolloquiums. *Mittwoch, 9. November 2022* *Vortragender:* Nils Lattasch *Zeit*: 14:00 Uhr *Ort:* hybrid - Hörsaal 4G und https://rwth.zoom.us/j/97904157921?pwd=SWpsbDl0MWhrWjY1ZkZaeFRoYmErZz09 Meeting-ID: 979 0415 7921 Passwort: 481650 *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 https://rwth.zoom.us/j/97904157921?pwd=SWpsbDl0MWhrWjY1ZkZaeFRoYmErZz09 Meeting-ID: 979 0415 7921 Passwort: 481650 *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 erforderlich. Allgemeine Informationen zum Kolloquium, sowie eine aktuelle Liste der Termine des Kommunikationstechnischen Kolloquiums finden Sie unter: http://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) ronkartz(a)iks.rwth-aachen.de http://www.iks.rwth-aachen.de/

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