A binaural auditory model for evaluating quality aspects in reproduced sound

Ihmisen kuulojärjestelmän kyky paikantaa äänilähteitä perustuu korviin saapuvien äänten välisten vaihe- ja tasoerojen analysointiin. Näiden binauraalisten vihjeiden avulla voimme erotella eri ääniähteiden sijainnit myös useiden samanaikaisten äänien läsnäollessa. Viimeaikaiset tutkimukset ja auditoriset mallit ovat osoittaneet kuinka nämä erot voidaan arvioida ristikorrelaation avulla ja kuinka täten voidaan mallintaa kuulojärjestelmämmme kykyä paikantaa ääniä. Tässä diplomityössä esitellään tähän lähestymistapaan ja nykyisiin auditorisiin malleihin pohjautuva uusi binauraalinen kuulon malli. Työn tavoitteena on pystyä arvoimaan binauraalisesti nauhoitetun äänen tilavaikutelmaan ja väriin liittyviä ominaisuuksia kehitetyn mallin avulla. Binauraalisten vihjeiden arviointi mallissa perustuu Jeffressin ristikorrelaatiomalliin, ottaen huomioon myös basilaarikalvon taajuuserottelukyvyn vaikutuksen äänilähteiden erottelukykyyn. Työn tavoitteena on tämän lähestymistavan avulla pystyä paikantamaan äänilähteitä laajakaistaisesta signaalista ja arvioida sitten äänen tilavaikutelmaan liittyviä ominaisuuksia näiden paikannusten avulla. Tässä työssä esitettävässä mallissa nauhoitetusta äänestä lasketaan myös osaäänekkyystiheysspektri, jossa kuulojärjestelmän eri osien vaikutukset ääneen on huomioitu. Näitä spektrejä käytetään sitten nauhoitetun äänen äänekkyyteen ja väriin liittyvien ominaisuuksien arvioinnissa. Näin ollen tämä diplomityö esittelee mahdollisuuden käyttää binauraalista kuulon mallia äänenlaadun arvointiin äänen tilavaikutelmaan, äänekkyyteen ja väriin liittyvien ominaisuuksien avulla.Binaural cues describing the differences between signals in the left and righ ears, in terms of phase and power, enable our auditory system to localize and segregate sound sources spatially even in the presence of multiple overlapping sound stimuli. Recent publications and binaural auditory models have illustrated how interaural coherence can be used to estimate these cues and thus model the capability of our auditory system to localize sounds. In this Master's thesis this approach is developed further and a new binaural auditory model is presented. The model is built on some of the existing auditory models. The aim is to use the model to evaluate binaural recordings of reproduced sound in terms of spatial and timbral aspects. The binaural cue estimation is based on the cross-correlation model by Jeffress and the binaural cues are estimated in this model by taking into account the frequency selectivity of the peripheral hearing. The purpose of this approach is to localize sound sources from a broadband signal and to evaluate the spatial aspects based on these localizations. Composite loudness level spectra are also calculated in this work by modeling the transfer functions of the peripheral auditory system. These spectra enable the analysis of the frequency balance from reproduced sound. Consequently, this Master's thesis illustrates the possible application of a binaural auditory model to the analysis of reproduced sound in terms of loudness, timbral and spatial aspects

Kuulon toiminnallisuuden mallintaminen tilaäänentoiston arvioimiseksi

Auditory modeling refers to the design of computational models of the human auditory system using digital signal processing algorithms. Such models can potentially be utilized in various applications including development of hearing aids and cochlear implants as well as to explain psychoacoustical phenomena. Another practical application area is the evaluation of sound reproduction, in which the models provide an interesting alternative to the direct use of human subjects in formal listening tests.  This thesis addresses the instrumental evaluation of spatial sound reproduction with a model that emulates the functionality of the auditory pathway based on neurophysiological and psychoacoustical data from the literature. However, the this thesis work also aimed to ensure a more general applicability of the model. The research involved in this work may bedivided into two main categories.  The first category consists of developing auditory models and of employing them in the evaluation of sound reproduction. The thesis presents two auditory models with different goals. Namely, one of them is a applicationspecific model designed to evaluate stereophonic sound reproduction capability of small mobile devices. The other demonstrates how several psychoacoustical binaural hearing phenomena may be explained with a more detailed emulation of processing in the auditory pathway. The latter model was also applied to evaluate sound reproduction achieved with both traditional and parametric spatial sound techniques.  The second category focuses on the acquisition of psychoacoustical knowledge. This category provides more insight into how the auditory system analyzes complex auditory scenarios. In addition, this category presents a listening test assessing different binaural synthesis methods in terms of coloration aspects.Digitaaliseen signaalinkäsittelyyn pohjautuvia kuulojärjestelmän laskennallisia malleja kutsutaan auditorisiksi malleiksi, joilla on monia tärkeitä sovelluskohteita mm. kuulolaitteiden ja sisäkorvaistutteiden kehittelyssä sekä psykoakustisten ilmiöiden taustalla olevien prosessien kuvauksessa. Eräs insinööritieteen näkökulmasta tärkeä sovelluskohde koskeeäänentoiston laadun arviointia, johon auditoriset mallit voisivat tarjota kiintoisan vaihtoehdon kuuntelukokeiden järjestämiselle.  Tämä väitöskirja käsittelee äänentoiston arviointia auditorisella mallilla, joka simuloi kuulojärjestelmän toiminnallisuutta neurofysiologiaan ja psykoakustiseen tietoon pohjautuen. Lisäksi tavoitteena on taata mallin sovellettavuus myös muihin tarkoituksiin. Tähän taustaan pohjautuen väitöskirjassa esitettävä tutkimus on jaettavissa kahteen osaan.  Ensimmäinen osa koskee auditoristen mallien kehittämistä ja niiden soveltamista äänentoiston laadun arviointiin. Työssä esitellään kaksi auditorista mallia, joista toinen osoittaa kuinka mobiililaitteiden äänentoistoa voidaan arvioida hieman yksinkertaisemmallakin mallilla. Vastaavasti toinen osoittaa kuinka kuulojärjestelmän tarkemmalla kuvauksella kyetään selittämään useita psykoakustisia ilmiöitä. Viimeksi mainittua mallia sovellettin myös sekä perinteisillä tekniikoilla että parametrisillä tilaäänen prosessointi menetelmillä saavutettavan äänentoiston laadun arviointiin.  Väitöskirjan toinen osa keskittyy mallinnuksessa tarvittavan psykoakustisen tiedon hankkimiseen. Tarkemmin ottaen tässä osassa esitellään psykoakustiseen tutkimukseen pohjautuvaa uutta tietoa kuulojärjestelmän tavasta jäsentää monimutkaista äänimaisemaa. Saatua tietoa voidaan soveltaa myös auditoristen mallin kehittämisessä. Lisäksi tämä osa esittelee tutkimuksen, jossa kuuntelukokeen avulla tutkittiin binauraalisten synteesimenetelmien laadullisia ominaisuuksia

Hiilijalanjälki: Kyselytutkimus SeAmk:in ruokayksikön opiskelijoille hiilijalanjäljestä ja ilmastonmuutoksesta

Työn tarkoituksena on selvittää Seamk:in ruokayksikön opiskelijoiden käsityksiä hiilijalanjäljestä ja ilmastonmuutoksesta. Agrologeilta, restonomeilta ja elintarvikeinsinööreiltä on pyritty selvittämään mitä he olisivat valmiita tekemään hiilijalanjälkensä pienentämiseksi. Pohjana tutkimukselle on saatu tämänhetken IPPC:n 2018-2019 ilmastoraporteista sekä ilmastonmuutoksen tämänhetkisestä tilanteesta, sekä tavoitteista, joilla pyritään pienentämään ilmastonmuutosta. Kyselytutkimuksessa kävi ilmi, että vastuullisella kestävän kehityksen metsäntaloudella on paljon kannatusta, millä pyritään pienentämään hiilijalanjälkeä ja vähentämään ilmastonmuutosta. Myös muiden kysymysten osalta koskien maataloutta ja ruokatuotantoa oli huomattavissa eri ryhmien välillä uudistamishalukkuutta. Metsätalouden ja maatalouden sekä ruokatuotannon täytyy olla perillä yhteiskunnassa tapahtuvista muutoksista, johon vaikuttaa myös maailmanlaajuinen ilmastonmuutos, jota pyritään vähentämään pienentämällä hiilijalanjälkeä ja toimimaan tietyissä rajoissa, jotta tämä onnistuisi. Kysymysten on tarkoitus toimia pohjana tälle kehitykselle ja vastaukset ovat suoraan verrannollisia kysymyksiin ja ottavat huomioon yleisen mielipiteen laajemmassa katsannossa ja auttavat metsäntaloutta, sekä niiden tarkoitus on tuoda maatalouteen ja ruokatuotantoon uusia näkemyksiä vallitsevien käsitysten sijaan. Tämän opinnäytetyön tulosten osalta oli hajontaa eniten agrologien ja muiden ryhmien restonomien ja elintarvikeinsinöörien välillä. Peltoviljelyn osalta painotus oli kysymysten osalta ainoastaan suoraan ihmisille sopivien kasvien viljelyyn, mikä tarkoittaisi käytännössä rehutuotannon vähentämistä ja nautakarjan vähentämistä, mikä pienentäisi suoraan myös kasvihuonekaasuja, mitä agrologit vastustivat. Myös julkisten ruokapalveluiden muuttamista kasvisruokapainoitteisemmaksi tulokset olivat vastakkaiset restonomien ja agrologien välillä. Restonomien enemmistön kannattaessa tätä, agrologien enemmistö vastusti. Metsätaloudessa hiilinielujen ja metsänhakkuiden osalta enemmistö elintarvikeinsinööreistä ja restonomeista vastusti hakkuiden lisäämistä metsätaloudessa, jossa agrologien tulokset menivät suunnilleen tasan sekä puolesta, että vastaan. Yleisesti ilmastonmuutoksesta, Suomen toimimisesta päästöjen vähentämisen auttamisessa kansainvälisissä tehtävissä ja kestävän kehityksen mukaisesta metsätaloudesta oltiin samaa mieltä. Ilmastonmuutos otettiin kyselytutkimuksessa vakavasti. Ihmisen välillisestä vaikutuksesta ilmastonmuutokseen olivat kaikki tutkimuksessa samaa mieltä. Avainsanat: hiilijalanjälki, ilmastonmuutosThe purpose of this thesis is to find out the perceptions of the carbon footprint and climate change of the students from Seinäjoki University of Applied Sciences food unit. Agronomist, Bachelor of Hospitality Management, and food engineers have been trying to find out what they would be willing to do to reduce their carbon footprint. The basis for the research is the current IPPC 2018-2019 climate reports, as well as the current state of climate change, as well as the targets to reduce climate change. The survey showed that responsible forestry in sustainable development has a lot of support, which aims to reduce the carbon footprint and reduce climate change. For other issues, agriculture and food production were also marked by the desire for renewal among different groups. Forestry and agriculture as well as food production must be aware of the changes in society, which is also affected by global climate change, which we are trying to reduce by reducing the carbon footprint and operating within certain limits to succeed. The questions are meant to serve as a basis for this development and the answers are directly proportional to the questions and take into account public opinion in a broader view, helping the forest economy, and to bring new insights into agriculture and food production instead of prevailing perceptions. The results of this thesis were most dispersed between the Bachelor of Hospitality Management of Agronomist and other groups and the food engineers. In the field of arable farming, the emphasis was only on the direct cultivation of plants suitable for humans, which would in practice mean a reduction in feed production and a reduction in cattle, which would also directly reduce the greenhouse gases that Agronomist opposed. The results of the transformation of public food services into vegetarian food were also contradictory between the Bachelor of Hospitality Management and agronomist. In favor of the majority of Bachelor of Hospitality Managements, the majority of agronomist opposed. In forestry, for carbon sinks and logging, the majority of food engineers and the Bachelor of Hospitality Managements were opposed to increasing logging in forestry, where the results of agronomists were about the same for and against. In general, climate change, Finland's contribution to reducing emissions in international operations and sustainable forestry were agreed. Climate change was taken seriously in the survey. The indirect impact of man on climate change was shared by everyone in the study. Keywords: carbon footprint, climate chang

Automated system level testing of a software audio platform

Mobiililaitteilla on suuri nykyinen ja tuleva potentiaali uudenlaisille äänenkäsittelysovelluksille. Entertainment Audio Platform on ohjelmistoalusta, joka mahdollistaa tämän tapaiset sovellukset. Tämä työ käsittelee menetelmiä, joita vaaditaan äänimiksauksen ohjauksen, näytetaajuusmuunnosten sekä signaalin dynamiikan kontrolloijan automatisoidussa testauksessa. Työssä perehdytään kirjallisuuden avulla sekä ohjelmistojen että perinteisten audiolaitteiden testaukseen. Kirjallisuudesta poimitaan sopivia menetelmiä kuhunkin tehtävään. Testauksen automatisointia, jota on käsitelty laajasti ohjelmistotekniikassa, sovelletaan audiokäsittelytoiminnallisuuden testaamiseen. Erityisesti syöte- ja tulosarvojen ekvivalenssiluokittelua sovelletaan testitapausten valinnassa, sekä testioraakkeleja käytetään järjestelmän ulostulosignaalien tarkastuksen automatisointiin. Audiotekniikan alalta sovelletaan useita signaalin analysointimenetelmiä. Muun muassa koherenttia näytteistystä käytetään parhaan mittaustarkkuuden saavuttamiseksi. Testaus on suunniteltu tehtäväksi järjestelmätasolla läpi koko järjestelmän käyttäen alustan tarjoamaa sovellusohjelmointirajapintaa. Tällöin yksittäiset algoritmit toimivat lopullisessa yhteydessään. Lisäksi testaus on parametrisoitu, jotta mahdollistetaan joustava ja kattava testitapausten määrittely kohtuullisella vaivalla. Tämä asettaa vaatimuksia testin analysointitoiminnallisuuden toteutukselle. Työ kokoaa sekä ohjelmistotekniikan että audiotekniikan metodiikkaa. Päätuloksena esitetään menetelmät ja käytännön toteutukset, joita tarvitaan audio-ohjelmistojen automatisoidussa testauksessa

S-89 Acoustics and Audio Signal Processing

Automated system level testing of a software audio platfor

Neural realignment of spatially separated sound components

Natural auditory scenes often consist of several sound sources overlapping in time, but separated in space. Yet, location is not fully exploited in auditory grouping: spatially separated sounds can get perceptually fused into a single auditory object and this leads to difficulties in the identification and localization of concurrent sounds. Here, the brain mechanisms responsible for grouping across spatial locations were explored in magnetoencephalography (MEG) recordings. The results show that the cortical representation of a vowel spatially separated into two locations reflects the perceived location of the speech sound rather than the physical locations of the individual components. In other words, the auditory scene is neurally rearranged to bring components into spatial alignment when they were deemed to belong to the same object. This renders the original spatial information unavailable at the level of the auditory cortex and may contribute to difficulties in concurrent sound segregation.Peer reviewe