芯耀
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打鼾降噪系統(tǒng)使用自適應(yīng)算法來順應(yīng)每個人獨(dú)特的打鼾模式。
無論您多么愛您的另一半，如果他們在您身邊睡覺時經(jīng)常大聲打呼嚕，你也可能會心生抱怨。這是人之常情，因為，大約 35 分貝左右的噪聲水平就足以破壞一個人的大好睡眠，中度打鼾者制造的噪聲水平介于 50 分貝到 60 分貝之間，所以這是一個很容易就能超過的水平。打鼾噪聲記錄的保持者是一位來自英國的祖母，她打出的鼾聲高達(dá) 116 分貝。睡眠質(zhì)量受損、睡眠時間下降不僅僅可能導(dǎo)致打鼾者伴侶的滿腔怒火，它還會直接影響受害人的精力、注意力和警覺能力。
現(xiàn)在，對于因另一半打鼾導(dǎo)致睡眠不足的戀人來說有一個好消息，有一種新的降噪系統(tǒng)，可以嵌入在受害人的枕頭內(nèi)，它實現(xiàn)了一種自適應(yīng)算法，可以根據(jù)打鼾者獨(dú)特的打鼾和呼吸模式進(jìn)行調(diào)整。關(guān)于該設(shè)計的研究論文發(fā)表于 1 月 3 日的 IEEE/CAA 自動化科學(xué)?？?。
為了抵消聲波，該系統(tǒng)插入了幅值相等、相位相反的二次聲波。噪聲消除系統(tǒng)首先必須檢測出原始聲音，考慮殘留噪聲（誤差），然后產(chǎn)生可以抵消掉原始聲音的聲波。這種系統(tǒng)可以用在打鼾聲音消除上，大多數(shù)設(shè)計安裝在床頭板的位置上。
北伊利諾伊大學(xué)的劉立川表示，安裝在床頭板的方案存在嚴(yán)重缺陷?！鞍惭b位置居中，導(dǎo)致該系統(tǒng)離打鼾者另一半的耳朵有些遠(yuǎn)，對于他 / 她而言，其耳朵周圍的噪聲抑制能力受限，”她說?！按送?，這種方案體積過大，不宜攜帶。”
針對這些缺陷，她的團(tuán)隊設(shè)計了一個嵌入到打鼾者伴侶枕頭中的降噪系統(tǒng)。它使用了一個可以接收兩路輸入信號的自適應(yīng)濾波器，一個參考麥克風(fēng)檢測打鼾者的聲音信號，兩個誤差校正麥克風(fēng)檢測殘留噪聲（誤差）。自適應(yīng)濾波器根據(jù)這些輸入生成恰當(dāng)?shù)目乖胄盘?，?jīng)由打鼾者伴侶枕頭內(nèi)的兩個揚(yáng)聲器發(fā)出。
而且，傳統(tǒng)的打鼾噪聲消除系統(tǒng)依賴于最小均方差（LMS）算法產(chǎn)生抑制噪聲，在這里，劉教授和她的同事們使用了自適應(yīng) LMS 算法。
“每個打鼾者的聲音信號都有其獨(dú)特的時域和頻域特征，所以必須設(shè)計一種自適應(yīng) LMS 算法，以針對不同的鼾聲信號實現(xiàn)最佳的消除效果，”劉教授說。由于使用了自適應(yīng) LMS 算法，該系統(tǒng)中的濾波器可以根據(jù)每個人獨(dú)特的打鼾長度進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)其聲學(xué)特性的細(xì)微變化進(jìn)行微調(diào)。
在實驗中，把一個感應(yīng)噪聲的假人放在床上，使之暴露在一段錄制的打鼾聲音中，劉和她的同事們設(shè)計的系統(tǒng)可以在假人的右耳和左耳位置實現(xiàn) 31 分貝和 30 分貝的降噪。相比之下，安裝在床頭板位置的噪聲系統(tǒng)僅能實現(xiàn) 22 分貝和 21 分貝的降噪。通過把系統(tǒng)放置在枕頭中而不是床頭板上，假人感覺到的打鼾聲音幾乎減少了一倍。
“我們從模擬實現(xiàn)中還可以看出，自適應(yīng) LMS 算法比傳統(tǒng)的 LMS 算法具有更好的性能，”劉說。他們的實驗仿真數(shù)據(jù)表明，自適應(yīng) LMS 算法可以在枕頭的左側(cè)和右側(cè)分別實現(xiàn) 19 分貝和 20 分貝的噪聲降低，而在相同的安裝位置下，傳統(tǒng)的 LMS 算法僅能降低 16 分貝和 12 分貝。
展望未來，劉和她的同事們計劃使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)識別睡眠障礙患者的打鼾信號，以便更好地對病人進(jìn)行篩查和監(jiān)測。
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