ノイズ(Noise)。それは私たちの周りにあります。泣いている赤ちゃんでも、エアコンのハム音でも、オフィスの同僚のアニメーションのせせらぎでも。仕事をしたりリラックスしたりするのに静かな場所は、真にプレミアムな商品になりつつあります。ノイズ(Noise)キャンセルテクノロジーは、禅をあなたの生活に戻すのに役立ちます。
問題は、ノイズキャンセリングはどのように機能するのかということです。独自のノイズキャンセリング機器を購入する際に情報に基づいた選択ができるように、テクノロジーの原理を見ていきましょう。
サウンドの（非常に）基本的な概要
音は、ある種の物質を波として伝わるエネルギーです。私たちは通常、空中を伝わる音を聞きます。
たとえば、ギターの弦は空気中で振動し、空気の分子をノックします。それらの分子は隣人にノックインします。空中を移動する波が鼓膜に当たると、ギター(guitar)弦 と同じ周波数で鼓膜を動かします。
あなたの脳はその動きを電気信号に変換し、それを音として知覚します。これは、サウンドとは何かについての非常に単純な説明ですが、ノイズキャンセルを理解するために知っておく必要のあることは最小限です。
A（非常に(Very)）アンチサウンド(Anti-sound)の基本的な概要(Basic Overview)
波にはさまざまな特性があります。それは、波が完全なサイクルを通過する頻度である周波数を持っています。
もう一度例としてギターの弦を使用します。周波数は、弦が1回の完全な振動を通過する速度です。高周波の音は高音として知覚されます。低周波数の音はより低音です。周波数とは別に、波にも振幅があります。それが波のピークの高さです。次に、波にも位相があります。これは波の山と谷の位置です。
同じ振幅で位相が逆の音波（ピークは他の波の谷がある場所）を生成すると、破壊的な干渉が発生します。2つの波は本質的に互いに打ち消し合います。これは大規模に行うことができ、元のサウンド自体と同じくらいのエネルギーをアンチノイズジェネレーターに含める必要があります。ただし、1人だけのノイズをキャンセルしたい場合は、ノイズキャンセリングヘッドホンの出番である電力はまったく必要ありません。
ノイズキャンセリングヘッドホン
ノイズキャンセリングヘッドホンは技術的な驚異です。ヘッドホンの外側には、ヘッドホンの外側の周囲のノイズをサンプリングするマイクがあります。この音は、数学的アルゴリズムを使用して、搭載された電子機器によって分析されます。各ヘッドフォンメーカーには独自のシークレットソースアルゴリズムがあり、すべてがさまざまなレベルの効果で機能します。
このアルゴリズムは、現在の場所で周囲のノイズを破壊的に干渉するために必要なアンチノイズ波を計算するために使用されます。次に、本質的にスピーカーの一種であるトランスデューサーと呼ばれるデバイスが、ノイズ防止波を生成します。
最終的な効果は、ノイズキャンセル機能をオンにすると、突然（ほぼ）無音に包まれることです。これにより、オーディオをより忠実に楽しむことも、平和で静かに楽しむこともできます。
アクティブおよびパッシブノイズ(Noise)キャンセル
今説明したプロセスは、通常、製品仕様書では「アクティブノイズキャンセル」などと呼ばれています。紛らわしいこと(Confusingly)に、一部のヘッドフォンは「パッシブ」ノイズキャンセリングと呼ばれるものを持っていると主張しています。
これら2つの機能を混同しないことが非常に重要です。パッシブノイズキャンセルのようなものは実際にはありません。この用語が実際に意味するのは、特定のヘッドフォンのペアが、昔ながらの防音を使用して音を遮断するように設計されているということです。
これは、ヘッドホンの素材とデザインが外部ノイズからある程度隔離されていることを意味します。その観点から、耳に指を刺すことも「パッシブノイズキャンセリング」です。
優れた遮音性を提供するヘッドフォンについては、多くのことが言われていますが、それをノイズキャンセルにリンクすることは、マーケティングの手先の早業です。
アクティブノイズ(Active Noise Cancellation)キャンセルの制限(Limitations)
現在の(Current)アクティブノイズキャンセルテクノロジーでは、ノイズを完全に遮断することはできません。一定の予測可能なノイズ源に関しては、非常にうまく機能します。ジェットエンジン、エアコンのハム、または冷蔵庫のコンプレッサーについて考えてみてください。(Think)最新の(Modern)アクティブノイズキャンセリングは、そのタイプのサウンドを完全に消去するのに非常に優れています。
逆に、突然の予測不可能な音は、はるかに困難をもたらします。これには通常、大音量の人間の会話、ガラスのコップを割る人、またはアルゴリズムが分析する時間がないその他のノイズが含まれます。そうは言っても、より高速なプロセッサとより洗練されたアルゴリズムを備えた新しい最先端のシステムは、これらのタイプのノイズにも対処し始めています。
このような特殊なアクティブノイズキャンセルテクノロジーの興味深い例の1つは、ライフル、ピストル、その他の銃器を発射するときに使用される電子イヤーマフの形です。
これらのイヤーマフは、通常の射撃イヤーマフと同じように、パッシブサウンドアイソレーションを使用してすべての音を遮断します。ただし、状況認識を維持するために、周囲の音を通過させる外部マイクがあります。だから、他の人と簡単に会話することができます。ただし、周囲のすべての音の最大音量は、快適な最大音量以下に保たれます。
これらのシステムは、銃声をキャンセルしながら、指向性のある音を提供し、静かな音も増幅できることがよくあります。主流のノイズキャンセリングヘッドホンとまったく同じ技術ではありませんが、密接に関連しています。
AIを利用したノイズ除去
かなり新しい開発は、音声信号から不要なノイズを除去するための人工知能技術の適用です。残念ながら、これはまだリアルタイムで完全に発生することはできないため、ノイズキャンセルには効果的ではありません。それが非常に得意なのは、マイク信号からノイズを取り除くことです。
たとえば、Skypeを使用したり、騒がしい環境で音声録音を行ったりしようとしている場合、相手があなたの言っていることを理解するのが難しい場合があります。人工知能を使用して、そのオーディオストリームを分析し、自分の声以外のすべてを削除することができます。
たとえば、NvidiaのRTX Voiceアプリケーションは、 (RTX Voice)RTXグラフィックカードの特別なディープラーニングハードウェアを使用して、マイクオーディオを処理します。したがって、誰かがキーボードで入力している場合でも、床を掃除機で掃除している場合でも、建設作業をしている場合でも、聴衆にはそのどれも聞こえません。この信じられないほどの技術のデモンストレーションをここで見ることができます。
マイクに向かって話しかける時間と、AIが機能するために相手が音声を聞くまでの時間は十分にあるため、リアルタイムの制限に関して問題はありません。おそらく技術の進歩により、これらの非常に効果的なAIノイズ除去方法は、ヘッドフォンのノイズキャンセリングの一形態としても機能するでしょう。
ノイズキャンセリングマイク
ヘッドホンから移行すると、同様のテクノロジーがほとんどの人にとって非常に役立つ可能性のある別の場所です。特に、私たちの多くがリモートワークに依存している現在、ノイズキャンセリングマイクがあります。
繰り返しになりますが、マーケティング用語で「ノイズキャンセル」という用語が使用されていても、これらのマイクはノイズの発生源を妨害するアンチノイズを生成しません。代わりに、彼らは全体として音を取り、それから同じ種類のノイズ識別アルゴリズムをそれに適用します。渡す前に、入力オーディオストリームから削除します。
このASUSアダプターのようなインライン(ASUS adapter)AI駆動の(AI-powered)マイクノイズ除去ソリューションも入手できます。USBポートに接続し、ヘッドセットを接続すると、内部の小さな電子頭脳が不要なノイズを除去し、クリスタルクリアな声だけを残します。
沈黙の音
あなたはそれをなんとか遮断するまで、現代の生活の絶え間ない騒音がどれほどあなたを挫折させるかに本当に気づいていません。ノイズキャンセリングヘッドホンを装着すると、さわやかな風が低レベルの不安を吹き飛ばすように感じることがあります。
ノイズキャンセリングがどのように機能するかがわかったので、選択したアンチノイズキットについてより多くの情報に基づいた決定を下すことができます。適切なものを購入すれば、沈黙の音が本当にあなたが得ることができる最高の音楽であることがわかります。
How Does Noise Cancellation Work?
Noise. It’s all arоυnd us. Whether it’s a crуing baby, the hum of an air conditioner or the animated babble of your officе co-workers. A qυiet place to work or enjoy some relaxation is becoming a truly prеmium commodity. Noise cancellation technology can help bring the zen back into your lifе.
The question is, how does noise cancellation work? Let’s go over the principles of the technology, so you can make an informed choice when buying your own noise-cancelling equipment.
A (Very) Basic Overview of Sound
Sound is energy travelling as a wave through some form of matter. We generally hear sound transmitted through the air.
For example, a guitar string vibrates in air, knocking air molecules about. Those molecules knock into their neighbors, and so on. When the wave moving through the air hits your ear drums, it moves them at the same frequency as the guitar string.
Your brain converts that movement into electrical signals that you then perceive as sound. That’s a very simplistic explanation of what sound is, but it’s the least you need to know to understand noise cancellation.
A (Very) Basic Overview of Anti-sound
A wave has different properties. It has a frequency, which is how often the wave goes through a full cycle.
Using our guitar string as an example again. The frequency is how quickly the string moves through one full vibration. We perceive higher frequency sound as high-pitched. Lower frequency sound is more bassy. Apart from frequency, waves also have amplitude. That’s the height of the wave’s peak. Next, the wave also has a phase. This is the position of the peaks and troughs of the wave.
If you generate a sound wave that has the same amplitude, but the opposite phase (the peaks are where the troughs of the other wave are), it causes destructive interference. The two waves essentially cancel each other out. This can be done at large scale, where you need to have just as much energy in your anti-noise generator as the original sound itself. However, if you only want to cancel noise for one person, you don’t need much power at all, which is where noise cancelling headphones come in.
Noise Cancelling Headphones
Noise cancelling headphones are technological marvels. On the outside of the headphones, there are microphones that sample the ambient noise outside the headphones. This sound is analyzed by onboard electronics, using a mathematical algorithm. Each headphone maker has its own secret-sauce algorithm, which all work to differing levels of effectiveness.
The algorithm is used to calculate the anti-noise wave needed to destructively interfere with the ambient noise where you are. Then a device known as a transducer, which is essentially a type of speaker, generates the anti-noise wave.
The end effect is that when you switch on the noise cancellation function, you’re suddenly enveloped in (near) silence. Which allows you to enjoy your audio at much better fidelity or just enjoy some peace and quiet.
Active and Passive Noise Cancellation
The process we just described is usually referred to on product specification sheets as “active noise cancellation” or something similar. Confusingly, some headphones claim to have something called “passive” noise cancellation.
It’s very important not to confuse these two features. There really isn’t such a thing as passive noise cancellation. What this term actually means is that a given pair of headphones were designed to block out sound using plain old soundproofing.
This means that the materials and design of the headphones isolate you from outside noise to some extent. From that point of view, sticking your fingers in your ears is also “passive noise cancellation”.
There’s much to be said for a pair of headphones that offer great sound isolation, but linking that to noise cancellation is a bit of marketing sleight of hand.
The Limitations of Active Noise Cancellation
Current active noise cancellation technology can’t block out noise perfectly. They work incredibly well when it comes to constant, predictable sources of noise. Think of a jet engine, the hum of an air conditioner or your fridge compressor. Modern active noise cancellation is incredibly good at erasing that type of sound completely.
Conversely, sudden unpredictable sounds pose much more of a challenge. This usually includes loud human conversations, someone breaking a glass cup or any other noise that the algorithm doesn’t have time to analyze. That being said, new cutting edge systems with faster processors and more sophisticated algorithms are beginning to deal with these types of noise as well.
One interesting example of such specialized active noise cancellation technology comes in the form of electronic earmuffs used when firing rifles, pistols and other firearms.
These earmuffs use passive sound isolation to block out all sound, just as regular shooting earmuffs do. However, they have external microphones that pass through sound around you, to maintain situational awareness. So you can have a conversation with another person with ease. However, the maximum volume of all sound around you is kept under a comfortable maximum.
These systems can often provide directional sound and amplify quiet sounds as well, while cancelling out gunshots. It’s not exactly the same technology as mainstream noise cancellation headphones, but it’s closely related.
AI-Powered Noise Removal
A fairly new development is the application of artificial intelligence technology to remove unwanted noise from an audio signal. Unfortunately this can’t quite happen in real time just yet, so it isn’t effective at noise cancellation. What it is very good at is removing noise from a microphone signal.
For example, if you’re trying to Skype someone or make a voice recording in a noisy environment, it can be hard for the person on the other end to understand what you’re saying. Using artificial intelligence, that audio stream can be analyzed and everything but your own voice can be removed.
For example, Nvidia’s RTX Voice application uses the special deep learning hardware in their RTX graphics cards to process microphone audio. So whether someone is typing on a keyboard, vacuuming the floor, or doing construction work, none of that will be audible to your audience. You can see a demonstration of this incredible technology here.
Since there’s enough time between where you speak into the microphone and the other person hears the audio for the AI to do it’s work, there’s no issue in terms of real time limitations. Perhaps with technological advancement these super-effective AI noise removal methods will work as a form of headphone noise cancellation as well.
Noise Cancelling Microphones
Moving on from headphones, another place where a similar technology can be very useful for most people, especially now that so many of us rely on remote work, are noise-cancelling microphones.
Once again, even though the marketing language uses the term “noise-cancelling”, these microphones don’t generate anti-noise to interfere with the source of the noise. Instead, they take the sound as a whole and then apply the same sort of noise-identifying algorithm to it. Removing it from the input audio stream before passing it on.
You even get in-line AI-powered microphone noise removal solutions, such as this ASUS adapter. Plug it into a USB port, connect your headset to it and the little electronic brain inside will remove unwanted noises, leaving only your crystal clear voice behind.
The Sound of Silence
You don’t really notice how much the constant noise of modern life grinds you down until you manage to block it out. Slipping on a pair of good noise-cancelling headphones can feel like a refreshing wind blowing away your low-level anxiety.
Now that you know how noise cancellation works, you can make more informed decisions about your anti-noise kit of choice. If you buy the right stuff, you’ll find that the sound of silence really is the best music you can get.
