Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4085
Main Title: Binaural resynthesis of acoustical environments
Subtitle: Technology and perceptual evaluation
Translated Title: Binaurale Resynthese akustischer Umgebungen
Translated Subtitle: Technologie und perzeptive Evaluation
Author(s): Lindau, Alexander
Advisor(s): Weinzierl, Stefan
Referee(s): Weinzierl, Stefan
Vorländer, Michael
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät I - Geisteswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Diese Dissertation umfasst eine Sammlung von Veröffentlichungen, die der technischen und perzeptiven Optimierung der binauralen Resynthese akustischer Umgebungen gewidmet sind. Binaurale Resynthese beruht auf der Grundannahme, dass es möglich ist, den auditiven Eindruck einem beliebigen Schallfeld ausgesetzt zu sein, künstlich zu evozieren, wenn es gelingt, den entsprechenden Schalldruckverlauf an den Trommelfellen technisch zu rekonstruieren. Zu diesem Zweck werden nachhallfrei aufgenommene Audioinhalte mit gemessenen oder simulierten sog. binauralen Raumimpulsantworten mittels eines echtzeitfähigen schnellen Faltungsalgorithmus gefiltert, wobei diese Impulsantworten auch entsprechend den beobachteten Kopfbewegungen eines Hörers nachgeführt werden können (sog. dynamische Binauralsynthese). Bei begrenzter technischer Komplexität ermöglicht die binaurale Wiedergabetechnik damit eine potentiell realitätsgetreue (Re-)Synthese beliebiger Schallfelder. Bevor es jedoch gelingen kann, die dynamische Binauralsynthese als komfortables und verlässliches Forschungswerkzeug zu etablieren, sind vielfältige theoretische, instrumentelle und methodische Probleme zu lösen. Fortschritte in dieser Richtung zu erzielen, war das Hauptziel dieses Dissertationsvorhabens. Die Vorstellung der durchgeführten Studien erfolgt in drei thematischen Blöcken: Teil I der Dissertation behandelt Themen der binauralen Aufnahmetechnik, wie z.B. die Entwicklung des binauralen Messroboters FABIAN, oder die zur Darstellung natürlicher Kopfbewegungen oder für eine überzeugende Simulation ausgedehnter Schallquellen eben notwendige räumliche Auflösung. Teil II präsentiert verschiedene Ansätze zur Verbesserungen der binauralen Wiedergabetechnik, wie z.B. die Reduktion von Klangverfärbungen mittels neuentwickelter transauraler binauraler Kopfhörer und perzeptiv optimierter Verfahren für deren Frequenzgangskompensation. Zudem wurden Lokalisationsleistung, Überblendverhalten und Systemlatenz mittels eines Algorithmus‘ zur post hoc Individualisierung der interauralen Laufzeitdifferenz wesentlich verbessert, der Rechenaufwand der dynamischen Synthese durch eine vereinfachte Nachhalldarstellung reduziert und ein Verfahren zur Darstellung dynamischer binauraler Klangatmosphären optimiert. In Teil III werden verschiedene neuentwickelte Ansätze zur einerseits integrativen anderseits differenzierten perzeptiven Evaluation virtueller akustischer Umgebungen präsentiert und teilweise bereits auf die verbesserte Simulationstechnik angewendet.
This dissertation contains a collection of publications devoted to the technical and perceptual improvement of the binaural resynthesis of acoustical environments. Binaural resynthesis is based on the assumption that the auditory impression of being exposed to some arbitrary sound field may deliberately be re-evoked by a reconstruction of the sound pressure at the ear drums. Today, binaural signal reproduction is typically approached by convolving measured or modelled binaural room impulse responses with anechoic audio content using real-time algorithms for time-variant fast convolution which allow accounting for head movements of listeners in a natural fashion (dynamic binaural synthesis, DBS). Hence, while being of limited technical complexity, binaural reproduction technology has the inherent potential for delivering true-to-live substitutes of arbitrary sound fields. However, before establishing data-based dynamic binaural synthesis as a research tool applicable for a convenient and trustworthy resynthesis of arbitrary acoustic environments still a number of theoretical, instrumental and methodological issues remain to be solved. Achieving progress with respect to this overall goal was the main purpose of this dissertation. The works conducted in view of this aim are presented in a three-part-structure: As a starting point, Part I of this dissertation is devoted to the recording of binaural signals introducing, e.g., an improved binaural measurement device and studies assessing the spatial resolution required for natural head movements or for the convincing representation of spatially distributed sound sources. Part II addresses improvements of binaural signal reproduction, e.g., a reduction of spectral coloration through newly developed transaural binaural headphones and means towards their proper equalization. Further, an approach to post hoc individualization of the interaural time delay is shown to considerably improve localization performance, crossfade behavior and the system’s response latency, while a simplified representation of late reverberation helps reducing the computational demands for dynamic rendering. Additionally, a perceptually optimal solution for integrating ambient sounds in dynamic binaural simulations is discussed. Finally, Part III introduces novel approaches for both integrative and differentiated perceptual evaluation of Virtual Acoustic Environments partly demonstrating their usefulness in concurrent evaluations of the improved binaural simulation.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-53333
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4382
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4085
Exam Date: 19-May-2014
Issue Date: 8-Jul-2014
Date Available: 8-Jul-2014
DDC Class: 150 Psychologie
620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Schallfeldsynthese
Binauralsynthese
Perzeptive Evaluation
Binauraltechnik
Spatial audio
dynamic binaural synthesis
sensory profiling
perceptual audio evaluation
auralization
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/
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