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Verena Uslar (Weik)

Verena Uslar (Weik)


'Wahrnehmung von Verzerrungen in Hörgeräten'

Masterarbeit:  Verena Uslar geb. Weik

Abgabetermin: 31.01.2008

Gutachter: Prof. Dr. Inga Holube, Prof. Dr. Martin Hansen


Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit untersucht an normalhörenden und schwerhörenden Versuchspersonen die Wahrnehmung von Verzerrungen, welche durch Peakclipping, Dynamikkompression bzw. hörgeräteinternes Rauschen erzeugt wurden. Ziel war die Entwicklung eines objektiven, hörschwellenabhängigen Messverfahrens für Verzerrungen basierend auf subjektiver ahrnehmung. Der erste Teil der Arbeit konzentriert sich dabei auf die Messung der Detektionsschwelle von Verzerrungen bei Sinustönen und Sprache mit einem adaptiven 3-AFC-Verfahren. Im zweiten Teil wurde ein Skalierungsexperiment mit verzerrten Sprachsignalen durchgeführt mit dem Ziel, systematisch den Einfluss von verschiedenen Parametern, elche den Grad der Verzerrung steuern, auf die Präferenz zu untersuchen.
Die Ergebnisse der Messungen mit verzerrten Sinustönen zeigten, dass Verzerrungen wahrnehmbar wurden, sobald eine der neuen Frequenzkomponenten gerade laut genug war, so dass sie (abhängig von der Frequenz) entweder nicht mehr durch den Grundton maskiert wurde oder gerade die Hörschwelle erreicht. Es wurde ein um die Hörschwelle und den Verdeckungseffekt korrigierter THD berechnet. Für Normalhörende durfte dieser korrigierte THD nicht größer werden als 0.5 % und für Schwerhörende nicht größer als      2 %, um hörbare Verzerrungen zu erzeugen.
Für die Messungen mit Sprache wurde als objektives Maß unter anderem der SDR des analytischen Signals nach Olofsson & Hansen (2006) für die Signale berechnet, deren Verzerrungen gerade an der Detektionsschwelle lagen. Der SDR an der Detektionsschwelle korrelierte nicht mit der Hörschwelle. Allerdings konnte für den Maximalpegel der negativen Frequenzen des analytischen Signals ein statistisch signifikanter Zusammenhang mit der Hörschwelle gefunden werden. Mit diesem Messwert scheint daher zumindest der Ansatz für ein objektives Maß für die Wahrnehmung von Verzerrungen gefunden zu sein.
Die Skalierungsexperimente zeigten, dass verzerrte Signale mit zunehmendem Verzerrungsgrad sehr schnell als störend empfunden wurden, sobald die Verzerrungen hörbar waren. Es gab für alle drei untersuchten Verzerrungsarten einen statistisch signifikanten Zusammenhang zwischen der Beurteilung des Signals und dem Grad der hörbaren Verzerrungen. Es konnte gezeigt werden, dass mit steigender Kanalanzahl bzw. kürzer werdender Ausschwingzeit die auftretenden Verzerrungen in komprimierten Signalen als immer störender beurteilt werden.


Abstract

This thesis focuses on the perception of distortion generated through peak-clipping, dynamic range compression or internal hearing-aid noise. The overall goal was the development of an objective and hearing threshold dependent measurement technique for distortions based on subjective perception. Therefore subjective measuerments were conducted with normal hearing or hard of hearing subjects and the findings were then related to different objective measures.
The first part of this thesis concentrated on measuring the detection threshold for distortions in sinusoids and speech with an adaptive 3-afc-method. In the second part a scaling experiment using distorted speech signals was carried out to systematically examine how the parameters which mainly drive the degree of the distortion are influencing the subject's preference. The results of the measurements using the distorted sinusoids show that distortions become perceptible at the moment a new frequency component is reaching a level where it is no longer masked by the fundamental or is reaching the hearing threshold. A THD, adjusted for the hearing threshold and masking effect was calculated. This corrected THD may not become larger then 0.5 % for normal hearing and 2 % for hard of hearing subjects, before creating oticeable distortions. This shows that only a small part of the new signal components may be above the hearing threshold, respectively outside the masked frequency area before the distortions become perceptible.
For measurements with speech, the SDR of the analytical signal according to Olofsson and Hansen (2006) was calculated as an objective measurement for those signals whose distortions were just at the detection threshold. The SDR at detection level does not correlate with the hearing threshold. Anyway, a statistically significant correlation between the hearing threshold and the maximum level of the negative frequencies of the analytical signal can be reported. Therefore, this value may provide a basis for the development of an objective measure of distortion.
The scaling experiments have shown that distorted signals become objectionable as soon as the distortions are noticeable to the listener. With all 3 kinds of distortions, a statistically significant correlation between the evaluation of the signal and the degree of perceptible distortions was found. This thesis could show that, with increasing numbers of channels, respectively decreasing release time, the created distortions in compressed signals are rated as more and more objectionable.



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