中科院聲學所實現反饋有源噪聲控制

日益嚴重的噪聲污染問題影響著人們的日常工作和生活。有源噪聲控制技術能夠有效衰減低頻噪聲，已被廣泛應用于有源降噪耳機和艙室降噪等方面。有源頭靠是有源噪聲控制的一個重要應用，能夠抑制誤差傳聲器周圍的低頻干擾。然而，大多數情況下傳聲器無法安裝在人耳處，因此通常需要用虛擬傳感算法進行補償。

目前兩種經典的虛擬傳感算法是輔助濾波器方法（Additional filter method, AFM）和遠程傳聲器方法 （Remote microphone method, RMM）,它們通過在訓練階段構建物理監測傳感器和人耳處虛擬誤差傳感器之間的傳遞函數來控制階段抑制低頻噪聲。但是它們都不同程度地受到初級噪聲源信號頻譜特性和初級噪聲來源方向的影響。當初級源在訓練階段和控制階段不一致時，AFM和RMM的性能明顯下降。

近期，中科院聲學所噪聲與音頻聲學實驗室的博士研究生張澤強與其導師楊軍研究員、吳鳴研究員等人用一種用于多通道自適應反饋有源噪聲控制系統的魯棒并行虛擬傳感方法（parallel virtual sensing method, PVSM）實現控制階段的噪聲抑制。在訓練階段，他們利用潛在的初級噪聲建模一組并行輔助濾波器；隨后，使用極大極小優化推導出估計虛擬誤差信號所需的合成觀測濾波器。在控制階段，基于最小均方估計誤差匹配機制在每幀匹配使得估計虛擬誤差信號能量最小的輔助濾波器，并將其應用于自適應反饋控制器。理論分析與實時實驗表明，當初級噪聲變化時，PVSM比AFM和RMM具有更強的魯棒性，其降噪效果接近于在目標上放置誤差傳聲器的直接控制。

該研究可用于前饋有源噪聲控制系統，并且為有源消聲窗、有源降噪箱等不同應用的設計提供了一種新思路。

相關研究在線發表于國際學術期刊Mechanical Systems and Signal Processing。

本研究得到了國家自然科學基金（No.11804365, No.11804368, No.51909267）、中國科學院聲學研究所自主部署“前沿探索”（No.QYTS202009）和聲場聲信息國家重點實驗室開放基金項目（No.SKLA202116）資助。

圖1 結合虛擬傳感的有源降噪頭靠模型 (圖/中科院聲學所)

圖2 不同有源控制算法對應的虛擬誤差信號處均方殘余噪聲 (圖/中科院聲學所)

關鍵詞：

有源噪聲控制；魯棒的并行虛擬傳感方法；反饋控制器；時變的窄帶干擾；有源頭靠

參考文獻：

ZHANG Zeqiang, WU Ming, YIN Lan, GONG Chen, YANG Jun, CAO Yin, YANG Lihua. Robust parallel virtual sensing method for feedback active noise control in a headrest. Mechanical Systems and Signal Processing, 2022, 178:109293. DOI: 10.1016/j.ymssp.2022.109293

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2022.109293