《電子技術(shù)應(yīng)用》
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混合双通道主动降噪算法的抗干扰优化研究
电子技术应用
张智伦，马令坤，侯艺萌
陕西科技大学 电子信息与人工智能学院
摘要： 针对传统入耳式主动降噪耳机在应对高低频混合噪声的复杂工况，仅依赖参考麦克风采集主噪声源进行降噪而忽略干扰噪声对误差麦克风的影响，使系统降噪性能显著降低。提出了一种对双通道FxLMS算法的优化方案。通过在误差麦克风处构建误差分离系统，将其与反馈FxLMS算法结合，实现了对干扰性噪声的抑制。理论分析与实验表明，在250~500 Hz混频干扰噪声场景下，系统主动降噪性能达到38 dB；噪声频谱扩展至165~600 Hz时，降噪量为19 dB；针对高频窄带干扰噪声，降噪量为30 dB。改进算法通过多维噪声分离和补偿机制，显著提升复合噪声环境下主动噪声控制的鲁棒性。
中圖分類號(hào)：TP301.6；TB535.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256604
中文引用格式： 張智倫，馬令坤，侯藝萌. 混合雙通道主動(dòng)降噪算法的抗干擾優(yōu)化研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2026，52(3)：65-71.
英文引用格式： Zhang Zhilun，Ma Lingkun，Hou Yimeng. Research on anti-interference optimization of hybrid dual-channel active noise cancellation algorithm[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(3)：65-71.
Research on anti-interference optimization of hybrid dual-channel active noise cancellation algorithm
Zhang Zhilun，Ma Lingkun，Hou Yimeng
School of Electronic Information and Artificial Intelligence， Shannxi University of Science and Technology
Abstract： In response to the technical limitation of traditional in-ear active noise cancellation headphones, which only rely on the reference microphone to collect the main noise source for noise reduction while ignoring the impact of interfering noise on the error microphone, resulting in a significant reduction in system noise reduction performance when dealing with complex working conditions of mixed high and low-frequency noise, this paper proposes an optimized solution based on the dual-channel FxLMS algorithm. By constructing an error separation subsystem at the error microphone and combining it with the feedback FxLMS algorithm, the interference noise is suppressed. Theoretical analysis and experiments show that in the 250~500 Hz mixed-frequency interference noise scenario, the system's active noise reduction performance reaches 38 dB. When the noise spectrum expands to 165~600 Hz, the noise reduction is 19 dB. For high-frequency narrowband interference noise, the noise reduction is 30 dB. The improved algorithm significantly enhances the robustness of active noise control in complex noise environments through a multi-dimensional noise separation and compensation mechanism.
Key words : active noise cancellation；multi-channel FxLMS algorithm；error separation system

引言

隨著工業(yè)化進(jìn)程與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)中多頻段混合噪聲污染問題愈發(fā)顯著。各類設(shè)備產(chǎn)生的低頻寬帶噪聲與中高頻窄帶噪聲相互疊加，形成復(fù)雜的復(fù)合聲學(xué)環(huán)境。長期處于此類聲場環(huán)境中，不僅會(huì)顯著降低信息處理效率，還可能引發(fā)神經(jīng)系統(tǒng)紊亂等健康隱患。傳統(tǒng)主動(dòng)降噪耳機(jī)采用單一麥克風(fēng)采集主噪聲源進(jìn)行相位抵消的方案，在處理多頻段混合噪聲時(shí)存在顯著的技術(shù)局限性。

近些年來，學(xué)術(shù)界針對復(fù)雜聲學(xué)環(huán)境下的主動(dòng)降噪技術(shù)開展了大量創(chuàng)新性研究?；谧钏傧陆邓惴ǖ淖钚【剑↙east Mean Square，LMS）算法因其易于實(shí)現(xiàn)和高效的模型受到廣泛應(yīng)用[1-2]。但由于未考慮到次級(jí)通道對整個(gè)系統(tǒng)的影響，該算法逐漸被濾波-x最小均方(Filtered-x Least Mean Square, FxLMS)算法所替代。針對FxLMS算法的研究已形成較為完整的體系，涵蓋前饋FxLMS算法[3-4]、反饋FxLMS算法[5-6]、次級(jí)通道的離線建模與在線建模的研究[7-10]，以及變步長FxLMS算法優(yōu)化[10-13]等研究方向。值得注意的是，針對三維封閉空間的噪聲控制場景中，單通道FxLMS系統(tǒng)因無法有效處理復(fù)雜聲場分布問題，需要采用多通道主動(dòng)噪聲控制系統(tǒng)以拓展降噪空間并提升控制精度[14]。然而多通道系統(tǒng)需解決通道間的耦合效應(yīng)，否則算法的穩(wěn)定性將難以把握。此外，現(xiàn)有模型過度依靠參考麥克風(fēng)采集輸入信號(hào)，忽略誤差麥克風(fēng)處非相關(guān)性干擾信號(hào)對自適應(yīng)過程的影響，致使殘余噪聲成分復(fù)雜，顯著降低系統(tǒng)的收斂速度和降噪性能。

針對上述問題，SUN X等學(xué)者[15]曾從自適應(yīng)濾波機(jī)理出發(fā)，提出級(jí)聯(lián)一個(gè)基于LMS算法的自適應(yīng)濾波器，將誤差信號(hào)和未經(jīng)次級(jí)通道估計(jì)的輸入信號(hào)共同作為新級(jí)聯(lián)的自適應(yīng)濾波器的輸入，有效抑制非相關(guān)噪聲干擾。AKHTAR M T等學(xué)者[16]在研究中指出，該方法雖然提升了FxLMS算法的收斂性，但未能有效消除殘余干擾信號(hào)，進(jìn)而提出將混合式FxLMS算法與學(xué)者SUN X所提出的方法相結(jié)合，同時(shí)控制相關(guān)和不相關(guān)的噪聲信號(hào)。KAR A團(tuán)隊(duì)[5]則從次級(jí)通道在線建模的角度構(gòu)建改進(jìn)方案。本文聚焦非相關(guān)噪聲控制這一核心問題，在平衡計(jì)算復(fù)雜度的前提下，構(gòu)建新型多通道降噪模型，通過與經(jīng)典雙通道模型及上述單通道改進(jìn)方案的仿真對比，驗(yàn)證了所提方案的正確性與優(yōu)越性。


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作者信息：

張智倫，馬令坤，侯藝萌

（陜西科技大學(xué) 電子信息與人工智能學(xué)院，陜西 西安 710016）

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