研究人员用一种鲁棒的并行虚拟传感方法实现反馈有源噪声控制

日益严重的噪声污染问题影响着人们的日常工作和生活。有源噪声控制技术能够有效衰减低频噪声，已被广泛应用于有源降噪耳机和舱室降噪等方面。有源头靠是有源噪声控制的一个重要应用，能够抑制误差传声器周围的低频干扰。然而，大多数情况下传声器无法安装在人耳处，因此通常需要用虚拟传感算法进行补偿。

目前两种经典的虚拟传感算法是辅助滤波器方法（Additional filter method, AFM）和远程传声器方法 （Remote microphone method, RMM）,它们通过在训练阶段构建物理监测传感器和人耳处虚拟误差传感器之间的传递函数来控制阶段抑制低频噪声。但是它们都不同程度地受到初级噪声源信号频谱特性和初级噪声来源方向的影响。当初级源在训练阶段和控制阶段不一致时，AFM和RMM的性能明显下降。

近期，中科院声学所噪声与音频声学实验室的博士研究生张泽强与其导师杨军研究员、吴鸣研究员等人用一种用于多通道自适应反馈有源噪声控制系统的鲁棒并行虚拟传感方法（parallel virtual sensing method, PVSM）实现控制阶段的噪声抑制。在训练阶段，他们利用潜在的初级噪声建模一组并行辅助滤波器；随后，使用极大极小优化推导出估计虚拟误差信号所需的合成观测滤波器。在控制阶段，基于最小均方估计误差匹配机制在每帧匹配使得估计虚拟误差信号能量最小的辅助滤波器，并将其应用于自适应反馈控制器。理论分析与实时实验表明，当初级噪声变化时，PVSM比AFM和RMM具有更强的鲁棒性，其降噪效果接近于在目标上放置误差传声器的直接控制。

该研究可用于前馈有源噪声控制系统，并且为有源消声窗、有源降噪箱等不同应用的设计提供了一种新思路。

相关研究在线发表于国际学术期刊Mechanical Systems and Signal Processing。

本研究得到了国家自然科学基金（No.11804365, No.11804368, No.51909267）、中国科学院声学研究所自主部署“前沿探索”（No.QYTS202009）和声场声信息国家重点实验室开放基金项目（No.SKLA202116）资助。

图1 结合虚拟传感的有源降噪头靠模型 (图/中科院声学所)

图2 不同有源控制算法对应的虚拟误差信号处均方残余噪声 (图/中科院声学所)

关键词：

有源噪声控制；鲁棒的并行虚拟传感方法；反馈控制器；时变的窄带干扰；有源头靠

参考文献：

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

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2022.109293