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'PALM' is an acronym of Pathway Language of Mapping, which is inspired by the movement of the northern lights (aurora borealis). The display dynamic patterns of brilliant lights that appear as curtains, rays, spiral, or dynamic flickers covering the entire sky. These moving visual images are resembled in the terms of sound spectra, which allow actualizing a temporal sonic world in panoramic sound landscape is heard as moving texture and timbre in twenty one groups under ten large shifts. To succeed in an approach of the listening perception, the groups of movements by frequency modulations in interlacing texture are shaped selectively through the observation of the 24-hour cycle live cam of the northern lights.

This dissertation attempts to motivate, derive and imply potential uses for a generalized perceptual theory of musical harmony called psychoacoustic entropy theory. This theory treats the human auditory system as a physical system which takes acoustic measurements. As a result, the human auditory system is subject to all the appropriate uncertainties and limitations of other physical measurement systems. This is the theoretic basis for defining psychoacoustic entropy. Psychoacoustic entropy is a numerical quantity which indexes the degree to which the human auditory system perceives instantaneous disorder within a sound pressure wave. Chapter one explains the importance of harmonic analysis as a tool for performance practice. It also outlines the critical limitations for many of the most influential historical approaches to modeling harmonic stability, particularly when compared to available scientific research in psychoacoustics. Rather than analyze a musical excerpt, psychoacoustic entropy is calculated directly from sound pressure waves themselves. This frames psychoacoustic entropy theory in the most general possible terms as a theory of musical harmony, enabling it to be invoked for any perceivable sound. Chapter two provides and examines many widely accepted mathematical models of the acoustics and psychoacoustics of these sound pressure waves. Chapter three introduces entropy as a precise way of measuring perceived uncertainty in sound pressure waves. Entropy is used, in combination with the acoustic and psychoacoustic models introduced in chapter two, to motivate the mathematical formulation of psychoacoustic entropy theory. Chapter four shows how to use psychoacoustic entropy theory to analyze the certain types of musical harmonies, while chapter five applies the analytical tools developed in chapter four to two short musical excerpts to influence their interpretation. Almost every form of harmonic analysis invokes some degree of mathematical reasoning. However, the limited scope of most harmonic systems used for Western common practice music greatly simplifies the necessary level of mathematical detail. Psychoacoustic entropy theory requires a greater deal of mathematical complexity due to its sheer scope as a generalized theory of musical harmony. Fortunately, under specific assumptions the theory can take on vastly simpler forms. Psychoacoustic entropy theory appears to be highly compatible with the latest scientific research in psychoacoustics. However, the theory itself should be regarded as a hypothesis and this dissertation an experiment in progress. The evaluation of psychoacoustic entropy theory as a scientific theory of human sonic perception must wait for more rigorous future research. / Music Performance / Accompanied by one compressed .zip file.

Information systems that employ synthetic speech are emerging daily in the consumer market. However, many of these systems are being developed without first investigating the numerous factors that affect the design and usability of these systems. This study investigated the effects of 16 variables on a telephone information system which uses synthetic speech as the display modality. The information system was for a fictitious department store. Subjects telephoned the system and searched for information messages on specific store items. Upon hearing the message, subjects transcribed what they heard and rated their perceived difficulty in understanding the message, their confidence in correctly remembering the message, and their perceived difficulty in finding the store item in the system. Subject search performance measures were recorded during each search, and system evaluation subjective ratings were collected at the end of each experimental session. A Hadamard 32x32 matrix design was used in this screening study to test efficiently the main effects of the 16 variables on 23 measures of user performance. Only 32 data points were required to evaluate the variables in the screening study. The analyses identified 8 variables (speech rate, menu organization, number of targets, wallet guide, menu feedback, background music, subject age, and subject gender) as having a significant effect in at least two tests; 4 variables (voice type, pause/resume, repeat keyword, and command feedback) as having a significant effect in one test; and 4 variables (input timeout, system response time, selection feedback, and spell-out keyword) that did not have a significant effect in any test. The analyses also assessed the worth of the 12 dependent measures in providing meaningful test results. / Master of Science

The Interactive Video Data System (IVDS) project began with an initial abstract concept of achieving interactive television by transmitting hidden digital information in the audio of commercials. Over the course of three years such a communication method was successfully developed, the hardware systems to realize the application were designed and built, and several full-scale field tests were conducted. The novel coding scheme satisfies all of the design constraints imposed by the project sponsors. By taking advantage of psychoacoustic properties, the hidden digital signature is inaudible to most human observers yet is detectable by the hardware decoder. The communication method is also robust against most extraneous room noise as well as the wow and flutter of videotape machines. The hardware systems designed for the application have been tested and work as intended. A triple-stage audio amplifier buffers the input signal, eliminates low frequency interference such as human voices, and boosts the filtered result to an appropriate level. A codec samples the filtered and amplified audio, and feeds it into the digital signal processor. The DSP, after applying a pre-emphasis and compensation filter, performs the data extraction by calculating FFTs, compensating for frequency shifts, estimating the digital signature, and verifying the result via a cyclic redundancy check. It then takes action appropriate for the command specified in the digital signature. If necessary it will verbally prompt and provide information to the user, and will decode infrared signals from a remote control. The results of interactions are transmitted by radio frequency spread spectrum to a cell cite, where they are then forwarded to the host computer. / Master of Science

Community noise impact is an important factor in design of current generation aircraft, especially when considering projected trends in flight volume and urbanization. Simulation is a useful tool to evaluate the human annoyance response due to both current and proposed aircraft, and it has some advantages over field studies or playback of recordings. However, current simulation methods which are based on time-averaged prediction methods do not include short term fluctuations observed in recordings of real aircraft engines. Those fluctuations in both tonal and broadband sources provide psychoacoustic clues to listeners when evaluating flyover noise realism. When those short-term fluctuations are not included, simulation realism may suffer and evaluation results might not be applicable to real aircraft. This thesis presents work to analyze and model fluctuations in aircraft engine fan noise, using an existing set of static turbofan engine recordings. The inclusion of the observed fluctuations, which are unaccounted for in many current prediction and simulation routines, was expected to increase the perceived realism of simulated flyover events. The analysis of tonal fluctuations was performed by utilizing the complex-valued analytic signal to extract instantaneous amplitude and frequency. A simple parametric model was developed to represent each measured fluctuation using its spectral bandwidth and variance. The model was then used to generate new fluctuations which were perceptually similar to the original. Tonal synthesis was performed as the sum of many amplitude- and frequency-modulated tones. Analysis was also performed on the broadband fan noise component, which used output from the Short-Time Fourier Transform was used to characterize fluctuations in third-octave band SPL. Those fluctuations were not modeled as in the case of tonal fluctuations and were directly reproduced using an overlap-add synthesis tool. A subjective listening test was then conducted to evaluate the perceptual similarity between synthesized and recorded fan noise. That test concluded that synthesized tonal noise which included short-term fluctuations was perceived as more realistic than noise without. It also concluded that the addition of broadband fan noise components tended to mask tonal fluctuations. / Master of Science

This thesis describes a two part research program in which the applicability of subjective ratings to the selection of independent variables was evaluated. The first portion of the research reviewed a case study involving the application of complex system investigation to the development of a telephone inquiry system. A telephone inquiry system is one in which users seek information in a data base by calling the system, listening to information presented by a synthetic voice, and directing movement through the database with commands on the telephone keypad keys. The complex system investigation method used included identifying the independent variables by brainstorming, then reducing the list by subjecting the variables to literature review, feasibility analysis, relevance analysis, and subjective ratings of the factors based on a prototype system. Variables which were not likely to have an immediate impact on human performance in the system were set to a constant value. The use of subjective ratings to select independent variables stems from the need to reduce large numbers of independent variables to a list which can be used as candidates for a screening study. The result of the case study was a list of 19 candidate factors suggested for implementation in a screening study. The second portion of the research describes an experiment in which 5 independent variables ( number of steps in a search, adapting speech rate, transaction summary, native/non-native, and sex of the voice) were chosen to represent the 19 candidate factors in an experiment testing the validity of the ·subjective ratings technique. The results indicated that the subjective ratings of the prototype system were effective in predicting performance and subjective ratings. The impact of these results on the methodology and telephone inquiry systems is also discussed. / M.S.

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<u><b>Introduction</u></b><p><p align = "justify">Les surdités cochléaires induisent, outre une audibilité réduite, une série de distorsions de la représentation neurale des sons. Deux des mécanismes à la base de ces distorsions sont d’une part une atteinte de la sélectivité fréquentielle et d’autre part des zones neuro-épithéliales non fonctionnelles. Tant le premier que le second mécanisme apparaissent dans une proportion variable et non prédictible d’un sujet à un autre. Deux tests permettent le diagnostic de ces atteintes spécifiques: la Courbe d’Accord (Tuning Curve: TC) et le Threshold Equalising Noise (TEN) test. La TC, mesurée par une technique psychoacoustique chez un adulte collaborant (Psychophysical TC: PTC), consiste en la mesure du niveau de bruit (masqueur) nécessaire pour masquer un son pur (signal) de fréquence et d’intensité fixes. Le TEN test consiste en la mesure des seuils auditifs dans le silence et en présence d’un bruit égalisateur de seuil (TEN). Ces tests qui requièrent des capacités cognitives adultes normales, ne sont pas applicables aux populations pédiatriques prélinguales.<p>Ce travail de thèse avait pour but le développement d’un équivalent objectif et non invasif des TCs et du TEN test applicable aux populations pédiatriques. La méthode objective choisie fut les potentiels auditifs stationnaires ou ASSEPs (Auditory Steady State Evoked Potentials). Les ASSEPs sont une réponse électrophysiologique cérébrale évoquée par un stimulus acoustique de longue durée modulé en amplitude et/ou en fréquence.</p align = "justify"><p><u><b>Méthodes & Résultats</u></b><p><p>Etape 1<p><p align = "justify">Les développements méthodologiques ont été réalisés sur l’espèce canine et humaine adulte. Les ASSEPs n’ayant jamais été préalablement enregistrés chez le chien, une première étape à consister à définir chez cette espèce les paramètres d’enregistrement optimaux (modulation en amplitude optimale) dont on sait qu’ils interagissent avec l’état veille-sommeil, avec la fréquence testée et probablement avec l’espèce animale investiguée. <p>A cette fin, les seuils auditifs obtenus chez 32 chiens à l’aide des ASSEPs ont été validés à cinq fréquences audiométriques par comparaison aux seuils obtenus avec les potentiels auditifs du tronc cérébral évoqués aux bouffées tonales. <p>Les seuils obtenus aux ASSEPs avec les paramètres optimaux d’enregistrement (légèrement différents des paramètres optimaux humains) étaient similaires à ceux obtenus aux bouffées tonales. <p>Ces résultats ont été publiés dans Clinical Neurophysiology (Markessis et al. 2006; 117: 1760-1771).</p align = "justify"><p>Etape 2<p><p align = "justify">La possibilité de mesurer des TCs à l’aide des ASSEPs (ASSEP-TCs) a été évaluée sur 10 chiens. Les données canines ont été comparées à des données de la littérature, çàd aux TC enregistrées chez d’autres espèces et avec d’autres méthodes. Des ASSEP-TCs ont également été enregistrées chez 7 humains adultes et confrontées aux PTCs obtenues chez les mêmes sujets. Les PTCs sont typiquement energistrées avec un signal sinusoïdal alors que le stimulus utilisé pour évoquer un ASSEP est une sinusoïde modulée en amplitude. L’effet des sinusoïdes modulées en amplitude sur les paramètres qualitatifs et quantitatifs des TCs a donc été évalué en comparant les PTCs obtenues avec un son pur et avec un son pur modulé en amplitude chez 10 humains adultes. <p>Les résultats ont révélé que les ASSEP-TCs enregistrées chez le chien et l’humain présentaient des paramètres qualitatifs et quantitatifs similaires respectivement à ceux décrits dans la littérature et aux PTCs. Par ailleurs, auncun effet des stimuli modulés en amplitude sur les paramètres des PTCs n’a été démontré.<p>Ces données ont été publiées dans Ear & Hearing (Markessis et al. 2009, 30: 43-53).</p align = "justify"><p>Etape 3<p><p align = "justify">Les ASSEP-TCs ont été validées chez 10 chiens en comparant les données aux TC enregistrées par électrocochléographie (Compound Action Potential TC: CAP-TC). Le masqueur utilisé pour les CAP-TCs est typiquement une sinusoïde alors que le masqueur utilisé pour les ASSEP-TCs est un bruit à bande étroite. Dès lors, une comparaison du type de masqueur (sinusoïde vs bruit à bande étroite) sur les paramètres des CAP-TCs et ASSEP-TCs a été réalisée chez 10 chiens.<p>Les ASSEP-TCs chez le chien se sont révélées qualitativement et quantitativement similaires aux CAP-TCs quel que soit le type de masqueur. Elles presentaient par ailleurs l’avantage d’être moins variables, plus précises et non invasives par rapport aux CAP-TCs. <p>Ces données ont été publiées dans International Journal of Audiology (Markessis et al. 2010, 49 ;455-62).</p align = "justify"><p>Etape 4<p><p align = "justify">Afin d’étudier la validité de la procédure à mettre en évidence des changements de sélectivité fréquentielle dus à une atteinte cochléaire, des ASSEP-TCs ont été obtenues chez 10 chiens cochléo-lésés suite à un trauma acoustique. Les Produits de Distorsion Acoustiques, les potentiels évoqués auditifs du tronc cérébral évoqués par un clic et les ASSEPs à cinq fréquences audiométriques ont été enregisrés afin de délimiter l’étendue de la lésion.<p>Les ASSEP-TCs ont été fortement altérées, mais pas comme attendu ni suggéré par les mesures fonctionnelles indiquant que le trauma acoustique a créé une lésion différente de celle espérée. <p>Cette étude doit être poursuivie, des lésions moins importantes créées et une validation histopathologique réalisée.</p align = "justify"><p>Etape 5<p><p align = "justify">Le TEN test a été mesuré à l’aide des ASSEPs (ASSEP-TEN) chez 12 adultes et cinq enfants normo-entendants. Les données adultes ont été confrontées aux données comportementales. L’effet des stimuli ASSEP (son pur modulé en amplitude) sur les TEN test a également été investigué en comparant les données comportementales obtenues avec une sinusoïde et avec une sinusoïde modulée en amplitude chez 24 adultes. <p>Les seuils masqués enregistrés aux ASSEPs étaient supérieurs à ceux mesurés par une épreuve comportementale. L’élévation des seuils masqués pose un problème potentiel de dynamique.<p>La procédure doit être testée chez des patients présentant une surdité cochléaire attendu que la différence entre les seuils auditifs mesurés aux ASSEPs et par une épreuve comportementale est moindre dans cette population. Dans la mesure où le problème de dynamique résiduelle persiste chez les patients malentendants, d’autres stimuli ou algorithmes d’enregistrement doivent être utilisés.</p align = "justify"><p>Etape 6<p><p align = "justify">Le TEN est un stimulus large bande. Il peut dès lors se révéler intolérable chez des patients présentant une atteinte auditive restreinte à une region fréquentielle. L’effet du filtrage du TEN sur les seuils et la sonie du TEN a été étudié chez 24 sujets normo-entendants et 35 patients présentant une perte cochléaire dans les hautes fréquences.<p>Le filtrage passe-haut du TEN s’est avéré être une solution satisfaisante.<p>Ces données ont été publiées dans International Journal of Audiology (Markessis et al. 2006; 45: 91-98).</p align = "justify"><p>Etape 7<p><p align = "justify">L’effet de l’intensité du TEN sur le diagnostic des zones neuro-épithéliales non fonctionnelles a été investigué chez 24 patients en mesurant les seuils masqués à quatre intensités de TEN différentes. La fiabilité du TEN test a également été évaluée. <p>Le TEN est une procédure fiable. L’intensité du TEN a affecté le diagnostic chez cinq patients. Ce résultat est interprété en termes de degré de l’atteinte du complexe neurosensoriel.<p>Ces données ont été publiées dans International Journal of Audiology (Markessis et al. 2009; 48: 55-62).</p align = "justify"><p><u><b>Conclusion</u></b><p><p align = "justify">Un algorithme permettant la mesure de TC et du TEN test objective à l’aide des ASSEPs a été développé. L’implémentation clinique de l’algorithme appliqué à l’enregistrement des CA paraît envisageable. Une importante étape de la corrélation entre modifications anatomiques (à l’aide de l’histopathologie) et physiologiques (ASSEP-TC et CAP-TC) est maintenant celle qui s’impose. Les données préliminaires obtenues sur le TEN test électrophysiologique chez des sujets normo-entendants suggèrent que son implémentation clinique puisse se heurter à un problème de dynamique si ce dernier est confirmé en présence de surdités cochléaires. Plusieurs pistes potentielles de solutions ont été avancées.</p align = "justify"> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished