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TU Berlin

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Offene Abschlussarbeitsthemen

Das Forschungsgebiet der Psychoakustik bietet zahlreiche interessante Themen für Abschlussarbeiten. Hierbei können theoretische und experimentelle Grundlagenarbeiten ebenso wie praxisnahe Fragen in Bachelor- und Masterarbeiten adressiert werden. Im Folgenden finden Sie eine Auflistung aktueller Themen für Abschlussarbeiten. Darüber hinaus ist auch die Bearbeitung von eigenen Themenvorschlägen denkbar. 

Untersuchungen zur kombinierten Wirkung von Geräuschen und Lichtverhältnissen auf das Langzeitgedächtnis

Umweltfaktoren, wie die vorherrschenden Geräusch- und Lichtverhältnisse in Arbeits- und Lernräumen, wirken sich nicht nur auf das Wohlbefinden aus, sondern können auch die kognitive Leistungsfähigkeit beeinflussen. Üblicherweise werden diese beiden Faktoren isoliert betrachtet. In alltäglichen Situationen, in denen es unvermeidlich zu einem Zusammenspiel von Sinneseindrücken kommt, ist gerade die mögliche Interaktion verschiedener Modalitäten von besonderem Interesse. So belegen zahlreiche Studien, dass irrelevanter Hintergrundschall, der durch ein hohes Maß an Variabilität charakterisiert ist, einen störenden Effekt auf Arbeitsgedächtnisleistungen mit seriellem Anteil hat. Dieses Phänomen zeigt sich insbesondere für Sprachschalle im sogenannten „Irrelevant Speech Effect“. Neuere Untersuchungen aus dem Bereich der nicht-visuellen Lichtwirkungen suggerieren, dass die Lichttemperatur ebenfalls einen Einfluss auf die Langzeitgedächtnisleistung haben kann. Jedoch liefern diese Untersuchungen teils widersprüchliche Ergebnisse, die mitunter durch die heterogenen, schwer vergleichbaren Untersuchungsmethoden zu erklären sind. So wirkt sich kalt-weißes Licht in einigen Studien positiv und in anderen negativ auf die Gedächtnisleistung aus.

Ausschlaggebend für die Störwirkung von auditiven und nicht-visuellen Reizen ist der Zeitpunkt der Darbietung, d.h. ob die Reize während der Präsentation des zu memorierenden Materials, während der Retention oder während des Abrufs der Information dargeboten werden. In bisherigen Studien wurde vor allem der unmittelbare Abruf von Informationen aus dem Arbeitsgedächtnis untersucht. Dabei wurden die Reize primär während der Enkodierungs- und/oder Retentionsphase präsentiert. Die Wirkung von auditiven und nicht-visuellen Faktoren auf die Konsolidierungsphase, d.h. auf die Phase der Informationsfestigung im Langzeitgedächtnis, ist hingegen weniger gut erforscht.

Im Rahmen der Masterarbeit sollen verschiedene Geräusch- und Lichtbedingungen während der Konsolidierungsphase isoliert und in Kombination betrachtet werden. Hierfür soll eine experimentelle Untersuchung mit Hilfe von standardisierten, validierten Gedächtnisaufgaben vorbereitet, programmatisch implementiert und durchgeführt werden. Es ist geplant, die experimentelle Untersuchung in einem geeigneten Versuchsraum durchzuführen, der die systematische Kontrolle der Lichtverhältnisse erlaubt. Ziel ist es mögliche Interaktionseffekte synergetischer oder disruptiver Art aufzudecken.

Ausschreibung

Validierung der Berechnung der Auffälligkeit von Schallquellen durch Kartierung mit Mikrofonarrays

Mittels Mikrofonarrays und Beamforming-Algorithmen lassen sich Positionen von einzelnen Geräuschquellen räumlich auflösen. Dabei wird in der Regel der Schalldruckpegel betrachtet und die Quellen farblich kartiert, die die höchsten Schalldruckpegel aufweisen. In der Praxis können jedoch bei bestimmten Quellenkonstellation auch leisere Geräuschquellen relevant sein, da diese durch spezifische Geräuschmuster besonders hervortreten und auffällig sind.

Eine erste Masterarbeit beschäftigte sich mit der Implementierung ausgewählter psychoakustischer Größen für die Signalverarbeitung von Messungen mit Mikrofonarrays. Dabei wurde in einer Machbarkeitsstudie untersucht, inwiefern Größen, wie Schärfe, Tonhaltigkeit oder Perkussivität, geeignet sind, die Auffälligkeit von Geräuschquellen zu charakterisieren.

Im Rahmen einer weiteren Arbeit sollen die aus der Machbarkeitsstudie gewonnenen Erkenntnisse zur Ermittlung der Auffälligkeit von Geräuschquellen überprüft und validiert werden. Dafür sollen weitere Szenarien mit räumlich verteilten Geräuschquellen simuliert, analysiert und mit Hörversuchen systematisch perzeptiv bewertet werden. Auf Basis der Hörexperimente kann die Aussagekraft der implementierten psychoakustischen Größen evaluiert und neue Erkenntnisse zur Bestimmung der Auffälligkeit von Geräuschquellen in eine verbesserte Quellkartierung einfließen. 

Ausschreibung

Role of soundscape in experiencing heritage sites

Heritage sites are of high value as mediators of history. Many sites undergo preservation in order to protect against modern transformations. In visiting such sites, one will expect to experience a sense of the past and learn about its historical context. Berlin has many historic sites, from individual structures like the Berlin Wall memorial or Glienicker Brücke, to larger districts such as Museumsinsel.

According to the ISO/TS 12913-2, the affective quality of soundscapes can be determined by judging a few attributes using simple ordinal scales. However, it remains uncertain whether those attributes sufficiently capture the meaning of sound in heritage sites specifically. Preliminary research has indicated that attributes focusing on the sonic experience of the historical past need to be added to the established questionnaires using multiple rating scales addressing a set of affective qualities. Moreover, it remains vague how a visitor’s avoidance of modern sounds or even an artificial playback of historic sounds can be supportive to the experience of history and ultimately contribute to the preservation of place. For investigating the role of soundscape in heritage site experience, field research must be conducted using insitu acoustic measurements and interviews (questionnaires).

What do Berlin residents identify generally as historically defining sounds for their urban soundscape and what may be the effect of silence as an intentional element in memorial spaces? The thesis will focus on the specific perception of heritage sites in Berlin and the role of sound at those sites. Is it possible that observations and analysis results may contribute to devising guidelines and acoustic requirements for the maintenance of heritage sites and their specific sonic environments.

Announcement

Experimentelle Untersuchung zum „Irrelevant Speech Effect“: Der Einfluss emotionaler Prosodie auf die Gedächtnisleistung

Der Irrelevant Speech Effect (ISE) beschreibt das Phänomen, dass Gedächtnisleistungen durch Sprache bzw. sprachähnlichen Hintergrundschallen beeinträchtigt werden, obwohl der betreffende Schall für die zu bearbeitende Aufgabe irrelevant ist. Der ISE tritt dabei verhältnismäßig unabhängig von der Lautstärke und der Verständlichkeit der Sprache in einem Schalldruckpegelbereich von ca. 40 bis 85 dB(A) stabil auf und entzieht sich einer Habituation.

Eine wesentliche Einflussgröße für die Störwirkung des ISE ist die akustische Variabilität des Hintergrundschalls. Emotionale Sprache ist gegenüber neutraler Sprache von besonderen prosodischen Merkmalen gekennzeichnet, die sich auf die wahrgenommene Variabilität niederschlagen, wodurch der Störeffekt erhöht werden kann. Zur Operationalisierung der akustischen Variabilität wird manchmal das psychoakustische Maß der Schwankungsstärke vorgeschlagen. Angesichts der Komplexität des Sprachsignals, erscheint dieses Maß jedoch zu einfach, da es wichtige Parameter, wie z.B. die Steilheit der Grundfrequenzverläufe, die Artikulationsgeschwindigkeit oder Aspekte der Dauer vernachlässigt.

Im Rahmen der Masterarbeit soll die Störwirkung emotionaler Sprache auf die Gedächtnisleistung in Hörversuchen experimentell untersucht werden. Hierfür sollen standardisierte Kurzzeitgedächtnis-Tests unter der systematischen Variation von ausgewählten akustischen Parametern des Sprachsignals programmatisch implementiert, durchgeführt und ausgewertet werden. Ziel ist es, den der-zeitigen Erkenntnisstand zum Einfluss emotionaler Prosodie auf die Gedächtnisleistung zu erweitern sowie weitere Maße zur Spezifizierung der akustischen Variabilität zu identifizieren, die eine reliablere Prognose der ISE-Störwirkung liefern.

Ausschreibung

Psychoakustische Untersuchungen zur Empfindung der Impulshaltigkeit

Impulshaltige Geräusche gelten als auffällig und besonders störend. Zur Berücksichtigung der erhöhten Störwirkung von impulshaltigen Geräuschen kann daher bei der Ermittlung eines Beurteilungspegels eine Pegelkorrektur vorgenommen werden. Die Pegelkorrektur bei vorliegender Impulshaltigkeit kann bis zu 6 dB betragen. Nach der TA Lärm basiert der störwirkungsäquivalente Zuschlag impulshaltiger Geräusche vereinfacht auf der Betrachtung der Differenz aus dem Taktmaximal-Mittelungspegel LAFTeq und dem Mittelungspegel LAeq. Ein Wissen zu den charakteristischen Einflussfaktoren (z.B. Wiederholfrequenz von Impulsen) auf die Auffälligkeit impulshaltiger Geräusche liegt nur im rudimentären Maße vor. Über die einfache Betrachtung der Impulshaltigkeit als Eigenschaft mit besonderer Störwirkung hinaus, wird dieses Hörphänomen gelegentlich auch als potentielle psychoakustische Empfindungsgröße diskutiert.

Ziel der Arbeit ist es, Abhängigkeiten zwischen spezifischen Signaleigenschaften und der Bewertung der Impulshaltigkeit systematisch zu ermitteln. Dazu sollen Signale synthetisch erzeugt und systematisch bezüglich ausgewählter Eigenschaften (z.B. Wiederholfrequenz, Periodizität, Schalldruckpegel) manipuliert werden. Die erzeugten Signale sollen in Hörversuchen hinsichtlich der Stärke der wahrgenommenen Impulshaltigkeit durch Probanden bewertet und die Urteile zur Ausprägung der empfundenen Impulshaltigkeit mit den Ergebnissen der konventionellen Ermittlung von störwirkungsäquivalenten Zuschlägen verglichen werden. Die ermittelten Abhängigkeiten der empfundenen Impulshaltigkeit von spezifischen Signaleigenschaften sollen abschließend mittels der Bewertung von natürlichen Geräuschen in einem Validierungsexperiment überprüft werden.

Ausschreibung

Abgeschlossene Abschlussarbeiten

Untersuchung der perzeptiven Auffälligkeit von Schallquellen durch Kartierung psychoakustischer Größen mit Mikrofonarrays (M.Sc.)

Schlenkermann, J. (2021), TU Berlin

Durch die Verwendung von Mikrofonarrays können mit Beamforming-Algorithmen akustische Karten erstellt werden, um Quellen im Raum isoliert zu analysieren. Zu diesem Zweck ist die Berechnung des Schalldruckpegels eine Möglichkeit, mit welcher Quellbeiträge räumlich aufgelöst abgebildet werden können. Psychoakustische Parameter wie Lautheit, Schärfe oder Rauigkeit quantifizieren wahrnehmbare Attribute einzelner Schallquellen. Durch die Implementierung psychoakustischer  Größen im für die Signalverarbeitung von Messungen mit Mikrofonarrays entwickeltem Softwarepaket Acoular, wurden in dieser Arbeit die psychoakustischen Größen Lautheit und Schärfe, sowie die Tonhaltigkeit und Perkussivität zur Analyse von Messungen mit Mikrofonarrays implementiert. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurden 16 Szenarien mit jeweils drei räumlich ausgelenkten Schallquellen betrachtet und alle Quellbeiträge der einzelnen Szenarien bezüglich ihrer jeweiligen Auffälligkeit von Probandinnen bewertet. Aus den psychoakustischen Karten jeder dieser 16 Szenarien sowie den Ergebnissen der Machbarkeitsstudie, wurde ein Maß für die Auffälligkeit auf Basis multipler Regression von Lautheit, Schärfe, Tonhaltigkeit und Perkussivität entwickelt. Als Ergebnis konnten exemplarisch erste psychoakustische Karten der Auffälligkeit berechnet werden.

Prognosewerkzeuge zur gesetzeskonformen Auslegung von AVAS (M.Sc.)

Schönfeld, N. (2021), TU Berlin

In der nahen Zukunft wird die Bedeutung akustischer Unterstützung zur Wahrnehmung von Fahrzeugen im Straßenverkehr durch die Zunahme an Elektrofahrzeugen höher. Aktuell wird das optimale Geräusch für jedes Fahrzeug durch wiederholte Klangabstimmung mit anschließender Messung am Fahrzeug erreicht. Um für die Vielfalt der Fahrzeuge und AVAS-Geräusche die Anzahl der Iterationsschritte und die Anzahl der Messungen zu reduzieren, ist eine Digitalisierung der Prognose für die Gesetzeskonformität der Fahrzeuge wünschenswert. In der Arbeit wurden Prognosewerkzeuge für die Entwicklung dieser Geräusche erarbeitet und analysiert. Auf Basis verschiedener Ansätze wurde festgestellt, dass eine Prognose der Geräusche für die Teststrecke möglich ist und unter Berücksichtigung spezifischer Einschränkungen gute Ergebnisse erzielt.

Entwicklung einer Messprozedur zur Bestimmung der Luftschallabstrahlung von Wänden bei definierter Anregung (M.Sc.)

Seydell, H. (2021), TU Berlin 

Angesichts der verbreiteten Nutzung von Wärmedämmverbundsystemen (WDVS) besteht ein Interesse an der Analyse der akustischen Wahrnehmung durch den Menschen bei Anregung durch Klopfen. Mitunter wird dabei der hohle Klang beim Klopfen beanstandet. Um eine systematische Bewertung dieser Signale durchzuführen, ist ein geeigneter Messaufbau erforderlich, mit dem die Luftschallabstrahlung zuverlässig und vergleichbar gemessen werden kann. Daher wurde im Rahmen der Arbeit eine Messprozedur untersucht, mit der Klopfgeräusche an WDVS, aber auch an weiteren Wandaufbauten reproduzierbar und zuverlässig generiert und aufgenommen werden können. Anhand mehrerer Anforderungskriterien wurde ein Pendelmechanismus entwickelt, um die Klopfgeräusche zu erzeugen. Hierfür fanden Vormessungen für die Entwicklung und Beurteilung des Fadenpendels statt. Weitere Messungen wurden, zum Vergleich des Anregungsmechanismus auch mit einem Impulshammer sowie mit einer händischen Anregung, an zwei WDVS im Prüfstand und an einem WDVS in situ durchgeführt. Hierbei hat sich gezeigt, dass das Pendel eine einfach und kostengünstige Option darstellt, mit dem reproduzierbare transiente Signale erzeugt werden können. Ergänzend wurden numerische Berechnungen mit der Software Actran durchgeführt, mit denen die Schallausbreitung in Abhängigkeit des Ortes einer definierten Kraftanregung berechnet wurde.

Public Soundtrack: Analyse von Beschallungsmaßnahmen zur Verbesserung der akustischen Umgebung im städtischen Raum (B.Sc.)

Schunn, G. (2020), TU Berlin

Der Einsatz von Musik in öffentlichen Räumen birgt Potenziale zur Verbesserung der akustischen Umgebung. Die Praxis der öffentlichen Musikbeschallung wirft allerdings kontroverse Meinungen auf. Es herrscht Uneinigkeit über den Mehrwert solcher Maßnahmen. Im Rahmen dieser Arbeit werden Handlungsempfehlungen herausgearbeitet, mit deren Hilfe sich eine Intervention durch Musikbeschallung im öffentlichen Raum umsetzen lässt. Nach einer Auseinandersetzung mit den musiktheoretischen Grundlagen zur Wirkung von Musik und den Erkenntnissen der Soundscape-Forschung werden ausgewählte Studien zur Durchführung von Beschallungsmaßnahmen mit Musik ausführlich analysiert. Außerdem werden ethische Fragestellungen, in Zusammenhang mit öffentlichen Beschallungen, beleuchtet und diskutiert. Aus den Erkenntnissen dieser Untersuchungen werden Schlussfolgerungen für die praktische Anwendung gezogen und Handlungsempfehlungen formuliert. Trotz komplexer Wirkungsmechanismen und hoher Kontextabhängigkeit der akustischen Wahrnehmung wird festgestellt, dass die Umsetzung eine Soundscape-Intervention mit Musik unter Beachtung der identifizierten Gestaltungsregeln gelingen kann.

Interaktionsmotivierte Tongestaltung von binauralen, audiovisuellen Stimuli (B.Sc.)

Tausch, M. (2020), Filmuniversität Potsdam

Audiovisuelle VR-Medien arbeiten immer häufiger mit binauraler Technologie. Deren Rezeption steht unter verschiedenen Einflüssen. Um etwaige Einflüsse zu untersuchen, wurde eine interaktive App entwickelt, um relevante Interaktionen und Beziehungen mit der visuellen Modalität zu untersuchen. Es stellt sich heraus, dass eine komplexe Beziehung zum Bildraum besteht, die durch eine geeignete Tongestaltung hinsichtlich Natürlichkeit, Lokalisation und Qualität des Gesamterlebnisses modifiziert werden kann. 

Untersuchung zur Wahrnehmung und objektiven Beschreibung des Innengeräuschcharakters schwerer Nutzfahrzeuge (M.Sc.)

Gibson, S. (2019), TU Berlin

Die Beurteilung der Produktqualität eines schweren Nutzfahrzeuges wird maßgeblich von dem Innengeräusch der Fahrzeugkabine mitbestimmt. Aus diesem Grund ist es wichtig in der Entwicklung des Fahrzeugs das Innengeräusch ausreichend beschreiben zu können. Für eine angemessene Beschreibung der Geräuschcharakteristik und somit der Qualität der Kabine, ist der Schalldruckpegel allein nicht ausreichend. Weitere wichtige Größen wie z.B. die Lautheit, Schärfe, Rauigkeit und Schwankungsstärke, sowie die Impulshaltigkeit, werden dem Gebiet der Psychoakustik zugeordnet und bieten die Möglichkeit die Geräuschcharakteristik genauer zu beschreiben und das tatsächliche Hörempfinden quantitativ greifbar zu machen. Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Identifikation geeigneter psychoakustischer Parameter zur Beschreibung der Innengeräuschqualität schwerer Nutzfahrzeuge.

Mit Hilfe technisch-physikalischer Analysen werden typische Fahrzeuginnengeräusche hinsichtlich ihrer psychoakustischen Eigenschaften untersucht. Neben den technisch-physikalischen Analysen dienen Hörversuche der Evaluation der auditiven Wahrnehmung im Vorfeld festgelegter Merkmalsausprägungen. Dabei werden die allgemeinen Empfindungen der Innengeräusche mit Hilfe eines Semantischen Differenzials abgefragt. Einen wichtigen Aspekt hierbei stellt die subjektive Wahrnehmung veränderter Merkmale innerhalb dieser Geräusche dar. Die Ergebnisse bilden ein Polaritätsprofil mit dessen Hilfe, zusammen mit den Ergebnissen der objektiven Analysen, relevante psychoakustische Größen abgeleitet werden können. Die so ermittelten psychoakustischen Parameter bieten letztendlich eine Grundlage für zukünftige Zielwert- und Lastenheftdefinitionen.

Untersuchungen zur Lästigkeit von Güterzügen (M.Sc.)

Herold, M. (2019), TU Berlin

Die Belästigung durch Güterzugverkehrsgeräusche ist besonders an stark frequentierten Trassen wie der Strecke Rotterdam-Genua ein Problem, das sich in Zukunft noch verstärken wird. Besonders betroffen sind die AnwohnerInnen des Mittelrheintals, da hier mit verstärktem Zugaufkommen aufgrund des Ausbaus des Gotthardt-Basistunnels gerechnet wird. Aufgrund des steigenden Güterzugaufkommens sowie der Tatsache, dass viele Güterwaggons mit alten Bremssystemen sehr hohe Schalldruckpegelspitzen mit mehr als 100 dB(A) verursachen können, wurde in der vorliegenden Studie die Lästigkeit, die wahrgenommene Lautheit, der Störungsgrad und die Auffälligkeit von Güterzuggeräuschen in einem psychoakustischen Hörversuch untersucht. Als Stimuli wurden Geräuschaufnahmen von Güterzugdurchfahrten verwendet, die in zwei Nächten in Rüdesheim (Rhein) aufgenommen wurden. Im ersten Teil des Hörversuchs bewerteten die ProbandInnen die Lästigkeit von Güterzugvorbeifahrten, bei denen die Position eines lauten Waggons innerhalb einer Zugdurchfahrt variierte. Im zweiten Teil des Hörversuches wurde die Anzahl an aufeinanderfolgenden Einzelzugdurchfahrten verändert, und die TeilnehmerInnen bewerteten Störungsgrad, Auffälligkeit und Lautheit.

Aus den Ergebnissen geht hervor, dass weder die Position des lauten Waggons noch die Anzahl an Einzelzügen einen signifikanten Effekt auf die Beurteilung der Lästigkeit hatten. Jedoch wurde bei einigen der Stimuli die Variante mit lautem Waggon am Ende als lästiger bewertet, was einen leichten Recency-Effekt andeutet. Als signifikant lästiger, lauter, störender oder auffälliger wurden jedoch Stimuli mit erhöhtem LA,eq (A-bewerteter äquivalenter Dauerschalldruckpegel) bewertet: eine Pegelerhöhung um 4 dB(A) führte zu einer Erhöhung der Lästigkeit bzw. des Störungsgrades um eine Bewertungsstufe auf einer 9-stufigen Skala. Außerdem hatten die nicht-akustischen Faktoren „Lärmempfindlichkeit“, „Entfernung des Wohnortes zum nächsten Gleis“, „Häufigkeit der Bahnnutzung“ und „Beeinträchtigung durch Güterzuggeräusche zu Hause“ einen Einfluss auf die Bewertung der Lästigkeit.

Die Studie zeigt, dass die Schalldruckpegel von Güterzugdurchfahrten gesenkt werden müssen, um eine Entlastung der AnwohnerInnen zu erzielen. Durch eine bestimmte Waggonreihung ist kaum eine Reduktion der Lästigkeit zu erwarten, vielmehr sollten schnellstmöglich alle Waggons auf leisere Bremssysteme umgerüstet werden. Um weitere Auswirkungen von Güterzugverkehrsgeräuschen, z.B. bezüglich einer erhöhten Anzahl an Einzelzügen mit kürzeren zeitlichen Abständen näher zu untersuchen, müssen weitere Studien mit erhöhter externer Validität realisiert werden.

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