Sprachverständlichkeit in komplexen Situationen, das sogenannte "Cocktail-Party-Problem", wird stark von der Fähigkeit des Hörers beeinflusst, beide Ohren benutzen zu können. Diese Dissertation stellt die Entwicklung eines Modells der binauralen Sprachverständlichkeit und seine Überprüfung für ausgewählte binaurale Situationen vor. Das Modell wurde für die Vorhersage von binauraler Sprachverständlichkeit in fluktuierendem Rauschen erweitert, und die Gültigkeit der Annahme, dass die binaurale Verarbeitung in verschiedenen Bändern unabhängig voneinander ist, wurde überprüft. Insgesamt ist das Modell in der Lage, binaurale Sprachverständlichkeitsschwellen in Situationen mit einer stationären, sprachsimulierenden Störquelle an verschiedenen Azimutwinkeln in der Horizontalebene und unter verschiedenen raumakustischen Bedingungen vorherzusagen. Die Vorhersage binauraler Sprachverständlichkeit in fluktuierendem Rauschen ist weniger genau, aber als Machbarkeitsstudie angemessen. <dt.>
Speech intelligibility in complex situations, the so-called "cocktail party problem", is strongly affected by the ability of the listener to use both ears, that is to use binaural hearing. This dissertation presents the development of a model of binaural speech intelligibility and its evaluation for selected binaural conditions. The model was extended for the prediction of binaural speech intelligibility in fluctuating noise and the validity of the multi-band approach with independent binaural processing in different frequency bands was examined. Generally, the model is capable of predicting the binaural speech reception threshold for normal-hearing and hearing-impaired subjects in situations with one steady-state, speech-shaped noise source at different azimuths in the horizontal plane and under different room acoustical conditions. The prediction of binaural speech intelligibility in fluctuating noise is reasonable as a proof of concept. <engl.>
Zentrales Thema dieser Arbeit ist die Modellierung komplexer Systeme mit stochastischen Prozessen. Die jeweils zugrunde liegende Dynamik wird dabei durch effektive Langevin-Gleichungen beschrieben, und die diese Gleichungen bestimmenden Funktionen für Drift und Diffusion werden auf der Basis eines von Friedrich und Peinke entwickelten Verfahrens direkt aus einem gemessenen Datensatz bestimmt. Der Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt dabei auf der Anwendung der Methode auf experimentelle Daten. Insbesondere werden entsprechende Beeinträchtigungen diskutiert, die eine zuverlässige Schätzung von Drift- und Diffusionskoeffizienten verhindern. Je nach Beeinträchtigung werden verschiedene Schätzwerte definiert und deren Abweichungen zu den intrinsischen Funktionen untersucht. Nach einer Einführung in die dem Verfahren zugrunde liegende Theorie und einem kritischen Überblick über bisher publizierte Anwendungsbeispiele werden zwei Awendungen näher untersucht. Die erste Anwendung ist die Modellierung der Leistungsabgabe einer Windenergieanlage auf der Basis von gemessenen Windgeschwindigkeits- und Leistungsdaten. In einer zweiten Anwendung wird das menschliche Gleichgewichtsverhalten in Rahmen eines Balancierexperiments analysiert. <dt.>
Central topic of this thesis is the modelling of complex systems as stochastic processes. In this regard, the underlying dynamics of the considered process is described by means of effective Langevin equations. The functions for drift and diffusion determining these equations are derived directly form a set of measured data, based on a procedure proposed by Friedrich and Peinke. The focus of this thesis is on the application of this procedure to experimental data. In particular, respective disturbances are discussed that complicate a reliable estimation of the drift and diffusion coefficients. After an introduction to the theory forming the basis of the considered method and a critical overview over previous examples of application, two specific applications are discussed in more detail. The first application is the modelling of a wind turbine's power output on the basis of measured wind speed and power data. In a second application, the process of human postural control is analyzed with respect to a balance experiment. <engl.>
Es werden Methoden für eine effiziente Kodierung natürlicher Töne vorgeschlagen, die auf dem Konzept der "spärlichen Kodierung" basieren, ein Hauptmechanismus in der neurosensorischen Informationsverarbeitung. Eine verbesserte Audioqualität, insbesondere bei niedrigen Bitraten, wurde in dem Audiokodierungsverfahren MPEG-2/4 AAC erreicht durch den Austausch der modifizierten diskrete Kosinustransformation (MDCT) durch ein verschiebungsinvariantes spärliches Signalmodel (Matching Pursuit). Es konnte gezeigt werden, dass die Anzahl M>100 Gammatonfiltern (2.4 Filter pro ERB) eine fast perfekte Rekonstruktion des Signalraumes der natürlichen Töne ermöglicht. Weiterhin wird gezeigt, wie mittels Signifikanzbäumen eine effektive Kodierung spärlicher Koeffizienten erreicht werden kann. Unter Verwendung einer datenabhängigen Menge von Signifikanzbäumen kann dieses Kodierungskonzept den hochmodernen Audiokodierer MPEG-2/4 für Bitraten unterhalb von 32 kbps übertreffen, während es zusätzlich eine feinabgestimmte Bitratenskalierbarkeit ermöglicht. <dt.>
Basierend auf Ergebnissen des Forschungsprojekts Ideal Cabin Environment (ICE), welches die Interaktion verschiedener Umweltparameter auf das Wohlbefinden von Passagieren in einer Flugzeugkabine untersucht, wurde ein Verfahren zur Parametrisierung der beobachteten Antwortverteilungen entwickelt und angewendet. Die Anpassung der Verteilungen erfolgt mittels der (diskreten) Poisson-Verteilungsfunktion, die durch Lambda vollständig beschrieben ist. Für den analysierten Datensatz wurde für 95% der beobachteten Antwortverteilungen eine statistisch signifikant gute Anpassung erreicht. Die des Weiteren durchgeführte Untersuchung temporärer Ruhehörschwellenverschiebungen 30min nach 7-stündigen simulierten Flügen mittels eines neuartigen adaptiven Messsystems führte zu einer signifikanten Verschiebung von 0,7dB. Abschließend werden Auswirkungen von Schall und Vibrationen auf Gesundheit, Reisekomfort und Arbeitsleistung der Flugzeugcrew während simulierter und realer Langstreckenflüge dargestellt. <dt.>
Based on results of the research project Ideal Cabin Environment (ICE), dealing with interaction of different environmental conditions with passenger well-being, a new method to parameterize observed answer distribution was developed and used. It is done by an approximation with (discrete) Poisson-distribution, characterized completely by single parameter lambda. For analysed subjective ratings a success rate of 95% in representing the observed data distribution was identified. The investigation of potential temporary threshold differences during long-haul flights due to noise load in aircraft cabin revealed a statistically significant threshold shift of 0.7dB, measured 30min after simulated 7h flights. Finally, the impact of sound and vibration on health, travel comfort and performance of flight attendants and pilots during simulated as well as real long-haul-flights are presented as one result of the research project HEACE. <engl.>
In der vorliegenden Arbeit wurden Fragestellungen der Bioinformatik mit Monte Carlo Verfahren der statistischen Physik behandelt. Beim Vergleich von molekularen Sequenzen verwendet man statistische Tests, um die Signifikanz beobachteter Ähnlichkeiten zu quantifizieren. Verteilungen der optimalen Alignment-Scores über Zufallssequenzen sind ein wichtiger Bestandteil solcher Tests. Ich erweiterte eine bereits bestehende Arbeit, in der große Abweichungen von der vorhergesagten Gumbel-Verteilung gefunden wurde, auf weitere biologisch relevante Protein- und Score-Modelle. In den meisten Fällen konnten die Abweichungen durch eine heuristisch modifizierte Gumbel-Verteilung beschrieben werden. In einer ähnlichen Weise bestimmte ich die Verteilung der minimalen freien Energie von RNA Sekundärstrukturen über Zufallssequenzen. Außerdem untersuchte ich die Dynamik verschiedener Monte Carlo Algorithmen in komplexen Energielandschaften und deren Zusammenhang mit statischen Eigenschaften. <dt.>
This thesis treats problems from bioinformatics with Monte Carlo methods from statistical physics. Methods to compare molecular sequences (sequence alignment) make use of statistical tests to assess the significance of observed similarities. Distributions of optimal alignment scores over random sequences are integral parts of such tests. I extended an existing work where large deviations from the asymptotically predicted Gumbel distribution were found to further biologically relevant scoring and protein models. In most cases, deviations could be described by an heuristically modified Gumbel distribution. In a similar way, I studied the minimum free-energy distribution of RNA secondary structures over ensembles of random sequences. Furthermore I investigated the dynamics of different Monte Carlo algorithms in complex energy landscapes and the connection to static properties. <engl.>