Anne Theiß: Instrumentelle Evaluierung von Innenraum-Kommunikationssystemen
Pdf-based submission (available freely via the MACAU system), 2017
The communication between the occupants of a speeding vehicle can be impaired. In particular, the conversation between the passengers of the front row and those of the rear seats is due to the occuring background noise and the arrangement of the passengers difficult. Usually the passengers change their position and their voice in order to compensate for this impairment. Another method to improve the communication situation is a so-called in-car communication system (ICC system). Such systems take the speech signal of a talking person using the already installed microphones, process and play back the amplified desired signal inside the passenger compartment through the loudspeakers nearby the listening passengers. Thus, the power of the desired signal inside the compartment increases as well as the intelligibility.
Following the successful implementation and development of such systems, the question arises to the quality of the ICC system. To answer this question, in this work, first, the term ”quality” referring to an ICC system is defined. Subsequently, an evaluation strategy, which consists of a variety of individual instrumental methods, is presented. For a plausible classification of the methods and a transparent investigation of the overall quality, these methods are divided into three different evaluation groups. These evaluation groups examine the characteristics of the vehicle, the behavior of the ICC system itself, as well as the quality of the communication. Within each of these groups first instrumental methods are described and validated. Subsequently, the individual results of the instrumental methods are weighted by previously calculated attributes and combined into an overall result. The attributes of the vehicle and the ICC system are determined based on the determined characteristics of the vehicle. For the development of the instrumental methods a quality reference which reflects the subjective perception of passengers is required. For this purpose, some auditory evaluation methods are introduced in addition to the instrumental methods and the results analyzed. Therefore, not only listening tests, but also psychoacoustic perception experiments have been carried out and analyzed. The evaluation strategy implemented into a real-time framework is finally tested on a specific ICC system and an overall view of the quality of all its results is proposed.
Manuel Haide: Durchflussmessung mit Ultraschall-Phased-Array-Sensoren
External publication 2016
Future development of reliable flow measurement in urban water management, flood control, process and power engineering are driven by developing wear-free and flexible measurement systems with high accuracy. Current ultrasonic measurement systems are limited in their scope and thus signal processing and sensor design need to be improved. The basis of the discussed measuring principle are sound-reflecting suspended solids in the fluid, which move slip-free along the stream.
This thesis presents fused signal processing methods to determine velocities of suspended solids in fluids. In combination with a phased-array ultrasonic sensor, a successive measurement of the velocity pro le across the entire channel or pipe cross section can be performed. Moreover, signals are transmitted with a frequency hopping coding in order to detect a position-dependent information of the transit time and Doppler frequency. With the objective of noise-resistant and accurate flow measurement, object tracking theories or cluster methods are used to fuse the received echo information.
The object tracking is realized by a Kalman lter and various local and global association methods such as the Neares-Neighbour- and (Joint) Probabilistic Data Associations method. In contrast to this time-based tracking of streamlines, the cluster method determines the Doppler frequency by an application-oriented MUSIC method. Areas which are beyond of the phased-array sensor coverage, are complemented by a computational optimized function to generate a velocity distribution across the entire channel / pipe cross section. The technical feasibility of the analyzed evaluation methods as well as the sensor system has been adduced by a hardware platform.
By using the data fusion methods measurement errors have been reduced for high in flow velocities. Ambiguities in the Doppler frequency interpretation are cancelled by the data fusion, and thus enlarge the measurement range. In combination with the ultrasonic phased-array technology inhomogeneous velocity pro les are determined across the entire channel / pipe cross section.
Sebastian Stenzel: Multichannel Signal Processing for Spatially Distributed Microphones
Shaker-Verlag, 2014
Schon heute findet die mehrkanalige Sprachsignalverarbeitung in vielen Bereichen Anwendung, wie beispielsweise bei der Freisprechtelefonie oder der Spracheingabe. Durch eine entsprechende Signalverarbeitung kann gerade in Szenarien mit starken Umgebungsgeräuschen (Freisprechen im Auto) oder bei Szenarien mit Raumhall (Freisprechen in größeren Räumen) die Sprachqualität gesteigert werden. Heutige Mikrofonanordnungen sind dabei meist in ihrer Ausdehnung beschränkt (Mikrofonabstände von wenigen Zentimetern) und erfassen somit das akustische Szenario nur lokal. In dieser Arbeit werden Ansätze zur Signalkombination von räumlich verteilten Mikrofonen untersucht. Dabei werden aus der Literatur bekannte Verfahren auf ihre Anwendbarkeit für verteilte Mikrofonkonstellationen geprüft. Viele bekannte Verfahren z.B. der SDW-MWF oder der TF-GSC verwenden zur Signalkombination einen Referenzkanal, welcher einem zuvor ausgewählten Mikrofonsignal entspricht. Dadurch entstehen gerade bei Anordnungen mit großen Mikrofonabständen Probleme, da die resultierende Übertragungsfunktion des Gesamtsystems vom gewählten Referenzkanal abhängt. Somit beeinflusst die Wahl der Referenz maßgeblich die Sprachqualität des Systems. Bei den in dieser Arbeit vorgestellten Lösungsansätzen wird ein virtueller Referenzkanal errechnet, der sich aus der Einhüllenden der einzelnen akustischen Übertragungsfunktionen ergibt. Es wird gezeigt, dass dadurch ein partielles Equalizing der Raumakustik erreicht wird. Durch dieses Equalizing ergeben sich weitere Vorteile: Der breitbandige Signal-zu-Rauschabstand wird verbessert. Desweitern werden Sprachsignalverzerrungen sowie Verfärbungen des am Ausgang verbleibenden Restgeräusches verringert.
Markus Christoph: Untersuchung verschiedener Verfahren zur messtechnischen Bestimmung und Nachbildung der Akustik insbesondere von Fahrzeugaudiosystemen
Shaker-Verlag, 2013
Bei der Verfolgung des ursprünglichen Ziels der Dissertation ein lautsprecherbasiertes System zur akustischen Dokumentation zu finden wurde schnell erkannt, dass bereits einige etablierte Verfahren zur Decodierung, d.h. für die Rekonstruktion von zuvor, meist künstlich codierter Wellenfelder, wie etwa die Wellenfeldsynthese oder das Higher-Order-Ambisonic (HOA)-Verfahren, existieren. Dagegen stelle stellte sich im Laufe der Arbeit heraus, dass im Bereich der Codierung, also der messtechnischen Bestimmung von Wellenfeldern, noch ein höherer Forschungsbedarf existiert. Zudem bestand von Beginn an das Interesse vorrangig Fahrzeugaudiosysteme zu auralisieren. Aus diesen Gründen entwickelte sich die Untersuchung unterschiedlicher Verfahren zur messtechnischen Bestimmung der Akustik, insbesondere für Audiosysteme in Kraftfahrzeugen, zum Schwerpunkt dieser Arbeit.
Nach grundlegender Untersuchung unterschiedlichster Verfahren zur messtechnischen Bestimmung der Akustik, kristallisierte sich die Verwendung zirkularer bzw. sphärischer Mikrophonarrays, wie sie im HOA-Verfahren Verwendung finden, als erfolgversprechendste Methode heraus. Unter Verwendung der HOA-Theorie wurden dabei vorrangig sphärische, d.h. kugelförmige Mikrophonarrays zur dreidimensionalen, messtechnischen Bestimmung von Wellenfeldern näher untersucht. Dabei konnten Wege zur Verbesserung bestehender Messsysteme durch Modifikationen in ihrem Design gefunden werden.
Messungen bestätigten dabei die Wirksamkeit der neuen Designs. So konnte etwa die wirksame Bandbreite durch ein neuartiges Kugelmikrophonarray durch eine einfache, rein mechanische Modifikation nahezu verdoppelt werden, ohne dabei die Anzahl der Sensoren zu erhöhen. Aber auch Veränderung im Filterdesign wurden untersucht, was zu einem neuartigen Algorithmus führte, welcher in der Lage ist Filter zu erzeugen, sodass das Mikrophonarray einerseits eine gewisse, minimale Sukzessibilität nicht unterschreiten und zudem, unabhängig von der betrachteten Frequenz, stets einen gleichen, maximalen Pegel in der Hauptempfangsrichtung aufweist. Schließlich wurden noch weitere Konzepte vorgestellt wie sich die Wirkung der Mikrophonarrays für die Codierung durch einfache, praxistaugliche Modifikationen weiter steigern lässt.
Neben der messtechnischen Bestimmung der Akustik wurden zudem noch Verfahren zur Nachbildung bzw. zur Verbesserung der Akustik untersucht, wobei hierzu die Inverse-Filter-Theorie näher betrachtet wurde. Basierend auf Aufnahmen in einem Fahrzeug wurde dieses Prinzip untersucht. Der Fokus wurde dabei auf den Filterentwurf gelegt, wobei eines der Ziele war, diese so zu entwerfen, dass sie ein möglichst geringes pre-ringing aufweisen. Hintergrund hierbei ist, dass klassische Entwurfsverfahren Filter erzeugen, welche unter einem zum Teil starken Vorläuten leiden, was sich akustisch als störend auswirkt und folglich weitestgehend vermieden werden sollte. Der Tribut, der dabei gezahlt werden musste war, die zeitliche Komprimierung der resultierenden, d.h. mit den inversen Filtern gewichteten Raumimpulsantworten, aufzugeben. Dies stellte sich letztendlich jedoch als wesentlich akzeptabler heraus als das Vorhandensein des zuvor genannten pre-ringing.
Page 4 of 4
Visit of the Hans Böckler Foundation
The Hans Böckler Foundation offers students not only financial support, but also a wide range of seminars. We had the pleasure of taking part in an exciting seminar on the topic of ‘Data channels in the seabed - insights into the underwater infrastructure of the future’. We spent one day at the Faculty of Engineering at Kiel University. We were given presentations on various topics. Such as the geology of the seabed and the submarine cable incident between Finland and Estonia.
We were particularly impressed by the opportunity to take a look behind the scenes and experience the work of the students and researchers up close. We were allowed to visit the clean room and the special ‘paddling pool’ where experiments are tested directly in water. We were deeply impressed by the university and its diverse research opportunities. Thank you very much for your hospitality and the exciting insights!
Text and photo by Luise Artmann