H. Wierstorf - Talk at DAGA 2010

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1. Die Rolle des Präzedenzeffektes bei der Wahrnehmung von räumlichen Aliasingartefakten bei der Wellenfeldsynthese Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake Deutsche Telekom Laboratories Quality and Usability Lab Technische Universität Berlin 17.03.2010
2. Wellenfeldsynthese (WFS) Kirchhoff-Helmholtz Integral beschreibt die Möglichkeit das Schallfeld in einem Raum V durch Quellen an seinem Rand @V wiedergeben zu können WFS stellt eine Lösung unter der Annahme von Neumann Randbedingungen dar P(x;!) = @V G(x jx0 ;!) @ @n P(x0 ;!) P(x0 ;!) @ @n G(x jx0 ;!) dS0 Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
3. Fokussierte Quellen Durch die Technik der zeit-inversen akustischen Fokussierung (Yon et al. 2003) ist es möglich Quellen im Zuhörerbereich zu erzeugen. Auf diese Weise wird vor dem Fokuspunkt das Feld einer Senke und dahinter das einer Quelle erzeugt x −> [m] y −> [m] −1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 phase −> [o] −135 −90 −45 0 45 90 135 Abb.: Phase einer fokussierten Quelle eines Sinus mit einer Frequenz von 1 kHz S. Yon, M. Tanter and M. Fink - Sound focusing in rooms: the time-reversal approach, JASA 2003 Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
4. Artefakte bei fokussierten Quellen und WFS x −> [m] y −> [m] −1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x −> [m] y −> [m] −1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x −> [m] y −> [m] −1.5 −1 −0.5 0 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 −1 −0.8 −0.6 −0.4 −0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Abb.: Schallfeld der reproduzierten Wellenfelder für einen Sinus mit den Frequenzen 1 kHz, 2 kHz und 5 kHz. Es kommt zu einer Reihe von Artefakten im reproduzierten Wellenfeld durch die endliche Anzahl der Lautsprecher. Am deutlichsten bemerkbar ist das räumliche Aliasing durch den endlichen Abstand der Lautsprecher. (Spors et al. 2009) S. Spors, H. Wierstorf, M. Geier and J. Ahrens - Physical and Perceptual Properties of Focused Sources in Wave Field Synthesis, 127th AES Convention 2009 Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
5. Vorechos bei fokussierten Quellen und WFS Räumliches Aliasing führt im Zeitbereich zu dem Auftreten von Vorechos für fokussierte Quellen. Abb.: Geometrie des Lautsprecher- arrays -60 -40 -20 0 0 2 5 10 15 t / ms Seitlicher Abstand zur fokussierten Quelle / m L = 30 m ∆L = 0.15 m Abb.: Richtung und Amplitude in dB (Länge der Pfeile) der Vorechos Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
6. Präzedenzeffekt Beschreibt die Dominierung der Wahrnehmung von zwei miteinander korrelierten Signalen durch das zeitlich frühere Echoschwelle, Lokalisations-Dominanz Bisherige Untersuchungen haben sich meistens auf ein oder zwei Echos beschränkt 0 1 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 Amplitude t / ms Signal Echo -60 -30 0 30 60 0 10 20 30 40 50 60 Richtung / ° ∆t / ms Abb.: Signal und Echo und der dabei auftretene Präzedenzeffekt Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
7. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 2 n2 = 2 φ1 = 60° φ2 = -60° Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
8. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 6 n2 = 2 φ1 = 60° φ2 = -60° Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
9. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 2 φ1 = 60° φ2 = -60° Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
10. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 4 φ1 = 60° φ2 = -60° Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
11. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 8 φ1 = 60° φ2 = -60° Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
12. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 16 φ1 = 60° φ2 = -60° Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
13. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 32 φ1 = 60° φ2 = -60° Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
14. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 32 φ1 = 60° φ2 = -60° 0 dB Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
15. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 32 φ1 = 60° φ2 = -60° 3 dB Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
16. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 32 φ1 = 60° φ2 = -60° 6 dB Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
17. Präzedenzeffekt bei vielen Echos 0 5 10 15 20 25 30 35 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Amplitude / dB t / ms n1 = 10 n2 = 32 φ1 = 60° φ2 = -60° 10 dB Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
18. Versuchsdesign 10 Versuchspersonen 0 dB, 10 dB jede Kondition 6x 3 dB, 6 dB jede Kondition 12x Sprache als Ausgangsmaterial Realisierung der Stimuli mit HRTF-Satz Darbietung mit Hilfe dynamischer binauraler Resynthese mit Hilfe des SoundScape Renderers und eines Headtrackers (Geier et al. 2008) M. Geier, J. Ahrens and S. Spors - The SoundScape Renderer: A Unified Spatial Audio Reproduction Framework for Arbitrary Rendering Methods, 124th AES Convention 2008 Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
19. Versuchsdesign Darbietung als A = (1 ;2) und B = (2 ;1) oder A = (2 ;1) und B = (1 ;2) (vgl. Dizon and Colburn 2006) Versuchspersonen mussten entscheiden, ob die Sprecherin in der Darbietung B eher von links oder eher von rechts kommt Dauer: 2x 30-45 Minuten R. Dizon und S. Colburn - The influence of spectral, temporal, and interaural stimulus variations on the precedence effect Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
20. Ergebnisse 0 25 50 75 100 2 4 8 16 32 Aus Richtung φ1 / % n2 0 dB 3 dB 6 dB 10 dB n1 = 2 Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
21. Ergebnisse 0 25 50 75 100 2 4 8 16 32 Aus Richtung φ1 / % n2 0 dB 3 dB 6 dB 10 dB n1 = 6 Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
22. Ergebnisse 0 25 50 75 100 2 4 8 16 32 Aus Richtung φ1 / % n2 0 dB 3 dB 6 dB 10 dB n1 = 10 Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake
23. Fazit und ungeklärte Fragen Lokalisations-Dominanz hängt stark vom Amplitudenverlauf ab. Ein Schwellwert lässt sich für die 3 dB und 6 dB Konditionen bei ungefähr 8 ms finden Mit zunehmender Anzahl an Echos n1 wird eine klare Ortung schwieriger Bei n1 = 10 ist sogar eine “Umkehr” des Schwellenverlaufes zu beobachten Es stellt sich die Frage nach den Echoschwellen und den Richtungen der Echos und dem Zusammenhang zu der gefundenen Lokalisations-Dominanz Bei den fokussierten Quellen ist oft ein größerer Amplitudenunterschied als 10 dB anzutreffen Hagen Wierstorf, Sascha Spors and Alexander Raake