Algorithmen zur richtungsselektiven Verarbeitung von Schallsignalen - die Realisierung eines binauralen Cocktail-Party-Prozessor-Systems

Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieurs der Fakultät Elektrotechnik an der Ruhr-Universität Bochum

Kurztitel: Slatky Richtungsselektive Filter
Für die Dokumentation: Richtungsfilterung - Quellenortung - binaurale Signalverarbeitung - Cocktail-Party-Prozessor - Lokalisation - Gehörmodell - Psychoakustik - Sprachverarbeitung - Digitale Signalverarbeitung

In der vorliegenden Arbeit werden Möglichkeiten aufgezeigt, die Fähigkeit des menschlichen Gehörs technisch nachzuvollziehen, aus einem Gemisch unterschiedlicher Schallquellen ("Cocktail-Party") die Signale einer bestimmten Richtung ("ein Sprecher") zu extrahieren.

Auf der Grundlage von Hörversuchen mit mehreren Schallquellen und unter Anwendung von Signalverarbeitungs-Methoden des menschlichen Gehörs wurden Cocktail-Party-Prozessoren entwickelt, die Richtungen und Pegel von anwesenden Schallquellen analog zum Gehör anhand von Phasen- bzw. Pegeldifferenzen zwischen den Empfängern bestimmen. Es wurden Schnittstellen geschaffen, um weitere Fähigkeiten des Gehörs einzubeziehen, wie z.B. die Steuerung der Aufmerksamkeits-Richtung in halligen Räumen ("Gesetz der ersten Wellenfront").

Mit Hilfe der Cocktail-Party-Prozessoren lassen sich Verbesserungen des Signal-/Störabstands um bis zu 20 dB für Signale einer "Nutzrichtung" erreichen. Im Freifeld können so stark gestörte, ohne Verarbeitung kaum noch wahrnehmbare Sprachsignale wieder verstehbar gemacht werden.

Eingesetzt werden könnte ein solches Cocktail-Party-Prozessor-System z.B. als Eingabeeinheit für Spracherkenner bzw. Freisprechtelefone, Hörgeräte-Algorithmus zur Störsignal-Unterdrückung, System zur Lärmquellen-Ortung und -bewertung.