Equalization Techniques for Headphone Listening

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Välimäki, Vesa, Prof., Aalto University, Department of Signal Processing and Acoustics, Finland
dc.contributor.author Rämö, Jussi
dc.date.accessioned 2014-10-17T09:00:16Z
dc.date.available 2014-10-17T09:00:16Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5879-5 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5878-8 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/14206
dc.description.abstract The popularity of headphones has increased rapidly along with digital music and mobile phones. The environment in which headphones are used has also changed quite dramatically from silent to noisy, since people are increasingly using their headphones while commuting and traveling. Ambient noise affects the quality of the perceived music as well as compels people to listen to the music with higher volume levels. This dissertation explores headphone listening in the presence of ambient sounds. The ambient sounds can be either noise or informative sounds, such as speech. The first portion of this work addresses the first case, where the ambient sounds are undesirable noise that deteriorates the headphone listening experience. The second portion tackles the latter case, in which the ambient sounds are actually informative sounds that the user wants to hear while wearing headphones, such as in an augmented reality system. Regardless of the nature of the ambient sounds, the listening experience can be enhanced with the help of equalization. This work presents a virtual listening test environment for evaluating headphones in the presence of ambient noise. The simulation of headphones is implemented using digital filters, which enables arbitrary music and noise test signals in the listening test. The disturbing effect of ambient noise is examined with the help of a simulator utilizing an auditory masking model to simulate the timbre changes in music. Another study utilizes the same principles and introduces an adaptive equalizer for mitigation of the masking phenomenon. This psycho- acoustic audio processing system was shown to retain reasonably low sound pressure levels while boosting the music, which is highly important from the viewpoint of hearing protection. Furthermore, two novel hear-through systems are proposed, the first of which is a digital augmented reality headset substituting and improving a previous analog system. The second system is intended to be worn during loud concerts as a user-controllable hearing protector and mixer. The main problem in both of the systems is the risk of a comb filtering effect, which can deteriorate the sound quality. However, it is shown that the comb filtering effect is not detrimental due to the passive isolation of an in-ear headset. Finally, an optimization algorithm for high-order graphic equalizer is developed, which optimizes the order of adjacent band filters to reduce ripple around the filter transition bands. Furthermore, a novel high-precision graphic equalizer is introduced based on parallel second- order sections. The novel equalization techniques are intended for use not only in headphone applications, but also in wide range of other audio signal processing applications, which require highly selective equalizers. en
dc.description.abstract Digitaalisen musiikin ja matkapuhelimien yleistyminen ovat lisänneet kuulokkeiden suosiota. Samalla kuulokkeiden tavallinen käyttöympäristö on muuttunut hiljaisesta meluisaksi, sillä ihmiset käyttävät kuulokkeita liikkuessaan. Taustamelu vaikuttaa havaittuun äänenlaatuun ja myös pakottaa ihmiset kuuntelemaan musiikkia suuremmalla äänenvoimakkuudella. Tässä väitöskirjatyössä tutkitaan kuulokekuuntelua tilanteissa, joissa kuullaan myös ympäristöstä lähtöisin olevia ääniä. Ympäristön äänet voivat olla melua tai informatiivisia ääniä, kuten puhetta. Tämän työn ensimmäinen osa keskittyy tapaukseen, jossa ympäristön äänet ovat kuulokekuuntelua häiritsevää melua. Toisessa osassa ympäristön äänet ovat informatiivisia hyötyääniä, jotka käyttäjä haluaa kuulla vaikka käyttäisikin kuulokkeita, kuten esim. lisätyn todellisuuden järjestelmässä. Kummassakin tapauksessa kuulokekuuntelukokemusta voidaan parantaa ekvalisaattorin avulla. Tässä työssä esitetään virtuaalinen kuuntelukoeympäristö kuulokkeiden arviointiin melussa. Kuulokkeiden simulointi on toteutettu digitaalisilla suotimilla, jotka mahdollistavat mielivaltaisten testisignaalien käytön. Taustamelun aiheuttamaa peittoilmiötä tutkitaan simulaattorin avulla, joka hyödyntää auditiivista peittomallia simuloimaan havaittua musiikkia melussa. Samoja periaatteita hyödyntämällä on toteutettu myös psykoakustinen adaptiivinen ekvalisaattori, joka mukautuu kuunneltavaan musiikiin ja ympäristön meluun. Työssä näytettiin, että ekvalisaattori säilyttää musiikin kohtuullisen äänipainetason, koska se vahvistaa vain tarvittavia taajuusalueita. Tämä on erittäin tärkeää kuulovaurioiden ehkäisemisen kannalta. Työssä esitetään myös kaksi digitaalista läpikuuluvuussovellusta, joista ensimmäinen on analogisen järjestelmän paranneltu versio. Toinen sovellus on kehitetty konsertteja varten, joissa tarvitaan kuulonsuojausta. Sovellus mahdollistaa käyttäjäkohtaisen kuulonsuojauksen ja läpikuultavan musiikin ekvalisoinnin. Molempien sovellusten ongelmana on mahdollinen kampasuodinilmiö, joka voi heikentää järjestelmän äänenlaatua. Työssä kuitenkin osoitettiin, että kampasuodinilmiö on hallittavissa tulppakuulokkeiden hyvän vaimennuskyvyn ansiosta. Lisäksi tässä työssä kehitetään korkea-asteiselle graafiselle ekvalisaattorille optimointi-algoritmi, joka vähentää ekvalisaattorin vasteen värähtelyä siirtymäkaistoilla. Tässä työssä kehitettiin myös uusi tarkka graafinen ekvalisaattori, joka perustuu rinnakkaisiin toisen asteen suotimiin. Uusia ekvalisointitekniikoita voidaan käyttää kuulokesovellusten lisäksi myös monissa muissa audiosignaalinkäsittelyn sovelluksissa. fi
dc.format.extent 75 + app. 76
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 147/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: J. Rämö and V. Välimäki. Signal Processing Framework for Virtual Headphone Listening Tests in a Noisy Environment. In Proc. AES 132th Convention, 6 pages, Budapest, Hungary, April 2012.
dc.relation.haspart [Publication 2]: J. Rämö, V. Välimäki, M. Alanko, and M. Tikander. Perceptual Frequency Response Simulator for Music in Noisy Environments. In Proc. AES 45th Int. Conf., 10 pages, Helsinki, Finland, March 2012.
dc.relation.haspart [Publication 3]: J. Rämö, V. Välimäki, and M. Tikander. Perceptual Headphone Equalization for Mitigation of Ambient Noise. In Proc. Int. Conf. Acoustics, Speech, and Signal Processing, pp. 724–728, Vancouver, Canada, May 2013. DOI: 10.1109/ICASSP.2013.6637743
dc.relation.haspart [Publication 4]: J. Rämö and V. Välimäki. Digital Augmented Reality Audio Headset. Journal of Electrical and Computer Engineering, Vol. 2012, Article ID 457374, 13 pages, September 2012.
dc.relation.haspart [Publication 5]: J. Rämö, V. Välimäki, and M. Tikander. Live Sound Equalization and Attenuation with a Headset. In Proc. AES 51st Int. Conf., 8 pages, Helsinki, Finland, August 2013.
dc.relation.haspart [Publication 6]: J. Rämö and V. Välimäki. Optimizing a High-Order Graphic Equalizer for Audio Processing. IEEE Signal Processing Letters, Vol. 21, No. 3, pp. 301–305, March 2014. DOI: 10.1109/LSP.2014.2301557
dc.relation.haspart [Publication 7]: J. Rämö, V. Välimäki, and B. Bank. High-Precision Parallel Graphic Equalizer. IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech and Language Processing, Vol. 22, No. 12, pp. 1894–1904, December 2014. DOI: 10.1109/TASLP.2014.2354241
dc.subject.other Acoustics en
dc.title Equalization Techniques for Headphone Listening en
dc.title Ekvalisointitekniikoita kuulokekuunteluun fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Signal Processing and Acoustics en
dc.subject.keyword acoustic signal processing en
dc.subject.keyword audio systems en
dc.subject.keyword augmented reality en
dc.subject.keyword digital filters en
dc.subject.keyword psychoacoustics en
dc.subject.keyword akustinen signaalinkäsittely fi
dc.subject.keyword audiojärjestelmät fi
dc.subject.keyword digitaaliset suodattimet fi
dc.subject.keyword lisätty todellisuus fi
dc.subject.keyword psykoakustiikka fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5879-5
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Välimäki, Vesa, Prof., Aalto University, Department of Signal Processing and Acoustics, Finland
dc.opn Olive, Sean, Dr., Harman International, USA
dc.rev Härmä, Aki, Dr., Philips Research, The Netherlands
dc.rev Reiss, Joshua D., Dr., Queen Mary University of London, UK
dc.date.defence 2014-10-31


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account