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Die Diplomarbeit mit dem Thema "Verbesserung der Tieftonwiedergabe von Flachlautsprechern durch Eliminierung bzw. Nutzung der rückwärtigen Schallanteile" befasst sich mit verschiedenen Ansätzen, die den Frequenzgang von einem flachen Lautsprecher verbessern soll. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf der Erweiterung des Frequenzbereiches zugunsten tiefer Frequenzen. Außerdem werden die verschiedenen Effekte, die den Frequenzgang beeinflussen, beschrieben und untersucht. Dabei wird auf Effekte wie den akustischen Kurzschluss, die Verstärkung dessen in Wandnähe und die Diffrakten an Gehäusekanten eingegangen. Im Rahmen der Untersuchung wird versucht, die Phase des rückwärtigen abgestrahlten Schalls anzupassen und somit nutzbar zu machen. Dazu dienen Ansätze wie die Transmission-Line, das Bassreflex sowie die Einbringung von akustisch wirksamen Material. Durch die Kombination von diesen Ansätzen und mit einer zusätzlichen elektronischen Entzerrung konnte die Tieftonwiedergabe letztendlich erheblich verbessert werden.

Diese Arbeit behandelt die Zerlegung von Schallfeldern in ebene Wellen auf der Basis eines Kugelarrays für Auralisationsanwendungen. Die Schallfeldzerlegung erlaubt es, Raumreflexionen zu identifizieren. Diese Reflexionen beinhalten essentielle Informationen für die akustische Reproduktion eines Raumeindrucks, was als Auralisation bezeichnet wird. Da die Schallausbreitung in einem Raum üblicherweise nicht auf eine Ebene beschränkt ist, müssen für eine realistische Auralisation Raumreflexionen für alle Richtungen im 3D-Raum bestimmt werden. Kugelarrays sind für diese Aufgabe gut geeignet. Ihre Anwendung für die Schallfeldzerlegung wird untersucht, die Robustheit gegenüber Messfehlern evaluiert und die gewonnenen Erkenntnisse mittels einer komplexen Simulation verifiziert. Zu diesem Zweck werden zwei Ansätze zur Schallfeldzerlegung ausgehend von der Wellengleichung hergeleitet und an zwei grundlegende Array-Konfigurationen angepasst: offene Kugelarrays und geschlossene Kugelarrays. Es wird der Einsatz von Mikrofonen mit Nierencharakteristik als eine praktikable Methode zum Überwinden der numerischen Probleme offener Arrays untersucht. Dies ermöglicht es, von der hohen Flexibilität dieser Arrays zu profitieren. Weiterhin wird eine mathematische Beschreibung entwickelt, um die Einflüsse von Mikrofonrauschen, Positionierungsfehlern des Arrays, räumlichen Aliasing und nicht-idealer Nierencharakteristiken auf die Schallfeldzerlegung zu evaluieren. Eine realistische Simulation wird präsentiert, welche die verschiedenen Messfehler berücksichtigt. Es zeigt sich, dass mit Hilfe der Schallfeldzerlegung die zeitlichen, räumlichen und spektralen Eigenschaften von Raumreflexionen bestimmt werden können. In diesem Zusammenhang wird das gleichzeitige Messen auf zwei unterschiedlichen Radien diskutiert, welches eine viel versprechende Methode darstellt, die nutzbare Frequenzbandbreite zu vergrößern. Die Ergebnisse werden mit Hilfe eine praktischen Messung bestätigt. Zu diesem Zweck wird eine Messung auf zwei Radien über 2030 Mikrofonpositionen in einem reflexionsfreien Raum unter Verwendung eines offenen Arrays mit Mikrofonen mit Nierencharakteristik realisiert. Abschließend wird ein einfacher, aber effektiver Ansatz zur Auralisation der Ergebnisse präsentiert, welcher auf virtuellen Mikrofonen basiert.

Die Aufgabe dieser Diplomarbeit war die Extraktion von Midlevel-Features aus Audiodaten auf Basis des Symmetriemodells. Das Symmetriemodell ist ein geometrisches Tonmodell entworfen von G. Gatzsche, M. Mehnert und D. Gatzsche. Im ersten Teil der Arbeit wurden die entsprechenden Grundlagen zusammengefasst. Die Eigenschaften und Fähigkeiten dieses Modells hinsichtlich der harmonischen Musikanalyse wurden im Hauptteil dieser Arbeit untersucht. Für die Übertragung von Musik in das Symmetriemodell ist zunächst die Bestimmung eines 12-dimensionalen Pitch Class Profiles (PCP) aus dem Audiosignal erforderlich. In einem ersten Ansatz wurde gezeigt, wie Pausen und Geräusche im PCP erkannt und extrahiert werden können. Die Entfernung atonaler Signalanteile erweist sich als Hilfsmittel für weitere harmonische Analysen. Die Wirkungsweise des mit Pausen-Geräusch-Detektion umschriebenen Verfahrens wurde stichprobenartig überprüft. In einem weiteren Kapitel wurde das Prinzip einer tonartunabhängigen Akkordstrukturanalyse erläutert. Mit dieser Teilaufgabe wird die vollständige Akkorderkennung in ihrem Aufgabenbereich entlastet, da die Pitchhöhe des Akkords unberücksichtigt bleibt. Eine umfassende Evaluierung der Akkordstrukturanalyse in Bezug auf Audiomaterial fand nicht statt. Die Wirkungsweise des Algorithmus wurde durch eine Analyse von 14 verschiedenen Trainingssätzen gezeigt, die jeweils verschiedenste Ausprägungen einer Akkordklasse beinhalten. Im letzten Teil der Arbeit wurde ein Konzept für eine Harmoniegrenzendetektion auf Basis des Symmetriemodells untersucht. Kernaufgabe des Algorithmus war zunächst das Zusammenfassen von harmonieeigenen Einzeltönen. Die Wirkungsweise der daraus entstandenen Harmoniegrenzendetektion wurde mit der Harmonic Change Detection Function (HCDF) von Harte, Sandler, Gasser verglichen. Das Niveau dieser Referenz wurde im Rahmen dieser Diplomarbeit jedoch nicht erreicht. Die Schwächen und das Potential des neuen Verfahrens wurden abschließend diskutiert. Alle vorgestellten Prozesse wurden in ein Analyseprogramm auf Basis des Symmetriemodells integriert. Die Herstellung von Interaktionen zwischen den Bereichen Harmonieerkennung, Akkordstrukturanalyse, Harmoniegrenzendetektion und Pausen-Geräusch-Detektion können entscheidend zur Effizienz der einzelnen Algorithmen beitragen. Dies bleibt vorerst offen und ist Aufgabe weiterführender Projekte.

Die praktisch notwendigen Vereinfachungen der mathematisch idealen Bedingungen der Wellenfeldsynthese verursachen Klangverfärbungen im reproduzierten Wellenfeld. - In der Diplomarbeit wird eine Methode zur Verminderung dieser Frequenzgangfluktuationen untersucht. Die Idee besteht darin, quellenpositionsabhängige Frequenzgänge zu modellieren und daraus Filterkoeffizienten zu erstellen, die bei Veränderung der Position der virtuellen Quelle dynamisch angepasst werden. - Die Modellierung erfolgt zum Einen anhand realer Messungen der einzelnen Lautsprecher-Impulsantworten und zum Anderen auf Basis eines idealisierten geometrischen Ansatzes. Die Filterung auf Basis realer Messungen berücksichtigt Raum- und Lautsprechereinflüsse, wodurch die positionsabhängigen Frequenzgänge beliebig positionierter virtueller Quellen mit hoher Genauigkeit nachgebildet werden und die Fluktuationen mit diesem Ansatz am besten kompensiert werden können. Das idealisierte geometrische Modell vernachlässigt in seiner jetzigen Form Raum- und Lautsprechereinflüsse. Dementsprechend fallen die Ergebnisse der Filterung schlechter aus. Jedoch führt auch dieser Ansatz zu einer Verminderung der Fluktuationen. Hierfür werden Bewertungsmaße abgeleitet, die eine objektive Einschätzung der Fluktuationen vieler Frequenzgänge sowohl vor als auch nach der Filterung erlauben.

In dieser Diplomarbeit werden verschiedene Upmix-Verfahren in einem Wellenfeldsynthese-Audiowiedergabesystem untersucht. Als Versuchsaufbau dient dabei ein Wellenfeldsynthese System in einem kleinen Raum. Auf dem Weg zur Untersuchung verschiedener Upmix-Verfahren in Hörtests wurden einige technische Besonderheiten eines solchen Systems untersucht, wie: Raumakustik, Lücken im Lautsprecherarray, Richtcharakteristik der Sekundärquellen, Entzerrung virtueller Quellen und fehlerhafte Lautsprecherkoordinaten - Bei den Upmix-Verfahren wurde nach einer Möglichkeit gesucht herkömmliche Musikproduktionen mittels Wellenfeldsynthese möglichst gewinnbringend wiederzugeben. Dabei wurden Ansätze der Quellseparierung verwendet, aber auch verschiedene Wiedergabeszenen entwickelt.