一種嵌入在不打鼾的伴侶的枕頭中的新型噪音消除系統(tǒng)

不管你有多愛(ài)你的伴侶，如果他/她鼾聲很大，你可能就不那么喜歡他/她了。這是可以理解的。35分貝左右的噪音水平就足以破壞一個(gè)人的睡眠質(zhì)量，而這一水平很容易就被50至60分貝范圍內(nèi)的中等強(qiáng)度鼾聲超過(guò)（英國(guó)的一位老奶奶以116分貝的高音創(chuàng)造了鼾聲分貝數(shù)的記錄）。睡眠質(zhì)量和數(shù)量的下降不僅僅會(huì)導(dǎo)致暴躁；它還會(huì)直接影響打鼾者伴侶的精力、注意力和機(jī)敏性。

但對(duì)于睡眠不足的情侶們來(lái)說(shuō)，還是有一些好消息的。一種嵌入在不打鼾的伴侶的枕頭中的新型噪音消除系統(tǒng)，使用一種自適應(yīng)算法來(lái)根據(jù)每個(gè)打鼾者獨(dú)特的喘息呼吸模式進(jìn)行噪音消除。1月3日發(fā)表在IEEE / CAA Journal of Automatica Sinica上的一篇論文介紹了這一設(shè)計(jì)。

為了消去聲波，必須用振幅相等但相位相反的另一種聲波與之相互干涉。因此，噪音消除系統(tǒng)必須檢測(cè)初始噪音，考慮殘余噪音（誤差），然后產(chǎn)生抵消原始噪音的聲波。雖然針對(duì)鼾聲的這類系統(tǒng)確實(shí)存在，但大多數(shù)都設(shè)計(jì)成了安裝在床頭板上。

照片來(lái)源：北伊利諾伊大學(xué)

研究人員在一個(gè)消聲室中對(duì)他們的防鼾聲系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)。該場(chǎng)景是在測(cè)試一種床頭板方法。

北伊利諾伊大學(xué)的Lichuan Liu說(shuō)，床頭板方法存在一個(gè)重大缺陷。她說(shuō)：“安靜區(qū)集中在……離打鼾者的床伴的耳朵很遠(yuǎn)的地方，結(jié)果是對(duì)打鼾者床伴耳朵周圍噪音的消減不足。此外，床頭板很重，體積又大，不便于攜帶。”

相反，她的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入床伴枕頭的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含一個(gè)自適應(yīng)濾波器，它接收兩種輸入信號(hào)——由基準(zhǔn)麥克風(fēng)檢測(cè)到的鼾聲信號(hào)和由兩個(gè)誤差麥克風(fēng)檢測(cè)到的殘余噪音（誤差）。然后，自適應(yīng)濾波器根據(jù)這些輸入產(chǎn)生適當(dāng)?shù)目乖胍粜盘?hào)，床伴枕頭內(nèi)的兩個(gè)揚(yáng)聲器將抗噪音信號(hào)發(fā)出。

此外，傳統(tǒng)的鼾聲消除系統(tǒng)依靠最小均方（LMS）算法來(lái)產(chǎn)生抗噪音信號(hào)。而Liu和她的同事使用了一種自適應(yīng)LMS算法。

“由于每個(gè)打鼾者的鼾聲信號(hào)都有其獨(dú)特的時(shí)頻特性，因此很有必要設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)LMS算法，以對(duì)不同的鼾聲信號(hào)實(shí)現(xiàn)最佳消除效果?！盠iu說(shuō)。得益于自適應(yīng)LMS，該系統(tǒng)中的濾波器可以根據(jù)個(gè)人獨(dú)特的鼾聲長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整，并對(duì)其聲學(xué)特性的細(xì)微變化作出響應(yīng)。

照片來(lái)源：北伊利諾伊大學(xué)

實(shí)驗(yàn)顯示，與安裝在床頭板的防鼾聲系統(tǒng)相比，內(nèi)置在枕頭里的防鼾聲系統(tǒng)的噪音消減效果更好。

在實(shí)驗(yàn)中，Liu和她的同事們將一個(gè)噪音感知假人放在床上并播放錄下來(lái)的鼾聲，他們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)在假人的右耳和左耳分別實(shí)現(xiàn)了31分貝和30分貝的降噪效果；相比之下，將系統(tǒng)放置在床頭板上，降噪效果僅為22分貝和21分貝。這意味著，只要把這個(gè)系統(tǒng)放在枕頭里，而不是床頭板里，假人感覺(jué)到的噪音響度就幾乎減小了兩倍。

Liu說(shuō)：“我們還可以從模擬中看出，自適應(yīng)LMS比傳統(tǒng)的LMS性能要好得多?！彼麄兊哪M數(shù)據(jù)表明，自適應(yīng)LMS可以實(shí)現(xiàn)睡眠者左右兩側(cè)的噪音分別減少19分貝和20分貝，而傳統(tǒng)的LMS算法只能減少16分貝和12分貝。

下一步，Liu和她的同事們計(jì)劃使用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)識(shí)別那些是睡眠障礙征兆的鼾聲信號(hào)，以便更好地進(jìn)行篩查和監(jiān)測(cè)。

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