Controller Design for Active Noise Canceling In-Ear Headphones Considering Psychoacoustic Aspects

Autor*in: Sylvia Priese

ISBN: 978-3-944586-49-6

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2014

Herausgeber*in der Reihe: Eduard Reithmeier

Band-Nr.: IMR 02/2014

Umfang: 138 Seiten, 59 Abbildungen

Schlagworte: aktive Lärmreduktion, ANC Kopfhörer, adaptive Feedforward-Regelung, virtuelles Mikrofon, Psychoakustik

Kurzfassung:  Kopfhörer mit aktiver Lärmreduktion (ANC, engl.: active noise canceling) verringern störende Außengeräusche, um einen Komfortgewinn für den Nutzer zu schaffen. Diese Arbeit behandelt die Auslegung einer Regelung für In-Ear-ANC-Kopfhörer. Die entwickelte Regelung basiert auf einer adaptiven Feedforward-Regelung, welche den Filtered-reference-Least-Mean-Square-Algorithmus (FxLMS) zur Filteranpassung verwendet. Damit werden interpersonelle Varianzen der Regelstrecken kompensiert und die Dämpfung wird für das anliegende Störgeräusch optimiert. Mit Hilfe der virtuellen Mikrofontechnik wird das Fehlersignal am Trommelfell des Nutzers abgeschätzt. Zudem wird die wahrgenommene Dämpfung durch eine frequenzselektive Adaption (residual noise shaping) verbessert. Ausgehend vom Standard Leaky-LMS wird ein frequenzselektives Leakage entwickelt. Dies stellt die Konvergenz des adaptiven Algorithmus bei verbesserter Performanz im Vergleich zum herkömmlichen Leakage sicher. Der eingeführte Adaptions-Stopp verhindert das Auftreten stark störender Artefakte des adaptiven Filters. Die entwickelte Regelung wird für In-Ear-ANC-Kopfhörer-Prototypen umgesetzt. Die einzelnen Schritte des Regelungsentwurfs werden mittels objektiver und subjektiver Methoden validiert. Insbesondere werden in Probandentests die wahrgenommene Lautheit und der Wohlklang des verbleibenden Restgeräuschs beurteilt. Diese Bewertungen bestätigten die einzelnen Schritte der Reglerauslegung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Berücksichtigung psychoakustischer Aspekte besonders wichtig bei der Regelungsauslegung für ANC-Kopfhörer ist. Diese Arbeit schafft die Grundlagen für eine marktfähige Umsetzung einer adaptiven Regelung für In-Ear- Kopfhörer mit aktiver Lärmreduktion.