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2019年01月29日 | 打鼾降噪系统使用自适应算法来顺应每个人独特的打鼾模式
2019-01-29 来源：eefocus
打鼾降噪系统使用自适应算法来顺应每个人独特的打鼾模式。
无论您多么爱您的另一半，如果他们在您身边睡觉时经常大声打呼噜，你也可能会心生抱怨。这是人之常情，因为，大约35分贝左右的噪声水平就足以破坏一个人的大好睡眠，中度打鼾者制造的噪声水平介于50分贝到60分贝之间，所以这是一个很容易就能超过的水平。打鼾噪声记录的保持者是一位来自英国的祖母，她打出的鼾声高达116分贝。睡眠质量受损、睡眠时间下降不仅仅可能导致打鼾者伴侣的满腔怒火，它还会直接影响受害人的精力、注意力和警觉能力。
现在，对于因另一半打鼾导致睡眠不足的恋人来说有一个好消息，有一种新的降噪系统，可以嵌入在受害人的枕头内，它实现了一种自适应算法，可以根据打鼾者独特的打鼾和呼吸模式进行调整。关于该设计的研究论文发表于1月3日的IEEE/CAA自动化科学专刊上。
为了抵消声波，该系统插入了幅值相等、相位相反的二次声波。噪声消除系统首先必须检测出原始声音，考虑残留噪声（误差），然后产生可以抵消掉原始声音的声波。这种系统可以用在打鼾声音消除上，大多数设计安装在床头板的位置上。
北伊利诺伊大学的刘立川表示，安装在床头板的方案存在严重缺陷。“安装位置居中，导致该系统离打鼾者另一半的耳朵有些远，对于他/她而言，其耳朵周围的噪声抑制能力受限，”她说。“此外，这种方案体积过大，不宜携带。”
针对这些缺陷，她的团队设计了一个嵌入到打鼾者伴侣枕头中的降噪系统。它使用了一个可以接收两路输入信号的自适应滤波器，一个参考麦克风检测打鼾者的声音信号，两个误差校正麦克风检测残留噪声（误差）。自适应滤波器根据这些输入生成恰当的抗噪信号，经由打鼾者伴侣枕头内的两个扬声器发出。
而且，传统的打鼾噪声消除系统依赖于最小均方差（LMS）算法产生抑制噪声，在这里，刘教授和她的同事们使用了自适应LMS算法。
“每个打鼾者的声音信号都有其独特的时域和频域特征，所以必须设计一种自适应LMS算法，以针对不同的鼾声信号实现最佳的消除效果，”刘教授说。由于使用了自适应LMS算法，该系统中的滤波器可以根据每个人独特的打鼾长度进行调整，并根据其声学特性的细微变化进行微调。
在实验中，把一个感应噪声的假人放在床上，使之暴露在一段录制的打鼾声音中，刘和她的同事们设计的系统可以在假人的右耳和左耳位置实现31分贝和30分贝的降噪。相比之下，安装在床头板位置的噪声系统仅能实现22分贝和21分贝的降噪。通过把系统放置在枕头中而不是床头板上，假人感觉到的打鼾声音几乎减少了一倍。
“我们从模拟实现中还可以看出，自适应LMS算法比传统的LMS算法具有更好的性能，”刘说。他们的实验仿真数据表明，自适应LMS算法可以在枕头的左侧和右侧分别实现19分贝和20分贝的噪声降低，而在相同的安装位置下，传统的LMS算法仅能降低16分贝和12分贝。
展望未来，刘和她的同事们计划使用机器学习技术识别睡眠障碍患者的打鼾信号，以便更好地对病人进行筛查和监测。
你对自己的睡眠问题感到沮丧吗？不要着急，让您顺利入睡的新解决方案正在路上，即将推出，敬请期待。
史海拾趣
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