Besser hören ohne Hall: Ausgezeichnete Bachelorarbeit optimiert Audiosignale
Hall kann die Verständlichkeit von Sprache beeinträchtigen. Bei Geräten wie Hörhilfen müssen die Audiosignale deshalb enthallt werden. Moritz Oppliger und Hannes Stoll haben dafür geeignete Algorithmen untersucht und damit den regionalen Siemens Excellence Award gewonnen.
Durch Enthallung sollen Sprach- und Audiosignale für Menschen verständlicher werden. Konkret wird der Nachhall entfernt oder unterdrückt. Anwendungen dafür sind beispielsweise Hörgeräte oder automatische Spracherkennungssysteme. «Für die Enthallung eignen sich je nach Einsatzbereich Algorithmen von verschiedener Rechenintensität», erklärt Elektrotechnik-Absolvent Moritz Oppliger. «In einem Hörgerät soll das Signal in Echtzeit, also innert weniger Millisekunden, enthallt werden.» Für dieses Szenario haben er und Hannes Stoll in ihrer Bachelorarbeit mehrere Möglichkeiten umgesetzt, getestet sowie subjektiv und objektiv bewertet. Für ihre Arbeit sind die beiden Absolventen mit dem regionalen Siemens Excellence Award ausgezeichnet worden. Sie sind damit automatisch für den nationalen «Siemens Excellence Award 2021» nominiert.
Künstlich Hall erzeugt
Als Grundlage verwendeten die Absolventen sogenannte trockene Audiosignale. So bezeichnet man Signale ganz ohne Hall, wie sie beispielweise im Radiostudio aufgenommen werden. Hannes Stoll erläutert: «Wir haben dann den Hall künstlich erzeugt, um herauszufinden, wie man ihn am besten entfernen kann.» Die Absolventen haben mit unterschiedlichen Methoden die Raumimpulsantwort (RIR) generiert. Das mit der simulierten RIR verhallte Sprachsignal sollte dabei möglichst natürlich klingen. Dazu haben sie Spektrogramme der generierten RIR und der gemessenen RIR visuell verglichen. Zusätzlich haben sie ein trockenes Sprachsignal mit der generierten RIR und der gemessenen RIR verhallt und akustisch überprüft.
«Da man in Hörgeräten keinen rechenintensiven Algorithmus verwenden kann, wird man stets den besten Kompromiss suchen.»
Moritz Oppliger
Bester Kompromiss gesucht
Schliesslich haben die beiden Absolventen fünf mögliche Enthallungsalgorithmen erarbeitet. «Da Räume und Sprache individuell variieren, beruht das Enthallungssignal auf statistischen Annahmen», sagt Moritz Oppliger. Für die fünf Algorithmen haben die Absolventen dann eine Art Eignungsrangliste aus objektiver, mathematischer Sicht erstellt. «Keine der angewandten Methoden konnte den Hall korrekt beschreiben», so Hannes Stoll. Aus diesem Grund wurde zusätzlich eine Umfrage mit Hörbeispielen durchgeführt. «Die subjektive Bewertung der Testpersonen zeigt kaum Übereinstimmungen mit unserer objektiven Rangliste», sagt Moritz Oppliger. «Da man in Hörgeräten keinen rechenintensiven Algorithmus verwenden kann, wird man stets den besten Kompromiss suchen.» Die Bachelorarbeit dient der ZHAW nun als Vorstudie für die weitere Forschungsarbeit.