路面噪聲通常在50 ~ 500 Hz的頻率范圍內(nèi)，來源是輪胎與路面相互作用產(chǎn)生振動并通過懸架和車身傳遞到車內(nèi)。基于聲波干涉原理的有源噪聲抵消( Active Noise Cancellation，ANC )技術(shù)能夠以較小的體積和重量有效抑制低頻干擾。為提高乘客乘坐舒適性和心理健康程度，科研人員將ANC頭枕用于衰減車內(nèi)道路噪聲，從而在乘員頭部周圍創(chuàng)建一個局部安靜區(qū)域。
目前常用的控制算法按照濾波器的更新方式分為固定系數(shù)算法和自適應(yīng)迭代算法。自適應(yīng)算法雖然可以根據(jù)周圍環(huán)境噪聲的變化自適應(yīng)地更新控制濾波器，但往往耗費(fèi)較多的計算資源，同時必須控制好降噪性能和系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的平衡關(guān)系。而固定系數(shù)算法雖然避免了繁瑣的自適應(yīng)過程和潛在的不穩(wěn)定性，但需要針對特定的噪聲類型進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練，因此在面對變化的噪聲時降噪性能表現(xiàn)平庸。
近期，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所噪聲與音頻聲學(xué)實(shí)驗室的博士研究生殷蘭和張澤強(qiáng)與其導(dǎo)師楊軍研究員、吳鳴研究員等人提出了一種能夠快速響應(yīng)和抑制變化的車內(nèi)路面噪聲的自適應(yīng)并行濾波方法( Adaptive Parallel Filtering Method, APFM )，并將其應(yīng)用于多通道前饋ANC頭枕系統(tǒng)中。APFM分為兩個階段：調(diào)諧階段和控制階段。在調(diào)諧階段，科研人員用一系列潛在的初級噪聲來訓(xùn)練相應(yīng)的最優(yōu)固定控制濾波器；在控制階段，選擇最合適的并行控制濾波器并以最小化估計誤差信號在一幀內(nèi)的能量。隨后他們提出了一種無延遲的可變步長歸一化頻域塊的濾波x最小均方差 ( Variable Step Size-Normalized Frequency-domain Block Filtered-X Least Mean Square, VSS-NFBFxLMS )算法以幀速率更新所選控制濾波器。通過這種方式，APFM實(shí)現(xiàn)了快速降噪響應(yīng)和低穩(wěn)態(tài)誤差。作為抑制變化噪聲的魯棒方法，APFM在衰減非預(yù)訓(xùn)練干擾下取得了優(yōu)越的性能。
該研究可用于前饋有源噪聲控制系統(tǒng)，并且為有源降噪耳機(jī)、主動聲屏障等不同應(yīng)用的設(shè)計提供了一種新思路。
相關(guān)研究成果于在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Mechanical Systems and Signal Processing。
本研究得到了北京市自然科學(xué)基金項目（L223032）、國家自然科學(xué)基金（No. 12204345）、和中國科學(xué)院聲學(xué)研究所自主部署“前沿探索”（Qyts202009）資助。
圖1?多通道有源降噪頭枕系統(tǒng)配置圖 (圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所)
圖2 不同有源控制算法對應(yīng)的誤差信號平均降噪曲線（圖/中國科學(xué)院聲學(xué)研究所）
關(guān)鍵詞：
主動噪聲消除；自適應(yīng)并行濾波方法；車內(nèi)道路噪聲；行駛工況的變化；有源頭枕
參考文獻(xiàn)：
YIN Lan, ZHANG Zeqiang, WU Ming, WANG Zhiliang, MA Chao, ZHOU Shuang, YANG Jun. Adaptive parallel filter method for active cancellation of road noise inside vehicles. Mechanical Systems and Signal Processing, 2023,193:110274. DOI: 10.1016/j.ymssp.2023.110274