一种嵌入在不打鼾的伴侣的枕头中的新型噪音消除系统

不管你有多爱你的伴侣，如果他/她鼾声很大，你可能就不那么喜欢他/她了。这是可以理解的。35分贝左右的噪音水平就足以破坏一个人的睡眠质量，而这一水平很容易就被50至60分贝范围内的中等强度鼾声超过（英国的一位老奶奶以116分贝的高音创造了鼾声分贝数的记录）。睡眠质量和数量的下降不仅仅会导致暴躁；它还会直接影响打鼾者伴侣的精力、注意力和机敏性。

但对于睡眠不足的情侣们来说，还是有一些好消息的。一种嵌入在不打鼾的伴侣的枕头中的新型噪音消除系统，使用一种自适应算法来根据每个打鼾者独特的喘息呼吸模式进行噪音消除。1月3日发表在IEEE / CAA Journal of Automatica Sinica上的一篇论文介绍了这一设计。

为了消去声波，必须用振幅相等但相位相反的另一种声波与之相互干涉。因此，噪音消除系统必须检测初始噪音，考虑残余噪音（误差），然后产生抵消原始噪音的声波。虽然针对鼾声的这类系统确实存在，但大多数都设计成了安装在床头板上。

照片来源：北伊利诺伊大学

研究人员在一个消声室中对他们的防鼾声系统进行了实时实验。该场景是在测试一种床头板方法。

北伊利诺伊大学的Lichuan Liu说，床头板方法存在一个重大缺陷。她说：“安静区集中在……离打鼾者的床伴的耳朵很远的地方，结果是对打鼾者床伴耳朵周围噪音的消减不足。此外，床头板很重，体积又大，不便于携带。”

相反，她的团队设计了一个嵌入床伴枕头的系统。该系统包含一个自适应滤波器，它接收两种输入信号——由基准麦克风检测到的鼾声信号和由两个误差麦克风检测到的残余噪音（误差）。然后，自适应滤波器根据这些输入产生适当的抗噪音信号，床伴枕头内的两个扬声器将抗噪音信号发出。

此外，传统的鼾声消除系统依靠最小均方（LMS）算法来产生抗噪音信号。而Liu和她的同事使用了一种自适应LMS算法。

“由于每个打鼾者的鼾声信号都有其独特的时频特性，因此很有必要设计一种自适应LMS算法，以对不同的鼾声信号实现最佳消除效果。”Liu说。得益于自适应LMS，该系统中的滤波器可以根据个人独特的鼾声长度进行调整，并对其声学特性的细微变化作出响应。

照片来源：北伊利诺伊大学

实验显示，与安装在床头板的防鼾声系统相比，内置在枕头里的防鼾声系统的噪音消减效果更好。

在实验中，Liu和她的同事们将一个噪音感知假人放在床上并播放录下来的鼾声，他们设计的系统在假人的右耳和左耳分别实现了31分贝和30分贝的降噪效果；相比之下，将系统放置在床头板上，降噪效果仅为22分贝和21分贝。这意味着，只要把这个系统放在枕头里，而不是床头板里，假人感觉到的噪音响度就几乎减小了两倍。

Liu说：“我们还可以从模拟中看出，自适应LMS比传统的LMS性能要好得多。”他们的模拟数据表明，自适应LMS可以实现睡眠者左右两侧的噪音分别减少19分贝和20分贝，而传统的LMS算法只能减少16分贝和12分贝。

下一步，Liu和她的同事们计划使用机器学习技术来识别那些是睡眠障碍征兆的鼾声信号，以便更好地进行筛查和监测。

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