Page 148 - 《应用声学》2023年第3期
P. 148

586                                                                                  2023 年 5 月


                                                               将传声器处的控制效果移动至目标位置，但是仅
             0 引言
                                                               在低频效果显著。远程虚拟传声器技术 (Remote
                 工业发展在带来便捷生活的同时，也产生了大                          microphone technique, RMT)  [12]  和辅助滤波虚拟
             量的噪声。如今，噪声的防护越来越成为人们关注                            传声器 (Auxiliary-filter-based virtual sensing, AF-
             的话题。噪声会影响人们的情绪、休息与睡眠，长期                           VS)  [13]  技术通过增加离线建模阶段，对初级噪声场
             暴露在高强度的噪声条件下更会对人体产生不可                             进行建模，从而提升了虚拟传声器算法的降噪性能。
             逆的损伤     [1] 。有源噪声控制 (Active noise control,       研究表明，AF-VS 算法对初级噪声频谱的变化更
             ANC) 在控制低频噪声时具有体积小、质量轻、控                          敏感，而 RMT 算法对通路的变化更敏感                 [14] ，因此，
             制效果好的优势，受到了工业界与学者们的广泛关                            RMT 算法更适合应用在噪声种类变化的有源降噪
             注  [2−3] 。                                        头靠系统中。然而，人头的移动会影响RMT算法的
                 ANC通过引入次级声源，在目标位置产生与初                         降噪性能，一种解决方案是针对人头移动进行定位，
             级噪声幅度相同、相位相反的声音，通过声波的叠加                           并且在每个位置都对算法进行重新迭代收敛                       [15] 。
             原理，对初级噪声进行有效的控制。根据控制的目                            为了实现更好的降噪性能，RMT 算法通常采用多
             标区域，ANC 可以分为全局 ANC 与局部 ANC。全                      通道结构，并且采用多通道滤波参考信号最小均
             局 ANC 旨在控制整体系统的能量输出，在降低螺                          方误差 (Multichannel filtered-reference least mean
             旋桨飞机噪声和汽车发动机噪声上已经取得了较                             square error, MFXLMS) 算法自适应更新控制滤波
             好的应用    [4−5] 。但是，控制整个空间的声场通常需                    器。由于次级通路之间的耦合效应，不同位置处的
             要数量较多的次级扬声器与传声器，从而增加了系
                                                               算法收敛性能不同，针对每个位置分别优化的滤
             统实现的成本。同时，很多条件下，控制整个空间的
                                                               波器的多通道远程虚拟传声器技术 (Multichannel
             声场是没有必要的，因此，在一些场景下，局部ANC
                                                               remote microphone technique, MRMT) 会存在收
             代替了全局 ANC，降低了系统的成本。有源降噪耳
                                                               敛性能下降的问题。针对 MFXLMS 算法收敛性能
             机是局部 ANC 中最成功的应用，并且已经广泛应
                                                               的问题，Bai等     [16]  提出一种基于特征值分解与奇异
             用于头戴式耳机以及真无线立体声蓝牙耳机的降
                                                               值分解的解耦多通道算法，于光喜                 [17]  也提出一种
             噪中，在实际应用中，佩戴的舒适性以及堵耳效应影
                                                               利用辅助次级声源的解耦的算法。这些算法提高了
             响了一部分使用者的使用体验              [6] 。有源降噪头靠能
                                                               系统的收敛速度，但是并没有降低系统的运算复杂
             够在开放空间下在目标位置产生降噪效果，从而解
                                                               度。采用分布式更新能够有效地降低系统的计算
             放使用者的双耳        [7] 。有源降噪头靠已经在汽车、飞
                                                               复杂度，但是分布式 MFXLMS 算法的收敛性能不
             机机舱以及核磁共振舱室等应用场景下均取得了
                                                               能够得到有效的保证           [18] 。An 等  [19]  提出了一种次
             一定的进展     [8−9] 。
                                                               级通路优化算法，能够保证分布式系统的稳定性，
                 有源降噪头靠系统能够产生降噪区域的大小
                                                               Zhang 等 [18]  也提出一种次级通路寻优算法，同样
             是系统设计中必须考虑的问题，通常定义降噪量
                                                               保证了系统的收敛性能。
             在 10 dB 以上的区域称为静音区 (Zone of queit,
             ZoQ)。Elliott 等 [10]  研究表明，在扩散场环境下，单                   然而，上述算法均未考虑虚拟传感策略下算法
             通道 ANC 系统在目标位置能够产生的静音区大小                          的联合优化问题，为了解决上述问题，本文提出一种
             约为噪声波长的 1/10，这也为后面有源降噪头靠系                         分布式远程虚拟传声器技术优化方法。通过重新设
             统的设计提供了理论指导。然而，随着频率的升高，                           计 MRMT 算法的离线优化过程，在限制虚拟次级
             系统产生的静音区大小显著降低，人头的轻微移动                            通路矩阵做对角化的同时，对观测传递函数矩阵进
             就可以使得人耳处于静音区外，甚至还会感受到噪                            行联合寻优，并且提出一种采用延迟 FXLMS 算法
             声的抬升。为了解决这一问题，虚拟传感技术逐渐                            的自适应分布式远程虚拟传声器更新算法。有源降
             受到人们的关注。虚拟传声器布置 (Virtual micro-                   噪头靠上的实验结果表明，所提算法在保证收敛性
             phone arrangement, VMA)技术最早被提出          [11] ，其   能的同时，能有效够降低算法的运算复杂度，并且提
             通过假定传声器与目标位置处初级声场的一致性，                            升算法的收敛速度。
   143   144   145   146   147   148   149   150   151   152   153