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第 38 卷 第 1 期 李楠等： 一种基于虚拟传感的无需误差传声器的自适应有源降噪方法 89

接近，从而实现了虚拟无误差传感的有源降噪耳机 系统函数与真实的系统函数发生偏差的状态，本实
系统。 验所选择的失配状态为改变耳机的佩戴松紧程度
在实际应用中，噪声信号的消除存在极限抵消 和噪声传播方向条件下的状态。首先在粉噪环境下
量。该降噪极限主要由以下原因造成：首先，所用算 测试传统方案在次级通道传递函数稳定和两种失
法基于数字电子技术系统，采样和量化处理均会使 配状态时的降噪效果对比，实验结果如图4所示。该
得所得到的声信号与真实声波有所偏差；另外，所需 实验结果表明，由于误差传声器的存在，滤波器可通
抵消的噪声信号为耳机固体传播的声信号和由佩 过自适应算法将真实的目标控制点处噪声均方值
戴者人头骨骼传导的噪声，这两项传导噪声都存在 最小化，所以稳定和失配情况下的降噪效果并无太
参数分布、多径传导和复杂时空特性等问题，此时 大差别。
使用提前辨识的系统函数必然会造成算法所采用 图 5 为粉噪环境下系统传递函数稳定状态和
的声信号与真实声波的偏差。因此，即使认为建模 两种失配状态下所提方案的降噪效果。可以看出
的传递函数与真实传递函数足够接近，本算法在降 两种失配状态下，算法损失一定的低频降噪量，但
噪过程中依然存在极限抵消量。 500 Hz∼1500 Hz 频段部分的降噪效果反而得到提
升，这说明传递函数的失配不一定会带来各个频段
2 实验与分析 降噪效果的全面下降。另一方面，在头戴式或入耳
式耳机的使用中，耳机和人头或人耳贴合较为紧密，
将第 1.3 节中的自适应有源降噪耳机系统在 耳机传递函数一般较为稳定，特别是经过良好人体
DSP 平台进行了实现。选用的芯片型号为 TI 公司 工学设计的耳机结构，佩戴者在日常佩戴时通常不
的 TMS320C6747，使用的耳机为普通的有源降噪 会发生传递函数的剧烈变化，因而能保证所提方案
耳机，系统采样频率为 16 kHz，两个自适应滤波器 的良好效果。
及初级通道和次级通道传递函数 FIR 模型均为 500 为测试耳机系统降噪效果，将其佩戴在人工头
2
阶。实验测试环境为普通房间，大小约为 12 m ，有 上，使用 HiVi H5 有源扬声器系统播放噪声源，使
简单的消声装修处理，混响时间约为300 ms。 用 PULSE 声学测试仪分别拾取有源降噪功能打开
正如第1 节所提到的，虚拟传感自适应ANC方 和关断状态下的人工耳噪声信号并进行对比。选
案降噪性能与传统方案相同的条件是初级通道和 取粉噪声混合线谱的噪声作为测试降噪性能的环
次级通道传递函数模型与真实的传递函数相同。然 境噪声，对比了第 1.3 节中虚拟传感自适应 ANC 方
而由于耳机不同的佩戴方式会引起一定的传递函 案与传统FxLMS算法和反馈 IMC结合的混合控制

数变化，有必要研究当耳机传递函数与模型失配情 ANC 方案的降噪效果，实验结果如图 6 所示。从
况下该方案的降噪效果。所谓失配状态，即建模的 图 6中可以看出，虚拟传感自适应 ANC 方案可以在

-50

-60
-70
Ҫဋ៨/dB -80

-90 ANCТல
ሷࠀ࿄গ
-100 ܿᦡ࿄গ1
ܿᦡ࿄গ2
-110
10 2 10 3
ᮠဋ/Hz
图 4 耳机系统稳定状态与两种失配状态下传统方案在粉噪环境下的降噪效果
Fig. 4 Noise reduction effect of conventional method in stable state and mismatch
state in pink noise environment