Im Vordergrund dieser Dissertation steht die Anwendung und Weiterentwicklung verschiedener Specklemesstechniken mit unterschiedlicher Kohärenz. Der Einsatz dieser Methoden dient der Beurteilung der Festigung geschichteter Farbaufträge auf Fragmenten aus der Terrakotta-Armee des Ersten Chinesischen Kaisers. Diese zeigen bei Austrocknung eine starke Schrumpfung, die zur Zerstörung der Farbschichten führt. Es werden Messungen mit einem Mikroskop-ESPI-System durchgeführt (Electronic Speckle Pattern Interferometry), mit dem Verformungsgebiete mit einem Durchmesser von einigen 10 mym aufgelöst werden können. Um das System besonders für schnell auftretende Verformungen nutzen zu können, wird ein räumlicher Phasenshift eingeführt. Es folgen Strukturmessungen mit Hilfe der OCT (Optical-Coherence-Tomographie). Es zeigt sich, dass der zweischichtige Aufbau der meisten Fragmente sehr gut aufgelöst werden kann. Im letzten Teil dieser Arbeit wird ein neues Verfahren, hier mit LCSI (Low-Coherence-Speckle-Interferometry) bezeichnet, entwickelt, um Verformungsmessungen an geschichteten Objekten und im Speziellen an den Lackschichten auf den Terrakotta-Fragmenten tiefenselektiv durchführen zu können. Durch Einsatz einer Superlumineszenzdiode von einigen 10 mym Kohärenzlänge vereint das LCSI-System die Eigenschaften eines Mikroskop-ESPI- und eines OCT-Systems. Es ist nun möglich, mit dem System Schichten, die weiter als die Kohärenzlänge der Lichtquelle auseinander liegen, getrennt voneinander zu vermessen. Die Kombination aus Strukturmessung zur Detektion möglicher Messbereiche mit der Fähigkeit, an diesen Bereichen Verformungsmessungen durchzuführen, stellt eine sinnvolle Ergänzung zu herkömmlichen ESPI-Messungen dar. Erste theoretische Ansätze zur Bestimmung der Grenzen dieses neuen Verfahrens werden vorgestellt. <dt.>
The aim of this thesis is the application and further development of different kinds of Speckleinterferometry with varying coherence-length. These methods are used to determine the conservation of colour layers on fragments of the terracotta-army of the first Chinese emperor. These layers are shrinking while getting dry, thus leading to the destruction of the coloured layers. First measurements are performed with a microscopic ESPI-Setup (Electronic Speckle Pattern Interferometry). This setup enables the investigation of deformation regions with a diameter of some 10 mym. To be capable of measuring fast movements a spatial phaseshift is used. Furthermore some OCT (Optical Coherence Tomography) measurements are performed to show the depth structure of the colour layers. The two-layer structure that is common on most fragments can be resolved clearly. The last part of this thesis deals with a new kind of measurement, which is called LCSI (Low Coherence Speckle Interferometry). It is developed to measure deformations on layered objects -especially on the colour layers of the terracotta fragments- for each layer separately. This means ESPI measurements with depth resolution. By using a super luminiscence diode of several 10 mym coherence length this becomes a combination of microscopic ESPI and OCT. It is now possible to separately investigate layers that are apart more than the coherence length of the system. The combination of measuring the structure of an object together with the ability of measuring deformations on certain regions in the volume shows a reasonable improvement of ESPI. First theoretical aspects to determine the boundaries of the new system are presented. <engl.>
Ziel dieser Arbeit ist es, die Verarbeitung amplituden-modulierter (AM) akustischer Signale durch das auditorische System der Säuger zu verstehen. Hierzu ist ein biologisch motiviertes neuronales Modell entwickelt worden. Die erste Komponente des Modells ermöglicht die Simulation der Antworten sogenannter "ideal onset" Neurone im Nucleus Cochlearis. Diese Neurone zeichnen sich besonders dadurch aus, daß sie die Modulationsfrequenz von AM-Signalen durch ihre zeitliche Aktivität kodieren. Die zweite Komponente des Modells besteht aus einer Verschaltung verschiedener neuronaler Antworttypen. Mit Hilfe dieser Verschaltung wird die zeitliche AM-Information, die durch das "ideal onset" Modell bereitgestellt wird, in einen auf Feuerraten basierenden AM-Code umgewandelt. Der auf Feuerraten basierende AM-Code wird durch Neurone repräsentiert, die für bestimmte Modulationsfrequenzen selektiv sind, da sie bandpaßförmige Raten-Modulationsübertragungsfunktionen mit unterschiedlichen besten Modulationsfrequenzen besitzen. Das neuronale Modell erlaubt die Kodierung der Modulationsfrequenzkomponenten für eine Reihe von unterschiedlichen AM-Signalen. Im dritten Teil der Arbeit wird eine Erweiterung des Modells vorgestellt, mit deren Hilfe ein Vergleich zwischen den Simulationsergebnissen und dem psychoakustischen Konzept der Modulationsfilter ermöglicht wird. Dabei wird gezeigt, daß das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte neuronale Modell sich sowohl mit Ergebnissen aus neurophysiologischen Ableitungen als auch mit psychoakustischen Konzepten im Einklang befindet und somit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der AM-Verarbeitung im auditorischen System der Säuger leistet. <dt.>
This thesis aims at understanding the processing of amplitude modulated (AM) acoustic stimuli in the mammalian auditory system. A biologically motivated neural model of AM processing has been developed. The first main component of the model allows for the simulation of the response properties of cochlear nucleus ideal onset units, a neuron type that is known to encode the modulation frequency of AM stimuli by its distinct temporal responses. The second model component consists of a neural circuit that transforms temporal AM information, provided by the ideal onset model, into a rate-based representation of AM information. This rate-based representation is given by modulation-frequency selective neurons exhibiting bandpass shaped rate modulation transfer functions with different best modulation frequencies. The neural model allows for encoding the modulation content of a variety of AM stimuli. In the third part of the thesis, the model is further extended in order to compare the simulation results to the amplitude modulation filter concept derived from recent psychoacoustical data. Overall, the biologically motivated neural model is found to be in line with results from both neurophysiological recordings and psychoacoustic concepts and might therefore provide an important step towards a better quantitative understanding of the AM processing principles in the mammalian auditory system. <engl.>
In dieser Dissertation werden neuartige spektro-temporale Merkmale untersucht, die einer Verbesserung der Robustheit automatischer Spracherkennungssysteme unter ungünstigen akustischen Bedingungen dienen sollen. Ergebnisse physiologischer und psychoakustischer Arbeiten weisen auf eine wichtige Rolle spektro-temporaler Verarbeitung bei der Sprachwahrnehmung des Menschen hin. Daher werden Sigma-pi Zellen und Gabor Filter als Methoden zur Extraktion sekundärer Merkmale auf Basis einer spektro-temporalen Repräsentation evaluiert. Insbesondere die Gabor Merkmale beinhalten das Cepstrum sowie eine rein zeitliche Filterung als Spezialfälle, wobei darüber hinaus auf spektro-temporale Modulationen gezielt wird. Eine datenbasierte Methode zur Merkmalsselektion wird zur Optimierung der Merkmalssätze verwendet. Beide Typen von Merkmalen zeigen eine erhöhte Robustheit bei Experimenten mit kleinen Wortschätzen. Sigma-p Zellen erlauben zudem eine Schätzung des Sprach-zu-Rausch-Abstandes des Eingangssignals allein aufgrund kleiner spektro-temporaler Modulationen. Durch Anhängen von Gabor-basierten Merkmalen kann die Erkennungsleistung des Qualcomm-ICSI-OGI Erkenners im Aurora Experiment weiter verbessert werden. <dt.>
In this thesis, novelle spectro-temporal feature extraction techniques are evaluated for enhancing the robustness of automatic speech recognition systems (ASR) in adverse acoustical conditions. Recent physiological and psychoacoustical findings indicate that spectro-temporal processing plays an important role in human speech perception. Therefore, sigma-pi cells and Gabor filter functions are investigated as secondary feature extraction methods based on a spectro-temporal representation. Especially the Gabor features are versatile enough to include cepstral features and purely temporal filtering as special cases, while additionally aiming at combined spectro-temporal modulations. A data driven feature selection method is applied for feature set optimization. For small vocabularies, both types of features are shown to increase the robustness of ASR systems. Sigma-pi cells also allow for estimating the speech-to-noise ratio of an input signal solely based on low spectro-temporal modulation. The Gabor based Tandem feature sets increase the performance of the Qualcomm-ICSI-OGI system for the Aurora task, when concatenating the two streams. <engl.>
In dieser Dissertation wird die Digitale Speckle-Korrelation (DSC) als Methode zur Messung von dreidimensionalen Verformungsfeldern und Oberflächenprozessen, d.h. Änderungen in der Mikrostruktur der Oberfläche, präsentiert. Das Verfahren beruht auf einer detaillierten Analyse von Änderungen im gestreuten Specklefeld einer mit Laserlicht beleuchteten rauen Oberfläche mittels digitaler Bildverarbeitung. Der extrem einfache und robuste optische Aufbau ist gut für Anwendungen in rauer Umgebung außerhalb des Labors geeignet, z.B. in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (NDT). Im ersten Teil der Arbeit wird ein neues Verfahren zur Bestimmung des vollständigen Verformungsfeldes - insbesondere der bisher nicht zugänglichen out-of-plane Komponente - entwickelt. Die Messung basiert auf einer Analyse der spektralen Abhängigkeit der durch lokale Verkippung hervorgerufenen Dekorrelation. Die Messgenauigkeit liegt im Bereich 1/10 Wellenlänge und ist mit interferometrischen Verfahren (z. B. ESPI) vergleichbar. Im zweiten Teil werden verschiedene Theorien zur Lichtstreuung an rauen Oberflächen (u.a. Störungstheorie, Kirchhoff Näherung, 2-Skalen Modell) weiterentwickelt, um die Korrelation der gestreuten Specklefelder durch Parameter der Mikrostrukturänderung zu beschreiben. Die theoretischen Zusammenhänge werden durch Vergleichsmessungen mit hochauflösender Rasterkraftmikroskopie (SFM) und durch Korrelationsmessungen mit variierenden Parametern experimentell verifiziert. Die Ergebnisse erlauben erstmals eine quantitative Beobachtung von Oberflächenprozessen mit einem berührungslosen optischen Verfahren. <dt.>
This thesis presents a detailed investigation of Digital Speckle Correlation (DSC) as a tool for the measurement of three-dimensional deformation fields and surface processes, i.e. changes in the microstructure of the surface. The method is based on a detailed analysis of the changes in the speckle field that is scattered from a laser-illuminated rough surface, using digital image processing. The extremely simple and robust optical setup is suited for uses in harsh environments outside the laboratory, e.g. in Non-Destructive Testing (NDT) applications. In the first part of the thesis, a new technique is presented to determine the complete deformation field, in particular the hitherto inaccessible out-of-plane component. The measurement relies on the analysis of the spectral properties of the decorrelation which is caused by local tilt. The accuracy of the measurement is about one tenth of the used wavelength, and thus comparable to interferometric techniques (e.g. ESPI). In the second part, different theoretical approaches to describe the scattering at random rough surfaces, including perturbation theory, Kirchhoff theory and the two-scale model, are advanced to determine the correlation of the scattered speckle fields in terms of parameters of the surface microstructure changes. The theoretical relations are verified by comparative measurements with high resolution scanning force microscopy (SFM) and by correlation measurements under a variation of experimental parameters. The results allow for the first time a quantitative whole-field monitoring of surface processes by remote optical means.<engl.>
Die Dissertation befasst sich mit der Lautheitswahrnehmung bei Normal- und Schwerhörenden. Kapitel 2 zeigt die Ergebnisse einer Feldstudie mit einem tragbaren DSP-Hörgerät, welches versucht die individuelle Lautheitswahrnehmung Schwerhörender mit verschiedenen Strategien zur Dynamikkompression zu restaurieren. In Kapitel 3 werden zwei Methoden zur Messung der Lautheitswahrnehmung (Lautheitsvergleich und kategoriale Lautheitsskalierung) miteinander verglichen. Die übrigen Kapitel beschäftigen sich mit der Modellierung der Lautheitswahrnehmung stationärer Schalle bei Normal- und Schwerhörenden basierend auf Daten, die mit Hilfe der Lautheitsskalierung gewonnen wurden. Während Kapitel 4 eine Übersicht über verschiedene Versionen des von Zwicker vorgestellten Lautheitsmodells gibt, wird ein neues Lautheitsmodell (Das 'Oldenburger Lautheitsmodell') in Kapitel 5 eingeführt. Das Modell ist in der Lage, individuelle Daten Schwerhörender besser vorher zu sagen und berücksichtigt neueste Daten über die Isophonen. In Kapitel 6 wird eine Evaluation des Modells im Vergleich zu anderen, aus der Literatur bekannten, Modellen vorgestellt. <dt.>
This thesis is devoted towards the loudness perception of normal- and hearing-impaired listeners. It starts with a description of a field-test performed with a wearable DSP prototype hearing aid, which aims at restoring loudness perception in the individual hearing-impaired listener with different dynamic compression algorithms (chapter 2). In chapter 3 two methods (loudness matching and categorical loudness scaling) for assessing loudness perception are tested against each other. The reminder of the thesis is devoted towards modeling normal and impaired loudness perception for stationary sounds based on data derived from the method of loudness scaling. While chapter 4 gives a review of the literature on different versions of the loudness models based on the approach by Zwicker, a new loudness model (The 'Oldenburg Loudness Model') is introduced in chapter 5. This model has the advantage of better predicting the individual data of hearing-impaired listeners and taking into consideration the most recent data on equal-loudness level contours. Chapter 6 performs an evaluation of this model in comparison with two other models known from the literature. <engl.>
Konfokale Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) ermöglicht über zeitliche Signalfluktuationen, die Dynamik von Biomolekülen zu erfassen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige Mehrfarben-Konzepte kombiniert mit Zweiphotonenanregung entwickelt, die eine Analyse molekularer Wechselwirkungen bei extrem niedrigen Probenkonzentrationen in transparenten Medien erlauben, bis hin zu lebenden Zellen. Diese Methoden bieten erhebliche Vorteile bzgl. Signalqualität und Zellviabilität mit der zusätzlichen Option, zwei spektral verschieden emittierende Fluorophore effizient mit nur einer Laserlinie anzuregen. Unter Einsatz von zwei- und dreifarbig markierten Assays konnten z.B. Protein-Protein-Wechselwirkungen in vitro und in vivo quantitativ verfolgt werden. Die Konzepte eröffnen somit vielversprechende Perspektiven, Michaelis-Menten-Komplexe oder Rezeptor-Komplexe zu charakterisieren, insbesondere im Hinblick auf die Entschlüsselung intrazellulärer Signalübertragung, welches Ziel vieler aktueller biowissenschaftlicher Forschung ist. <dt.>
Confocal fluorescence correlation spectroscopy FCS, as a time-averaging fluctuation analysis, has proved to be a powerful tool for detection and temporal investigation of biomolecules. Within the scope of this work, advanced multi-color concepts combined with two-photon excitation have been developed allowing for analysis of molecular interactions at extremely low concentrations in any transparent microenvironment, including living cells. This technique offers considerable advantages in signal quality and cell viability, along with the ability to simultaneously excite two spectrally distinct fluorophores with a single laser line. Studies on dual- and triple fluorophore assays assessing (reversible) protein-protein interactions are exemplified in vitro and in vivo. This concepts offer bright prospects to characterize Michaelis-Menten complexes or receptor complexes, particularly with regard to decoding intracellular signaling as a goal of many current in vivo studies. <engl.>
Die Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Analyse von CdTe-Solarzellen. Im ersten präparativen Teil dieser Arbeit stelle ich ein Verfahren vor, in dem das Aktivierungsmittel CdCl2 bzw. NaCl durch Aerosolbeschichtung homogen auf den CdTe-Absorber aufgetragen und zur Aktivierung benutzt wird. Des weiteren wird als Rückkontaktzwischenschicht mittels DC-Kathodenzerstäubung hergestelltes Sb2Te3 untersucht. Die bei 180C Substrattemperatur erhaltene Schicht ist als Kontaktzwischenschicht chemisch stabil und hat eine ausreichende Leitfähigkeit. Bei Raumtemperatur hergestellte Sb-Te-Schichten weisen eine neue Phase des Sb-Te-Materialsystems auf. Im zweiten Teil werden für die ungewöhnlichen Veränderungen der I/U-Kennlinienform durch Beleuchtung der CdTe- bzw. Cu(In,Ga)Se2-Solarzelle Modelle vorgestellt. Diese Modelle basieren auf der Kompensation der Dotierung des CdS bzw. CdTe durch tiefe Störzellen. Die Modelle wurden simuliert und mit gemessenen Daten verglichen. <dt.>
This work concerns with the production and analysis of CdTe solar cells. The first preparative part of this work deals with the activation of the CdTe solar cell. A procedure is shown how to cover the CdTe layer homogeniously with CdCl2 or NaCl via an aerosol deposition. Furthermore an intermediate back contact layer made of DC-sputtered Sb2Te3 is investigated. The intermediate back contact layer prepared at 180C substrate temperature is chemical stable and sufficient conducting. Sb-Te layers produced by room temperature show an unknown phase of the Sb-Te material system. In the second part I present models for the unusual change of the i/v-curve shapes due to illumination of the CdTe- and Cu(In,Ga)Se2-solar cells. These models are based on the compensation of the doping of CdS and CdTe with deep traps. They have been simulated and compared to the measured data. <engl.>