ノイズキャンセリングはどうして雑音だけ聞こえなくなるの？
電車や飛行機の中でも，周囲の騒音がスッと消えて，音楽や動画の音声だけがクリアに聞こえるノイズキャンセリングイヤホン。特に，走行音やエンジン音のような一定の騒音が弱まるのを体験したことがある人も多いでしょう。周囲の環境音は消えるのに，人の声や音楽はちゃんと聞こえる――この仕組みを疑問に思ったことはありませんか？今回はノイズキャンセリングイヤホンの仕組みを，物理の波の視点から見ていきます。
音は波として伝わる
音は，音源が空気を振動させ，その振動が音波となって耳に届くことで伝わります。ここで重要になるのが，波の干渉という現象です。複数の波が重なり合って強め合ったり弱め合ったりする現象を，波の干渉といいます。
干渉が起こる条件は次のように表されます。
・強めあう条件：(経路差)\(=m\lambda\)
・弱めあう条件：(経路差)\(=\Big(\ m+\dfrac{1}{2}\Big)\ \lambda\)
\((m=0,1,2,…)\)
この「弱めあう干渉」がノイズキャンセリングのカギとなります。
ノイズキャンセリングの仕組み
ノイズキャンセリングイヤホンには，小さなマイクが内蔵されており，周囲の環境音を常に検知しています。そして，その環境音と逆位相の音波を人工的に作り，流しています。環境音の波と逆位相の波が重なると，弱めあう条件を満たし，結果として音が打ち消されます。これにより，走行音やエンジン音のような一定で単純な騒音が，大きく軽減されるのです。
なぜ音楽や人の声は聞こえるのか
では，なぜ環境音は消えるのに，音楽や人の声はキャンセルされずに聞こえるのでしょうか。これにも波の性質が関係しています。人の声や音楽は，単一の周波数ではなく，さまざまな周波数が同時に含まれた複雑な波です。さらに，声や音楽は強弱や速さ，高低が絶えず変化します。そのため，すべての成分に対して正確な逆位相の音波をリアルタイムで作り続けることは難しく，環境音ほどきれいに打ち消すことができません。結果として，環境音だけが弱まり，音楽や人の声は比較的クリアに聞こえるのです。
いかがでしたか？
普段使っている身近な道具の中に，教科書で学んだ物理法則が隠れていると分かると，物理が少し身近に感じられるのではないでしょうか。今回扱った波の干渉は，音だけでなく，光にも利用されています。日常の中で不思議に感じたことを物理の視点から考えてみるのも面白いですね。
今日の公式
・強めあう条件：(経路差)\(=m\lambda\)
・弱めあう条件：(経路差)\(=\Big(\ m+\dfrac{1}{2}\Big)\ \lambda\)
\((m=0,1,2,…)\)
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