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.