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酱频声学 控制性能鲁棒的有源头靠系统研究 雷成友，徐健，李晓东 中国科学院声学研究所通信声学实验室，北京，100190 摘要：对人头移动导致有源头靠降噪效果下降的问题进，提出了一种通过设计次级通道模型 改进虚拟传声器技术性能的方法。分析表明，人耳位置降噪量取决于虚拟传声器次级通道模 型与真实次级通道之间的匹配程度。通过设计合理的次级通道模型，可有效扩大人耳获得有 效降噪量的人头允许移动范围。仿真分析和实验结果验证了该方法的有效性。 关键词：有源噪声控制，有源头靠，虚拟传声器，次级通道设计 1引言 Active Headrest)是一种局部有源噪声控制(Local 有源抗噪声头靠(Active NoiseControl，LocalANC)技术的典型应用。该系统可以解决采用有源耳罩等进行 降噪可能出现的佩戴不舒适问题，近年来在汽车、飞机等场合得到了大量研究…。 有源头靠中，误差传声器不能布放在人耳附近，以免干扰人头移动。因此，常 采用虚拟传声器技术(Virtualmicrophonetechnique)，对人耳附近的噪声进行控制【2J。 虚拟传声器技术通过在控制目标区域外布置传声器，可以对目标区域的声压进行 预测。其中，实际布置的传声器称为物理传声器。预测得到的声压信号可认为从 虚拟布置在该区域的传声器中获得，称为虚拟传声器。该技术最早由Elliott等人 提出【3】，并在此后的十几年中得到了大量的研究和发展。虚拟传声器技术应用在有 源头靠时，可以明显提高系统的控制效果。然而，这种头靠系统中，人头的移动 会使人耳得到的降噪量出现迅速下降【4J。前人因此提出了移动虚拟传声器技术以提 高人头移动时的降噪效果【2】。但是该技术要求使用精确的实时定位系统进行，且需 要离线测量存储大量通道数据，在实际应用中十分少见。 本文提出一种通过设计次级通道模型提高有源头靠系统控制性能鲁棒性的方 法。分析表明，通过设计合理的次级通道模型，可以使有源头靠中人耳获得有效 降噪量的人头移动范围获得较大提高。相对于移动虚拟传声器技术，该方法只需 存储一条或者两条次级通道模型的数据，无需对控制目标进行实时定位即可达到 良好的控制效果，大大减小控制成本。本文以单频噪声为例，在实际有源头靠系 统中进行了仿真和实验验证。 2虚拟传声器技术的控制性能 有源头靠中往往通过虚拟传声器技术的应用将控制产生的降噪区域从误差传 声器处移至人耳附近。图1所示为在实际系统中得到较多应用的RMT(Remote microphonetechnique)虚拟传声器技术ANC示意图【5J。其中，w为控制滤波器； B。，R。分别为干扰信号到物理传声器和虚拟传声器的初级通道；品H和S甜分别为 ．321． 中国科学院声学研究所纪念建所50周年暨第五届学术交流会 物理次级通道和虚拟次级通道，S。。和＆为其相应模型；日为物理传声器到虚拟 传声器的初级声场传递函数，疗为其模型；x(n)是参考信号，x’(刀)是x(，z)经过S。 滤波后的信号；如(行)和巩(玎)分别为到达物理传声器和虚拟传声器的干扰信号， 初级声场在物理传声器和虚拟传声器的声压差异可忽略时，传递函数H≈1。此时 RMT技术也可称为VMA(Virtual microphonearrangement)技术【引。 假设控制过程中参考信号和干扰信号为稳态信号，自适应滤波器缓慢更新，采 用FXLMS算法对图1所示的结构进行控制。根据Route等人的分析，算法的稳定 条件为【5】 妒M掣疗]190。． ㈣ 由于传递函数存在建模误差，控制后的目标区域实际噪声ev(n)会有残留。噪声残 余可表示为E=屏Dv表示，其中 肛惮赤j· ∽ 式(1)和(2)