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

Kopfhörer mit aktiver Lärmreduktion (ANC, engl.: active noise canceling) verringern
störende Auengeräausche, um einen Komfortgewinn für den Nutzer zu schaen. 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 üur ANC-Kopfhörer ist. Diese Arbeit schat
die Grundlagen für eine marktfähige Umsetzung einer adaptiven Regelung für In-Ear-
Kopfhörer mit aktiver Lärmreduktion.