ノイズキャンセリングって何？仕組みをわかりやすく解説

なぜ自作しようと思ったか

SONYのWH-1000XMシリーズを使っていて、ふと「これどういう仕組みで音を消してるんだろう」と気になった。調べ始めると想像より面白くて、気がついたら部品を注文していた。

完全に再現することは最初から目指していない。原理を手を動かして理解したかっただけ。結果として、ちゃんと「ノイズが小さくなる」ものは作れた。市販品の足元にも及ばないけど。

ノイズキャンセリング（ANC: Active Noise Cancellation）は、入ってくる騒音と逆位相の音を生成して打ち消す技術だ。音は波なので、同じ振幅で位相が 180° ずれた波を重ねると理論上は消える。

音波の重ね合わせの原理。山と谷がぴったり合うと振幅がゼロになる。

問題は「リアルタイムで逆位相を生成する」こと。音速はおよそ 343 m/s。処理遅延が数ミリ秒あるだけで位相がズレて、むしろ音が大きくなることもある。ここが難しいところで、市販品の DSP がいかに優秀かを実感することになった。

ANC の実装には大きく 2 種類ある。

マイクをイヤホンの外側に置き、騒音が耳に届く前に検出して逆位相を生成する方式。外部騒音を先読みできるので、低遅延で処理しやすい。ただし、マイク位置がズレると効果が落ちる。

マイクをドライバーに近い内側（耳の近く）に置く方式。実際に耳元に届いた音を見て補正するので、装着のズレに強い。ただし、制御ループの安定化が難しく、発振するリスクがある。

最近の高級機は両方を組み合わせたハイブリッド型が多い。今回は扱いやすいFF型から試した。

使ったもの：

基本構成は「マイクで音を拾う → オペアンプで反転・増幅 → イヤホンで出力」。マイクとイヤホンを物理的に近づけて、逆位相の音が重なるようにする。

マイク → マイクアンプ → 反転アンプ（×10） → イヤホン
                              ↑
                      位相を 180° 反転

最初は盛大に発振した。マイクとイヤホンが近すぎてハウリングを起こしていた。物理的に距離を取って、ゲインを下げたら落ち着いた。

低周波（エアコンのブーン音、電車の走行音）には効果があった。高周波（人の声、キーボードの音）はほとんど消えない。これは仕様で、FF型は高周波の打ち消しが難しいことが知られている。

市販品との差は歴然としているけど、「原理は理解した」という満足感がある。 SONYの WH-1000XM5 が2万円台で買えることの凄さが身に染みてわかった。

部品代は全部で 1,500 円くらい。失敗しても惜しくない金額で原理が理解できるのは楽しい。次は DSP を使ってもう少しちゃんとした実装を試したい。