Efficient modeling of the time-of-arrival in binaural reproduction of virtual sound sources

Harald Ziegelwanger

07.03.2011 - 16.1.2012

wissenschaftliche Diplomarbeit

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Diplomarbeit

Modell zur effizienten Kodierung von Signallaufzeiten für die binaurale Wiedergabe virtueller Schallquellen

Außenohrübertragungsfunktionen (engl. head-related transfer functions, HRTFs) werden üblicherweise als minimalphasige Systeme mit zugehöriger breitbandiger interauraler Zeitdifferenz approximiert. Dabei wird für eine räumliche Position die Zeitdifferenz direkt aus den HRTFs für das ipsi- und kontralaterale Ohr geschätzt. Im Falle multipler Positionen bleibt die monaurale Signallaufzeit (engl. time of arrival, TOA) für eine Position und somit die Information über die monaurale zeitliche Bezug zwischen den Positionen unberücksichtigt.

Basierend auf einem geometrischen Kopfmodell wird ein Verfahren zur robusten Schätzung von TOAs aus den HRTFs einer Person vorgestellt. Dabei werden Radius, Position der Ohren und die Kopfposition relativ zur Messanordnung als Modellparameter angepasst. Das Verfahren wird auf HRTFs aus der ARI-Datenbank angewandt und resultiert in plausiblen Ergebnissen. Die perzeptive Relevanz dieser TOA wird in einem vorläufigen psychoakustischen Experiment evaluiert.

Über die Parameter des TOA-Modells kann die Positionierung einer Person in der HRTF-Messung nachträglich ermittelt und somit die tatsächlich gemessenen Richtungen bestimmt werden. Die robuste Schätzung der TOA erlaubt weitere Analysen und Manipulationen von HRTFs. Zum Beispiel können die TOAs aus den HRTFs entfernt und die HRTFs in verkürzter Form abgespeichert werden. Für die binaurale Wiedergabe multipler virtueller Schallquellen können die TOAs mittels Modellparametern rekonstruiert werden, wobei die Synchronizität zwischen den Quellen gewährleistet ist.