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打鼾降噪系統(tǒng)使用自適應算法來順應每個人獨特的打鼾模式。
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 116 分貝。睡眠質量受損、睡眠時間下降不僅僅可能導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，它實現(xiàn)了一種自適應算法，可以根據打鼾者獨特的打鼾和呼吸模式進行調整。關于該設計的研究論文發(fā)表于 1 月 3 日的 IEEE/CAA 自動化科學?？?。
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，大多數設計安裝在床頭板的位置上。
北伊利諾伊大學的劉立川表示，安裝在床頭板的方案存在嚴重缺陷。“安裝位置居中，導致該系統(tǒng)離打鼾者另一半的耳朵有些遠，對于他 / 她而言，其耳朵周圍的噪聲抑制能力受限，”她說。“此外，這種方案體積過大，不宜攜帶?！?/p>
針對這些缺陷，她的團隊設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濾波器，一個參考麥克風檢測打鼾者的聲音信號，兩個誤差校正麥克風檢測殘留噪聲（誤差）。自適應濾波器根據這些輸入生成恰當的抗噪信號，經由打鼾者伴侶枕頭內的兩個揚聲器發(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）算法產生抑制噪聲，在這里，劉教授和她的同事們使用了自適應 LMS 算法。
“每個打鼾者的聲音信號都有其獨特的時域和頻域特征，所以必須設計一種自適應 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 LMS 算法，該系統(tǒng)中的濾波器可以根據每個人獨特的打鼾長度進行調整，并根據其聲學特性的細微變化進行微調。
在實驗中，把一個感應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 LMS 算法比傳統(tǒng)的 LMS 算法具有更好的性能，”劉說。他們的實驗仿真數據表明，自適應 LMS 算法可以在枕頭的左側和右側分別實現(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器學習技術識別睡眠障礙患者的打鼾信號，以便更好地對病人進行篩查和監(jiān)測。
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