Behavioral responses to frequency-specific head-related transfer functions as filtered by the facial ruff in the Barn owl (Tyto alba) [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Elena Laura Hausmann

Laura Hausmann

Sujets

• Biologie

Informations

• Publié par: rheinisch-westfalischen_technischen_hochschule_-rwth-_aachen
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 15
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Behavioral Responses to Frequency-specific
Head-related Transfer Functions as Filtered by
the Facial Ruff in the Barn Owl (Tyto alba)
Von der Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften
der RWTH Aachen University zur Erlangung des akademischen Grades
einer Doktorin der Naturwissenschaften genehmigte Dissertation
vorgelegt von
Diplom-Biologin/MBA
Elena Laura Hausmann
aus Aachen
Berichter: Universitätsprofessor Dr. Hermann Wagner
Univ Dr. Harald Luksch
Tag der mündlichen Prüfung: 23. September 2010
Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.Contents
List of Figures iii
List of Tables iv
Nomenclature iv
1 Summary 1
2 Zusammenfassung 3
3 General Introduction 5
3.1 Barn owls as a model for sound localization . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
3.2 Head-related transfer functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.3 Aim and design of the thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4 Low-frequency HRTFs in the barn owl 14
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2.1 Animals and Handling for HRTF measurements . . . . . . . . . . . . 16
4.2.2 HRTF measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.2.3 Calculation of 1/3 octaveband-filtered HRTFs . . . . . . . . . . . . . 20
4.2.4 of ITD and ILD ranges and monaural gains . . . . . . . . 21
4.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.3.1 Qualitative description of low-frequency HRTFs . . . . . . . . . . . . 22
4.3.2 Quantitative analysis of sound localization cues . . . . . . . . . . . . 26
4.3.3 Effect of body temperature on HRTFs . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.4.1 Distribution of localization cues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.4.2 Properties of pressure difference receivers . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.4.3 Possible functional role of the low frequencies . . . . . . . . . . . . . 34
4.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5 Virtual Removal of the Facial Ruff 36
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.2.1 Animals and Training . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.2.2 Creating a virtual acoustic environment using HRTFs . . . . . . . . . 38
5.2.3 Procedure for Behavioral Experiments . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.2.4 Hearing thresholds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.2.5 Data Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.3.1 ITD and ILD patterns in the HRTFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.3.2 Head-turns and response latencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3.3 Azimuthal Sound Localization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.3.4 Elevational Lo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.4.1 Sound localization with individualized and non-individualized HRTFs 63
i5.4.2 Localization with simulated ruff removal . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.4.3 Evaluation of the stationary experimental design . . . . . . . . . . . . 68
5.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6 Behavioral responses to narrowband stimuli 70
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
6.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.2.1 Animals and Handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.2.2 Creation of 1/3 octaveband-filtered stimuli . . . . . . . . . . . . . . . 73
6.2.3 Experimental Procedure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6.3.1 Localization of 1/3 octaveband-filtered noise . . . . . . . . . . . . . . 78
6.3.2 Lo of 1/3octav stimuli with fixed ILD . . . . . 83
6.3.3 Latencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.4.1 General behavioral observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.4.2 Azimuthal localization of narrowband sounds . . . . . . . . . . . . . 89
6.4.3 Elevational lo of narro sounds . . . . . . . . . . . . . 91
6.4.4 The role of higher-order brain regions . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.4.5 Localization dominance in azimuthal sound localization in barn owls? 94
6.4.6 Latencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7 General Discussion 97
7.1 Relevance of HRTF properties for sound localization . . . . . . . . . . . . . . 97
7.2 The role of monaural frequency spectra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.3 The role of pinna movements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.4 Outlook . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
8 References 107
9 Appendix 120
10 Acknowledgements 125
11 Curriculum Vitae 126
iiList of Figures
1 Setup for HRTF measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 1/3 octaveband filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3 Signal quality for HRTF recording . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4 Low-frequency HRTFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5 Shift of ITD maxima with frequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6 Frequency-specific ITD and ILD ranges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
7 Fecific monaural gains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
8 Body temperature during HRTF measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
9 Frequency-specific HRTFs of owl XM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
10 Influence of temperature on HRTFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
11 Behavioral setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
12 Hearing thresholds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
13 Head-turn movement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
14 Calculation of difference maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
15 Differences between HRTFs of owl H and owl 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
16 Latencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
17 Latency depending on stimulus position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
18 Azimuthal head-turn angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
19 Localization errors for different HRTFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
20 Azimuthal head-turn angle dependent on stimulus elevation . . . . . . . . . . . . . . 54
21 ITDs and azimuthal head-turn angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
22 Histogram of azimuthal head-turn angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
23 Prediction of azimuthal head-turns from the ITD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
24 Elevational head-turn angles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
25 Elevational localization and ILDs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
26 Calculation of stimuli with fixed ILD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
27 1/3 octaveband-filtered HRTFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
28 Reactions to octaveband-filtered noise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
29 Azimuthal and elevational head-turn responses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
30 Reactions to stimuli with fixed ILD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
31 Latencies for reactions to octaveband stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
32 Histogram of latencies for 1/3 octaveband stimuli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
33 Comparison of localization errors for pure tones and 1/3octaveband stimuli . . . . . 88
34 Preservation versus integration of frequency channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
35 Broadband ITD and ILD distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
36 Differences between HRTFs of owl S and owl 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
37 Differences between HRTFs of owl P and owl 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
iiiList of Tables
1 Localization differences between individualized and non-individualized HRTFs 55
2 Head-turn angles at peripheral stimulus positions . . . . . . .