ノイズキャンセリングヘッドホンのしくみ（およびテスト方法）

Boseは2000年にQuietComfortヘッドフォンを最初に発表し、それ以来、消費者レベルのアクティブノイズキャンセレーション（ANC）の世界は飛躍的に成長しました。 毎年、飛行機の離陸の音であろうと、機械式キーボードを持ったおしゃべりな同僚であろうと、あなたの周りの世界の音を遮断することを約束するヘッドフォンとイヤホンのスコアをテストします。 しかし、ノイズキャンセルとは正確には何ですか、そしてそれをどのようにテストしますか？ 私たちは、ANCができることとできないこと、そして購入できる最良のモデルを決定するためのテストで何を探すかを理解するためにここにいます。

パッシブノイズキャンセリング（またはノイズアイソレーション）

ヘッドホンとイヤホンは、ほとんどの場合、何らかの形で外部ノイズを遮断するように設計されています。 アクティブノイズキャンセリングは複雑な回路を使用しますが（これについては以下で説明します）、それが唯一の方法ではありません。

パッシブノイズキャンセリング、またはノイズアイソレーションは、材料と物理工学を使用して、外部のノイズから耳を手動で絶縁します。 耳栓は、シリコンまたはフォームの先端が耳にフィットする方法のおかげで、ほとんどの管内イヤホンと同様に、パッシブノイズアイソレーションを提供します。 オーバーイヤー（サーキュラーラル）ヘッドホンは、イヤーカップを使用して耳の周りに信頼性の高いシールを作成し、メモリーフォームなどの素材で強化された周囲のノイズのまともな帯を遮断することで、パッシブノイズアイソレーションを提供することもできます。 ANCヘッドフォンは、使用する回路に加えて、ノイズを遮断するためにこれらの要素に依存することがよくあります。

したがって、カナルシールイヤホンまたはサーキュラーラルヘッドホンのどちらについて話している場合でも、より複雑なANC回路が機能する前に、ノイズアイソレーションから始まります。

アクティブノイズキャンセルの鍵：インバースオーディオ

アクティブノイズキャンセリングがどのように機能するかの基本的な概念は単純です。 グラフ上の正弦波を考えてみてください。その弧の高さは正の領域にあります。 ここで、その正確な逆を想像してください。その最低点が正の正弦波のピークと並んでいます。 1を-1に加算すると0になるのと同じように、これら2つの波は互いに打ち消し合います。 したがって、波がオーディオ信号を表す場合、それらは本質的に互いに無効になり、沈黙を作り出します。

それがANCです。 ANCヘッドホンに組み込まれているマイクは周囲のノイズをキャプチャし、オーディオ処理回路はそれらのノイズを受け取り、その逆を生成してリアルタイムでキャンセルします。

私たちの周りのすべての音が正弦波のように単純で予測可能である場合、アクティブノイズキャンセルは実装が簡単で、製造が安価で、ほぼ常に非常に効果的です。 しかし、サウンドがそれほど安定していることはめったになく、その複雑さにより、ノイズキャンセリング回路が正確なインバースを生成することが困難になる可能性があります。 ANCは通常、ACユニットのうなりや飛行機の鳴き声など、一定の音に対して非常にうまく機能します。 誰かが歌っているようなピッチや音量がかなり変化する音や、誰かが手をたたくようなパーカッシブな音の逆音を正確に作成するのは困難です。

その上、低周波数の音は逆波を作成するのが比較的簡単ですが、高周波数は調整するのがより困難です。 ANCは低周波数と安定したサウンドで最適に機能するため、メーカーはいくつかの追加のトリックを使用して、高域と一時的なサウンドをダイヤルバックします。

特に安価なノイズキャンセリングヘッドホンのペアでよく見られるトリックの1つは、回路が除去できない周波数を効果的にマスクするホワイトノイズのようなヒスノイズを信号に挿入することです。 これはノイズキャンセルではありませんが、ノイズの発生であり、私たちはそれを聞くたびにレビューにそれを記録します。

アクティブノイズキャンセルとアダプティブノイズキャンセル

表面上、アダプティブノイズキャンセルとは、リアルタイムで聞こえている音に適応して、その環境に最適なノイズキャンセルを作成するアクティブノイズキャンセルを指します。 それがANCの基本的な定義のようにあなたに多く聞こえるなら、あなたは間違っていません。 結局のところ、ANCは適応性がなければなりません。そうでないと、機能しません。 しかし、一部の企業は、ノイズキャンセリングによってあなたがどこにいるかを判断し、それに応じて回路の動作を調整できるという考えを推し進めています。 たとえば、最近のソニーのモデルは、頻繁に使用する環境を「学習」し、それらの領域に最適なANCを提供する機能を備えたアプリで動作します。

これがどれほど進んだように聞こえても、本質的には、すべてのANCが行うことになっていることです。 ANCは駅で機能するだけでなく、どこでも機能する必要があります。 そのためには、周囲を常に監視しているマイクからのリアルタイムオーディオ分析に基づいて最良の結果を送信する必要があります。

したがって、率直に言って、テクノロジーは常に進歩しており、メーカーは専門用語を発明して市場に出し、以前のバージョンと差別化する必要があります。 そうです、いわゆるアダプティブノイズキャンセレーションは、ANCを前年度から大幅に改善したものですが、パフォーマンスと一貫性の程度はさまざまであり、セールスマンシップも少し上回っています。

一般的なノイズキャンセルの問題

先に述べたように、ヒスノイズは注意が必要なものであり、低価格のヘッドホンに共通の問題です。 もう1つの危険信号は、特定のヘッドフォンペアのオーディオ出力に対するノイズキャンセリングの影響です。 ANCのオンとオフを切り替えても、サウンドシグネチャは変更されません。また、最高品質のモデルでは変更されません。 しかし、この点で問題のある多くのANCヘッドフォンをテストしました。 サウンドシグネチャの変更が非常に微妙な場合もありますが、ANCがオンの場合、安価なペアの多くは大きく異なるように聞こえます。これらのモデルは避けるのが最善です。

耳内圧は別の問題です。 ANCによって引き起こされる知覚される圧力変化は、ヘッドホンごとだけでなく、人によっても異なります。 片方のペアは私には元気に感じるかもしれませんが、あなたの頭にはひどく不快です。 私たちはすべて異なる方法で構築されているため、可能な限り、ヘッドホンを自分でテストして、耳の圧力が気にならないことを確認するのが理想的です。 レビューの内容に頼ることはある程度役に立ちますが、最終的には、特定のヘッドフォンのノイズキャンセルに対して私の耳が同じように反応するかどうかはわかりません。

ノイズキャンセリングのテスト方法

信じられないかもしれませんが、ノイズキャンセリングヘッドホンのテストプロセスは、COVID-19のパンデミックの間、何年も前とほとんど同じです。 結局のところ、新しいヘッドフォンをテストするたびにクロスカントリーフライトをしているわけではありませんでした。 また、テストを行うニューヨーク市は通常より静かですが、路上テストは、ANCヘッドフォンの有効性を判断する方法のほんの一部にすぎません。 どのペアがどの周波数を最もよく処理するかを明確に言うには、一貫性が必要であり、それを路上で簡単に取得することはできません。

そのため、テストの大部分では、同じ音響処理された部屋で、同じ音量レベルで同じスピーカーを介して同じサウンドファイルを使用してノイズを生成します。 低周波数のランブルのサウンドファイル、高周波数のスイープのファイル、および騒がしいレストランやオフィス環境の録音を使用してテストします。 また、ヘッドホンにストレステストを実施し、ペアが完全にキャンセルに成功しない大音量レベルでサウンドファイルを再生して、極端な条件下での効果を判断します。

ヘッドホンがこれらのサウンドファイルと外部ノイズを処理する方法を比較することにより、どのモデルがノイズをダイヤルバックするのにより効果的であるかを読み取ることができます。 答えは必ずしも簡単ではありません。 一部のペアは、特定の周波数範囲を排除する点で他のペアよりも優れており、一貫性がないものもあれば、ある音量レベルでは優れているが、別の音量レベルでは著しく悪いペアもあります。

次に、前述のヒスの問題があります。これは、非常に静かな部屋でテストします。 私たちの半防音の音響処理されたテストスペースはこれに理想的であり、外部ノイズをまったく発生させずにヒスノイズを聞くことができます。 非常に静かな部屋で可聴ヒスノイズがオーディオ信号に追加されると、ANCをアクティブにすると、実際には物事が静かになるのではなく、大きくなるように見えます。

明らかに、このテストはすべて、ヘッドホンで音楽を再生せずに実行されますが、ヘッドホンのサウンドと、ANCがサウンドシグネチャをまったく変更するかどうかの両方を確認するために、オーディオパフォーマンスもテストします。 結局のところ、これらはヘッドホンであり、それらがどのように聞こえるかは、外部の音をどれだけうまく遮断するかと同じくらい重要です。 オーディオパフォーマンスの評価方法の詳細については、ヘッドホンのテスト方法に関するストーリーを参照してください。

最後に、すべてのテストが完了したら、価格やユーザーエクスペリエンスなどの他の要素に加えて、ノイズキャンセルとオーディオパフォーマンスを考慮して評価を決定します。 市場に出回っている主要な（そしてそれほど主要ではない）ノイズキャンセリングヘッドホンのほとんどをテストし、それぞれのレビューでパフォーマンスのあらゆる側面を深く掘り下げています。

現在のお気に入りのモデルについては、最高のノイズキャンセリングヘッドホン、最高のノイズキャンセリング真のワイヤレスイヤフォンのガイド、および現在市場に出回っているトップANCモデルの直接比較をご覧ください。