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第 37 卷 第 5 期 韩荣等: 鲁棒性有源头枕系统的设计方法 667
其中,R Ri 和R di 分别是第i个位置下的自相关矩阵 最优解,并计算理论降噪量。用设计好的滤波器系
和互相关向量。由于有源噪声控制对目标点周围区 数对噪声进行实时控制,与控制前后进行对比,得到
域均有一定的控制效果,因此只使用人头平躺和左 控制效果并分析降噪前后功率谱密度。
右各转动 60 三个情况下的次级通路数据设计控制 实验分别使用 2 个次级源和 4 个次级源控制误
◦
器系数。式 (5) 的控制系统对固定位置下双耳处的 差点处的噪声,如图 3 所示,其中使用 2 个次级源控
噪声有较好的控制效果,但当人头转动时控制效果 制时,只使用人工头肩部两侧的次级声源。实验对
变差;式 (8) 的控制系统在人头转动时会有较一致 比这两种情况下,在人工头位于初始位置及移动位
的控制效果,但由于综合考虑多个误差点的次级通 置、平躺或转动一定角度后,在人工头双耳处的控
路数据,人工头平躺时的控制效果会不如前者。 制效果。
由于人工头左右耳附近空间不对称,播放初级
3 控制系统性能 噪声时双耳处噪声声压级和功率谱密度均不同,左
右耳处声压级分别为70.9 dB和69.9 dB。左右耳处
通过仿真和实验验证该有源头枕系统的控制
两通道和四通道系统的控制效果分别如图4、图5所
性能。实验在半消声室中进行,如图 3 所示。控制
示,图中黑色实线为降噪前噪声功率谱密度,棕色、
系统的实现基于DSP芯片的开发板,系统采样率为
红色虚线分别为两通道控制系统理论计算和实测
16 kHz。G.R.A.S人工头放置在模拟舱室休息区域。
控制后残留噪声的功率谱密度,绿色、蓝色虚线分
13.335 cm 有源音箱作为初级噪声源,放置在距离
别为四通道控制系统理论计算和实测控制后残留
人工头头部约 230 cm 处。提供给初级噪声源的信
噪声的功率谱密度。
号同时输入到控制器中作为理想的参考信号。次级
70
声源使用 2 或4 个7.62 cm 音箱,该音箱通过音频功
放驱动,对称地放置在人工头头部周围,人工头左右 60
侧次级声源分别距离人工头左右耳 20 cm。误差传
50
声器固定在人工头双耳处,以便获得准确的次级通
Ҫဋ៨ࠛए/dB 30
路模型,并获取控制系统在人耳处的控制效果。 40
20
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图 4 人工头左耳处两通道和四通道系统控制效果
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对比
҄٨ Fig. 4 Control performances of two and four-
channel systems at the left dummy ear
图 3 有源头枕实验布置图
从功率谱上看,两通道系统理论上对 100∼
Fig. 3 Demonstration of the active headrest
500 Hz 宽带噪声可实现 10∼25 dB 的控制效果,四
首先基于一般方法设计控制器系数。人工头位 通道系统理论上可实现 15∼35 dB 的控制效果,频
于平躺位置,使各次级声源分别发出白噪声,得到各 率更高时,控制效果变差。实验中使用 2000 阶 FIR
次级源到双耳误差点处的次级通路模型;之后,初级 滤波器估计次级通路,次级通路模型的估计误差、电
声源发出 0∼700 Hz 低频宽带噪声,同时在双耳处 路噪声等不确定因素导致实际控制效果不如理论
采集期望信号 d l (n),结合次级通路的信息,得到滤 计算。实际控制时,两通道系统在双耳处的降噪量
波 -x 信号 r(n);最后根据式 (5) 得到控制器系数的 分别为 9.4 dB 和 9.9 dB,四通道系统在双耳处的整