Fundamental psychoacoustical investigations on the perception of projected sound sources

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Ercan Altinsoy
• Subject Area: Acoustics
• Term: from 2016 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 319923185

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Das vorliegende Projekt befasste sich mit der Schallprojektion. Bei diesem räumlichen Audiowiedergabeansatz werden virtuelle Quellen durch die Projektion von Schall auf reflektierende Flächen mit Hilfe stark richtender Schallquellen, sog. Schallprojektoren, erzeugt. Der projizierte Schall soll dabei die Lokalisation dominieren. Der früher an der Position der Nutzer*innen eintreffende Direktschall, der durch die physikalischen Begrenzungen des Richtverhaltens von Schallprojektoren entsteht, kann dies jedoch behindern. Ein Verständnis der Wahrnehmung bei der Schallprojektion ist für die Entwicklung von Schallprojektoren daher von entscheidender Bedeutung. Wesentliches Ziel des vorliegenden Vorhabens war es, ein derartiges Verständnis zu erlangen und zur wahrnehmungsbasierten Optimierung von Schallprojektoren zu nutzen. Im Rahmen von psychoakustischen Grundlagenuntersuchungen wurden zunächst umfangreiche Erkenntnisse über Lag-Lokalisationsdominanz, das bei der Schallprojektion erforderliche Wahrnehmungsphänomen, gesammelt und der zugehörige Stand der Forschung dadurch erweitert. Anders als erwartet, war Lag-Lokalisationsdominanz kaum abhängig von der spektralen Zusammensetzung der beteiligten Schalle. Die Richtung und der Zeitversatz beider beteiligten Schalle stellten sich auch nicht als bedeutende Parameter für das Erreichen von Lag-Lokalisationsdominanz heraus. Die temporalen Eigenschaften der Wiedergabesignale schienen hingegen von starker Bedeutung zu sein. Die gesammelten Erkenntnisse offenbarten zunächst kaum Potenzial, um die Komplexität von Schallprojektoren, z. B. hinsichtlich der Anzahl der verwendeten Lautsprecher oder hinsichtlich der Signalverarbeitungsansätze zum beam-forming, zu reduzieren. Als wesentliches Ziel für die wahrnehmungsbasierte Optimierung wurde daher abgeleitet, den Einfluss des Direktschalls auf die Lokalisation zu reduzieren. Im Rahmen von Untersuchungen im Zeitbereich wurde daraufhin die Methode Localization-Masking entwickelt, untersucht und patentiert. Diese Methode basiert auf der zusätzlichen Erzeugung von einem oder mehreren führenden Schallen, die früher und aus einer anderen Richtung als der Direktschall an der Position der Nutzer*innen eintreffen. Die Untersuchung von Localization-Masking in reflexionsarmer Umgebung legte nahe, dass die Methode Potenzial zur wahrnehmungsbasierten Optimierung von Schallprojektoren hat. In einer Untersuchung von Localization-Masking unter der Nutzung realer Schallprojektoren in einem realen Raum konnte dieses Potenzial schließlich unter Beweis gestellt werden. Localization-Masking reduzierte den Einfluss des Direktschalls auf die Lokalisation und ermöglichte zum Beispiel, dass ein Schallprojektor mit weiniger starker Fokussierungsleistung effektiv mit einem gegebenen Wiedergabesignal eingesetzt werden konnte.

Publications

• Evaluation of Auditory Events with Projected Sound Sources using Perceptual Attributes. In: Audio Engineering Society Convention 142 (2017)
  Wühle, Tom; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• freeDSPx AMP x4: Ein kostengünstiges, quelloffenes Mehrkanal - Audioverstärkermodul. In: DAGA 2017 – 43rd German Annual Conference on Acoustics (2017)
  Wühle, Tom; Steiner, Simon; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• Investigation of Auditory Events with Projected Sound Sources. In: 173rd Meeting of Acoustical Society of America and 8th EAA Forum Acusticum (2017)
  Wühle, Tom; Altinsoy, M. Ercan
  
• Evaluation of the frequency dependent influence of direct sound on the effect of sound projection. In: Audio Engineering Society Conference on Spatial Reproduction (2018)
  Wühle, Tom; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• Untersuchung zum Einfluss des direkten Schallanteils auf die Richtung von Hörereignissen in Wiedergabeszenarios mit projizierten Schallquellen. In: DAGA 2018 – 44th German Annual Conference on Acoustics (2018)
  Wühle, Tom; Maravich, Maria Mareen; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• Perception of Auditory Events in Scenarios with Projected Sound from Various Directions. In: Audio Engineering Society Convention 146 (2019)
  Wühle, Tom; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• The Precedence Effect in Scenarios with Projected Sound. In: Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 67, No. 3 pp. 1 - 9 (2019)
  Wühle, Tom; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• Verfahren zur Beeinflussung einer auditiven Richtungswahrnehmung eines Hörers. Deutsches Patent, No. DE 10 2018 108 852 B3, (2019)
  Wühle, Tom; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• Realisierung eines Schallprojektors mit verbessertem Abstrahlverhalten im hohen Frequenzbereich. In: DAGA 2020 – 46th German Annual Conference on Acoustics (2020)
  Wühle, Tom; Bulla, Lukas; Beyer, Friedrich; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan
  
• Localization Masking - Reducing the Influence of the Direct Sound on Localization in Sound Projection by the Additional Generation of One or More Leading Sounds. In: Journal of the Audio Engineering Society, Vol. 69, No. 9 pp. 683 - 693 (2021)
  Wühle, Tom; Merchel, Sebastian; Altinsoy, M. Ercan