日益嚴(yán)重的噪聲污染問(wèn)題影響著人們的日常工作和生活。有源噪聲控制技術(shù)能夠有效衰減低頻噪聲，已被廣泛應(yīng)用于有源降噪耳機(jī)和艙室降噪等方面。有源頭靠是有源噪聲控制的一個(gè)重要應(yīng)用，能夠抑制誤差傳聲器周?chē)牡皖l干擾。然而，大多數(shù)情況下傳聲器無(wú)法安裝在人耳處，因此通常需要用虛擬傳感算法進(jìn)行補(bǔ)償。
目前兩種經(jīng)典的虛擬傳感算法是輔助濾波器方法（Additional filter method, AFM）和遠(yuǎn)程傳聲器方法 （Remote microphone method, RMM）,它們通過(guò)在訓(xùn)練階段構(gòu)建物理監(jiān)測(cè)傳感器和人耳處虛擬誤差傳感器之間的傳遞函數(shù)來(lái)控制階段抑制低頻噪聲。但是它們都不同程度地受到初級(jí)噪聲源信號(hào)頻譜特性和初級(jí)噪聲來(lái)源方向的影響。當(dāng)初級(jí)源在訓(xùn)練階段和控制階段不一致時(shí)，AFM和RMM的性能明顯下降。
近期，中科院聲學(xué)所噪聲與音頻聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室的博士研究生張澤強(qiáng)與其導(dǎo)師楊軍研究員、吳鳴研究員等人用一種用于多通道自適應(yīng)反饋有源噪聲控制系統(tǒng)的魯棒并行虛擬傳感方法（parallel virtual sensing method, PVSM）實(shí)現(xiàn)控制階段的噪聲抑制。在訓(xùn)練階段，他們利用潛在的初級(jí)噪聲建模一組并行輔助濾波器；隨后，使用極大極小優(yōu)化推導(dǎo)出估計(jì)虛擬誤差信號(hào)所需的合成觀測(cè)濾波器。在控制階段，基于最小均方估計(jì)誤差匹配機(jī)制在每幀匹配使得估計(jì)虛擬誤差信號(hào)能量最小的輔助濾波器，并將其應(yīng)用于自適應(yīng)反饋控制器。理論分析與實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)初級(jí)噪聲變化時(shí)，PVSM比AFM和RMM具有更強(qiáng)的魯棒性，其降噪效果接近于在目標(biāo)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(tǒng)，并且為有源消聲窗、有源降噪箱等不同應(yīng)用的設(shè)計(jì)提供了一種新思路。
相關(guān)研究在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Mechanical Systems and Signal Processing。
本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（No.11804365, No.11804368, No.51909267）、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所自主部署“前沿探索”（No.QYTS202009）和聲場(chǎng)聲信息國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（No.SKLA202116）資助。
圖1 結(jié)合虛擬傳感的有源降噪頭靠模型 (圖/中科院聲學(xué)所)
圖2 不同有源控制算法對(duì)應(yīng)的虛擬誤差信號(hào)處均方殘余噪聲 (圖/中科院聲學(xué)所)
關(guān)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(shí)變的窄帶干擾；有源頭靠
參考文獻(xiàn)：
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
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