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'Messung und Simulation der Maskierung von harmonischen Tonkomplexen mit Schroederphase auf Sinustöne'

Masterarbeit:  Eugen Rasumow

Abgabetermin: 31.07.2009

Gutachter: Prof. Dr. Martin Hansen, Dr. Stephan Ewert


Zusammenfassung

Diese Arbeit befasst sich mit dem Phasengang eines auditorischen Filters beim Menschen mit der Filtermittenfrequenz fM = 2 kHz. Dieser Phasengang kann, anhand physiologischer Daten aus der Literatur, in zwei Frequenzbereiche mit jeweils konstanter Phasenkrümmung unterteilt werden. Zur Schätzung der jeweiligen Phasenkrümmungen wurden Maskierungsexperimente nach (Oxenham und Dau 2001) und (Oxenham und Ewert 2005) durchgeführt. Für die Analyse wurden diese gemessenen Detektionsschwellen mithilfe von Smoothingsplines interpoliert, um aus den resultierenden Maskierungsminima die Phasenkrümmungen der jeweiligen Frequenzbereiche zu schätzen. Über weitere Annahmen ließen sich diese Phasenkrümmungen zu einem insgesamten Phasengang zusammenfügen. Dieser Phasengang wurde in sogenannte Dual Resonance Non-Linear -Filter (DRNL-Filter) mit unterschiedlichen Filterstrukturen implementiert, wobei die Betragsübertragungsfunktion und die Filterparameter stets nach (Lopez-Poveda und Meddis 2001) gewählt wurden. Diese implementierten Filterstrukturen wurden innerhalb der "CASP"-Simulationsumgebung nach (Jepsen et al. 2008) mit bestehenden DRNL-Filtern verglichen. Es zeigte sich, dass die DRNL-Filterstruktur einen maßgebenden Einfluss auf die effektiven Übertragungseigenschaften ausübt. Im Gegensatz zur Verwendung eines linearen Basilarmembran-Filters ermöglichten DRNL-Filter mit optimiertem Phasengang weitaus genauere Simulationen der gemessenen Detektionsschwellen. Eine angemessene Simulation der Maskierung von harmonischen Tonkomplexen mit hohen Grundfrequenzen (f0 >= 100 Hz) konnte erst durch Vergrößerung der Bandbreite der Betragsübertragungsfunktion des DRNLFilters ermöglicht werden. Ferner wurde durch zusätzliche Experimente gezeigt, dass die Mehrheit der Versuchspersonen mit wachsenden Maskiererpegeln abnehmende Phasenkrümmungen aufwies.


Abstract

This thesis deals with the phase response of a human auditory filter with center frequency of fM = 2 kHz. On the basis of physiological data from the literature this phase response can be subdivided into two frequency ranges, each with a constant phase curvature. Masking experiments according to (Oxenham und Dau 2001) and (Oxenham und Ewert 2005) were carried out for the estimation of the respective phase curvatures. These measured detection thresholds were interpolated using smoothing splines and the resulting masking minima were converted into phase curvatures of the respective frequency ranges. Further assumptions allowed for the construction of a complete phase response. This phase response was implemented into so-called Dual Resonance Non-Linear filter (DRNL filter) with different filter structures, whose magnitude response and filter parameters were chosen according to (Lopez-Poveda und Meddis 2001). These DRNL-filters were compared to existing DRNL-filters using the "CASP" simulation environment according to (Jepsen et al. 2008). It became apparent that the DRNL filter structure influenced the transmission characteristics considerably. In contrast to the use of a linear basilar membrane-filter, DRNL-filters with optimized phase response enabled for much more precise simulations of the measured detection thresholds. An appropriate simulation of the masking from harmonic tone complexes with high fundamental frequencies (f0 >= 100 Hz) only became possible if the bandwidth of the DRNL-filter was increased. Furthermore additional experiments indicated, that the majority of the participating subjects tended to show a decrease of the phase curvature for increasing masker level.


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