ノイズキャンセラーの不思議

質問

外からくるノイズの逆の位相の音を重ねてノイズを消すという理屈はわかりますが、
その為には、「外のノイズを検知」→「その逆位相の音を発生させる」という工程が
必要なはずですが、この工程をタイムロスなく瞬時に行うのは不可能に思えます。
　本当にノイズキャンセル出来ているんでしょうか？

回答No.7

noname#215107 · ベストアンサー

＞ノイズを耳に到達する前（ヘッドフォンの外側）のマイクで捉え、反転回路で瞬時に位相が反転し、その信号は音速より
＞速く回路を伝わるので、スピーカーから出た反転ノイズは、ヘッドフォン外側からヘッドフォンを貫通してきたノイズと同時
＞に耳に達する事ができる。と、いう事ですか？

実例からすればそういうことですね。
オペアンプの反応速度に比べたら、空気中を伝わる音の速さなど、止まっているようなものですから。
逆に、早く処理しすぎて、効果が得られない場合もあるかもしれません。

回答No.8

angkor_h

「その逆位相の音を発生させる」のは、単に反転アンプを通すだけで、タイムロス(遅延)はありません(無視できます)。
「外のノイズを検知」は、内部信号の音響出力と空間音響(雑音加算後)の差分です。
逆な言い方をすれば、回路遅延が起きるほどの高周波は耳の感度が落ちるので、キャンセル対象は感度の高い数百～数kHzの範囲だけ行えれば良いともいえます。

回答No.6

noname#252929

ハイ出来ます。
大手家電量販店などで、ノイズキャンセリングイヤフォンが売られていますので、市長などできる店で使われてみると分かりますよ。

検知位置の差やレベルなどで、１００％消せるものはありません。
また、安全の為音声周波数帯域に関してはキャンセリングをしない構造になって居ますけど。

私は飛行機や電車でよく使って居ます。
９５％までカットの物を使用しています。
ジェット機の羽根後ろ（エンジンのすぐ後ろ）でも、完全には消えませんが、静かな室内にいる位までノイズは抑えられます。
なので、音量もかなり小さい状態で聞く事が出来ます。

回答No.5

noname#215107

リアルタイムで処理可能です。
自作例です。オペアンプで構成された回路で、意図的な遅延回路は組まれていません。
http://chaosweb.complex.eng.hokudai.ac.jp/~josch/workshop/elec/anc/anc.htm

掲載されている回路図を見てもらうとわかりますが、この例では、騒音を拾うマイクの入力をオペアンプの反転増幅回路を通して、オーディオなどの音声と合成して出力しています。
まず、マイク入力の後に、-1倍の反転増幅回路が入っています。

この時点で位相が反転されます。反転されたマイク信号と、反転されていないオーディオ信号が抵抗で加算(ミキシング)され、次段の反転増幅回路で10倍に増幅されヘッドホンへ出力されています。

ただし、市販品はもっと効果を高める工夫はされていると思います。騒音の波形といっても通常同じ波形の繰り返しなのでサンプリングを取ってデジタル的に遅延させて次の周期の時に合成する手段もあると思います。

補足

ノイズを耳に到達する前（ヘッドフォンの外側）のマイクで捉え、反転回路で瞬時に位相が反転し、その信号は音速より速く回路を伝わるので、スピーカーから出た反転ノイズは、ヘッドフォン外側からヘッドフォンを貫通してきたノイズと同時に耳に達する事ができる。と、いう事ですか？

回答No.4

tanuki4u

No3の補足

この工程をタイムロスなく瞬時に行うのは不可能
↓
はい　その通りです。不可能なので、ノイズキャンセラの場合、逆位相を発生させない信号を遅らせることで調整します。

○○▲○○○　：信号A　信号B

というのが信号で　▲が　ノイズとします
信号Aを逆位相掛けると

●○○▼○○○　：　信号AA
●：時間遅れ

信号Bに遅延回路で●の遅れを入れると
●○○▲○○○　：　信号BB

●○○▼○○○　：　信号AA
●○○▲○○○　：　信号BB
合成すると
●○○＿○○○　：　信号C　「＿」　ここの部分が無音

これがノイズキャンセラの原理です

補足

これは、耳の外の騒音に対するノイズキャンセルではなく、
もともとの音楽データに含まれるノイズに対するキャンセル
ですか？

回答No.3

tanuki4u

遅延回路をかまします

http://kotobank.jp/word/%E9%81%85%E5%BB%B6%E5%9B%9E%E8%B7%AF

信号を二つに分ける
信号A
「外のノイズを検知」→「その逆位相の音を発生させる」
時間が　TA　かかる

信号B
遅延回路でTAだけ遅らせる

信号A＋信号B　ノイズが消える　本来の信号の位相は同じまま

※　遅延回路はノイズを消すことだけでなく、もろもろ信号処理のためには必要です。それぞれの信号を「タイムロス」なく制御するために。
デジタル信号は、アナログよりもいろいろ処理できるよね！圧縮もしやすい！ノイズにも強い！
なんて喜んでいると、信号が遅れます。
http://matome.naver.jp/odai/2135695504557276301

回答No.2

tadys

空気中の音速は約３４０m/ｓです。
音が１ｃｍ進むのに必要な時間は約３０usです。
一方で、電気信号の進む速さは真空中では３０万km/sですから、
音が１ｃｍ進む間に電気信号は９ｋｍ進むことがわかります。
実際の回路の中では電気信号の進む速さは遅くなりますが、
1/10としても900ｍも先回りできるわけです。

また、スマートフォンなどに使われているCPUは１usの間に約2000回の計算が出来ます。
（機種によって異なります）
音が１ｃｍ進む間に60000回の計算が出来るわけです。
十分な速さです。

回答No.1

ryo_ Deathscythe（@Deathscythe）

人間では気が付かないスピードで行っています。

なので正確には瞬時ではなく機械的に確認の上で行われています。