Psychoakustische Signalverbesserung und Geräuschreduktion in Kraftfahrzeugen

  • Der Einsatz von Freisprecheinrichtungen bei der Sprachkommunikation in Fahrzeugen erfor- dert die Reduktion der mit dem Sprachsignal erfaßten Umgebungsgeräusche. Die akustischen Störungen beeinträchtigen in der Regel die Verständlichkeit des zu übertragenden Sprachsi- gnals. In der Literatur wurden zahlreiche Verfahren und Ansätze zur Geräuschreduktion vor- geschlagen und beschrieben. Prinzipiell können diese Ansätze in drei Kategorien unterteilt werden: Einkanalige Geräuschreduktionssysteme, wie zum Beispiel das Verfahren der Spek- tralen Subtraktion, mehrkanalige Geräuschkompensationsverfahren, die mindestens ein Stör- geräusch-Referenzsignal benötigen, und adaptive Mikrophonarrays, die zur Erfassung des Sprachsignals ein richtungsselektives Reduktionsverfahren (beam forming) einsetzen. Diese Arbeit fokussiert ausschließlich auf das Problem der einkanaligen Geräuschreduktions- systeme, wie sie häufig in Kraftfahrzeugen oder Telefonen aus Kosten- und konstruktiven Gründen zu finden sind. Mehrkanalige Verfahren werden nur der Vollständigkeit halber am Rande behandelt. Einkanalige Verfahren sind durch den Kompromiß zwischen der Dämpfung der störenden Geräusche und den unvermeidbaren Verzerrungen des Sprachsignals und der verbleibenden Reststörungen gekennzeichnet. Diese Verzerrungen sind als sporadisch auftretende tonartige Reststörungen (musical tones) bzw. als Verfärbungen des Sprachsignals wahrnehmbar. Solche Fehler im Ausgangssignal werden wegen ihrer tonalen Struktur als äußerst störend empfunden und verschlechtern den subjektiven Höreindruck. In letzter Zeit sind deshalb Verfahren mit dem Ziel entwickelt worden, möglichst alle auftre- tenden Verzerrungen zu unterdrücken. So wurden zum Beispiel nichtlineare Methoden, bekannt aus der Bildverarbeitung, oder spezielle Detektionsalgorithmen entworfen, um das Problem geschlossen zu lösen. Besonders neu sind Verfahren, die psychoakustische Eigenschaften des menschlichen Gehörs nutzen, um wenigstens einen Teil der auftretenden Verzerrungen zu verdecken. So kommen hier Methoden zum Einsatz, die durch Formulierung einer psychoakustischen Gewichtungsregel versuchen, einen optimalen Kompromiß zwischen Höhe der Geräuschdämpfung, der Reststörungen und der resultierenden Sprachverständlichkeit zu finden. In der vorliegenden Arbeit diente ein klassisches einkanaliges Geräuschreduktionsverfahren als Ausgangsbasis für die Entwicklung eines neuen psychoakustisch-parametrischen Verfah- rens. Dabei wurde von Modellen der Spracherzeugung und Wahrnehmung der menschlichen Sprache ausgegangen, um geeignete Methoden für die psychoakustische Geräuschreduktion und Signalverbesserung zu finden. Das Ergebnis sind drei neue Verfahren, die sich je nach Eingangssignal adaptiv auf die Charakteristik des Gehörs einstellen und dabei Verzerrungen des Sprachsignals und der Reststörung unterhalb der psychoakustischen Wahrnehmbarkeits- schwelle, der sogenannten Mithörschwelle, halten. Das führt zu einer spürbaren Verbesserung des subjektiven Höreindrucks und hat positiven Einfluß auf die Sprachverständlichkeit. In wesentlichen Bestandteilen dieser Arbeit werden Aspekte der psychologischen Wahrnehmung akustischer Signale und bekannte psychoakustische Eigenschaften des menschlichen Gehörs für die auditive Signalverbesserung, Geräuschreduktion und die Identifikation akustischer Systeme ausgenutzt. Dementsprechend wird im ersten Teil eine kurze Einführung in die Theorie der Signalverarbeitung und Psychoakustik gegeben. Daran anschließend folgt die Vorstellung eines Verfahrens zur auditiven Signalverbesserung und Geräuschreduktion unter Ausnutzung psychoakustischer Verdeckungseffekte. Dieser Abschnitt ist besonders ausführlich gestaltet, da er den Hauptbestandteil dieser Arbeit bildet. Der dritte Teil erläutert experimentelle Untersuchungen und die Bewertung der verschiedenen Verfahren. Abschließend folgen Zusammenfassung und ein wissenschaftlicher Ausblick.

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Metadaten
Author:Mike Peters
URN (permanent link):urn:nbn:de:bsz:386-kluedo-12912
Advisor:W. Rupprecht
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2001
Year of Publication:2001
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2002/04/12
Tag:Geräusch ; Psychoakustik ; Signalverarbeitung ; Unterdrückung ; Verdeckung
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $