Learning audio representations from raw waveforms overcomes key limitations of spectrogram-based audio representation learning, such as the long latency of spectrogram computation and the loss of phase information. Yet, while self-supervised speech representation learning from raw waveforms has been remarkably successful, these approaches have not achieved similar feats for general-purpose audio representation learning from waveforms. Here, we propose WavJEPA, a waveform-based version of the Joint-Embedding Predictive Architecture. WavJEPA leverages high-level semantic representation learning to tackle the shortcomings of representation learning at the speech unit or token level. We show that this approach substantially outperforms state-of-the-art time-domain audio foundation models across a wide variety of downstream benchmark tasks, while requiring considerably fewer computational resources. Additionally, to overcome the performance drop that time-domain models typically exhibit in noisy and reverberant real-world acoustic environments, we present WavJEPA-Nat. WavJEPA-Nat is a multi-channel extension of the WavJEPA architecture trained on simulated naturalistic scenes. We find that WavJEPA-Nat is highly robust to reverberation and noise. These results highlight the feasibility and computational efficiency of general-purpose audio representation learning from raw waveforms, showcasing the potential for low-latency, robust time-domain audio foundation models for real-world applications.


翻译:从原始波形学习音频表征克服了基于频谱图的音频表征学习的关键局限,例如频谱图计算的长延迟以及相位信息的丢失。然而,尽管从原始波形进行自监督语音表征学习已取得显著成功,这些方法在面向通用音频的波形表征学习方面尚未实现类似的成就。本文提出WavJEPA,即联合嵌入预测架构的波形版本。WavJEPA利用高层语义表征学习来解决在语音单元或令牌级别进行表征学习的不足。研究表明,该方法在多种下游基准任务中显著优于最先进的时域音频基础模型,同时所需计算资源大幅减少。此外,为克服时域模型在嘈杂和混响的真实声学环境中通常表现出的性能下降,我们提出了WavJEPA-Nat。WavJEPA-Nat是WavJEPA架构的多通道扩展版本,在模拟自然场景数据上训练。我们发现WavJEPA-Nat对混响和噪声具有高度鲁棒性。这些结果凸显了从原始波形进行通用音频表征学习的可行性与计算效率,展示了面向实际应用的低延迟、鲁棒时域音频基础模型的潜力。

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在机器学习中,表征学习或表示学习是允许系统从原始数据中自动发现特征检测或分类所需的表示的一组技术。这取代了手动特征工程,并允许机器学习特征并使用它们执行特定任务。在有监督的表征学习中,使用标记的输入数据来学习特征,包括监督神经网络,多层感知器和(监督)字典学习。在无监督表征学习中,特征是与未标记的输入数据一起学习的,包括字典学习,独立成分分析,自动编码器,矩阵分解和各种形式的聚类。
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