普通のイヤホンを500円でノイズキャンセリングイヤホンに改造した結果... これ難しすぎだろ！！！
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- Опубліковано 24 лип 2024
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耳の近くに置いたマイクで外部からの音を拾い、耳の近くに置いたスピーカーから逆位相の音を出せば " 原理的 " にはノイズキャンセリングが可能です。
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✅目次
0:00 ノイズキャンセリングの原理
6:05 ノイズキャンセリング回路を自作する！
12:00 マイクとイヤホンを合体。効果を確認する
14:07 イヤホンを変えて再挑戦
15:54 なぜ...
17:37 ホリエモンロケット
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自然界の音を取り込んでリアルタイムで位相を反転して再生する、原理はわかってもどう実装しているのかずっと不思議に思っていました。実際の波形を見ながら検証できるのはとても興味深いです。
フィードフォワード方式があまり用いられない理由はいくつかあります。
1つはスピーカーとマイクの距離を近づけられないから。仮に電気回路での遅延がゼロだとするとスピーカーとマイクの距離が離れれば離れるほどです位相がずれます。サイン波の様な音だとたまたま1周期ズレて一致するかもしれませんがノイズではそのようなことは起きません。FB方式の場合、極端な話スピーカーにマイクを直接当てると両者の距離はほぼゼロになります。これだと位相のズレはかなり少なくできます。
2つ目は無指向性のマイクは小さくしにくいから。音はあらゆる方向から飛んでくるのでいろんな方向に対応する必要があり、FFだと無指向性のマイクが必要になります。対してFB方式は耳の中を通っている音を拾うため、ほぼ直進している音しかなく指向性マイクでも十分対応できます。
そしてもう1つが一番大事なのですが、外界の音とイヤホンという遮蔽物を通して伝わる音は全然別物だと言うことです。この2つを足しただけではノイズを消すことは基本的に無理です。対してFB方式だと耳中の音を拾うため比較的容易にノイズを減衰することができます。
みんながノイキャンイヤホンを比較する中、この人は自作しててマジでかっこいいw
ジサカー王
こういうチャレンジ系の動画は大好きです。見ていて楽しいです。次回作も期待しています！
最近物理基礎でノイキャンの原理を学びました、物理の授業はあまり意味のわからない話がたくさんですがこの話は本当に面白くて聞き入ってしまいました。
すごい良かった。いい企画だったと思います。
そんな簡単に上手く作れたら、本職の人達
商売上がったりですもんね。
DIYでここまで出来た事に感心しました。
あんな小さなイヤホンにNC機能を盛り込む技術凄さ良くわかりますね。
自分で作ろうと思って資料を探していたのでとても参考になりました！
ノイズキャンセリングイヤホン凄いな……これにバッテリーとかタッチセンサーと複数のマイクとかすげぇな……
自分もそのうち挑戦してみようと思っていたので、参考になりました。
他に今まで製品化されているものと同じ物の自作に挑戦したことがありますが、
製品の性能にはどうやっても及ばないので、専門の技術者は本当にすごいですね。
完成していないけど、問題点の解説とか、なかなか興味深く楽しかったです
只々周囲の音を反転させて再生しているという訳でもなくて、ノイズキャンセリングイヤホンには、その小さな筐体からは想像できない複雑な技術が組み込まれている事がよく分かりました！
イヤー、毎回面白い。勉強になります！
こういう事は「何はともあれ、やってみる！」って事が大切だよね・・・うまくいかなくてもいろんな事が感覚的に理解できるから電子回路は面白い！今まで頭の中の関係ない知識が、一瞬で「ババッ！」つながる感覚が楽しいんだよなぁ
いつも大変面白い動画をありがとうございます！
イヤホンの振動をマイクが拾って余計なループが発生している？
とも思いましたが深掘り動画期待しています^^
大学で習った知識で理解できると最高に楽しいですね！
再チャレンジ動画たのしみです
めちゃくちゃ面白い！こういうの好き
素晴らしい動画
NC回路の自作はとても興味深いです。
高級車では車室内でのNCが実装されていますが、ヘッドホンとは違った難しさがあるのでしょうか？
スピーカー空間のNC検証なども面白そうです。
16:25 感度が低い話終わってるのにしばらくマイク持って喋ってるのじわじわくるｗｗｗ
大学でのエアプ知識だと、簡単にノイキャン作れそうやんけ!って思ってたので感動しました。原理的な部分と実装上の問題は複雑だなぁ
何故失敗したのか検証してみるってのは大事ですね。解説が分かりやすくて勉強になります👍
いつも何言ってるのか1mmも理解できないけどなんか見てしまう
なぞの魅力があるお兄さんだ
意外と簡単に手作りできるんじゃないかなぁ？って私も妄想した事あった！
途中で髪切ってて和んだ
思ったことを実際にやってみると、難しさ（課題）がよくわかりますよね。
勉強になります
昔平面モーター逆接続して骨伝導ノイキャンにして遊んでたなw 全く使えなかったが一瞬ふっと音が消える時があっておもろかった
ギター用のエフェクターをたまに作ったりしていますが、回路的には非反転増幅回路で似たようなものなんですねー
オペアンプも4580で定番ですし
市販のNCヘッドホンが非常に精緻に作られているのがわかりますね。
なかなか興味深い検証でした。空気清浄機とかにこのような仕組みを入れて低騒音の製品として売り出すのが欲しいなーと思っています。 どうしてもファンを強にすると音が気になりますよね。
ファンと組み合わせた製品を期待したいです。
ドライバーユニットの性能も重要らしいので、本格的に自作するならドライバーユニットの選定や音響設計も必要になりそう
没にならなくてよかった
おもしろかったです
ノイズキャンセリングは周波数が高いほど難しいので、まずは200Hzくらいから試すと良いかもしれません。1kHz以上のノイズを消すのは製品レベルでも結構厳しいと聞きます。
製品ではデジタル制御でコンピューターで制御しているので早すぎると処理しきれないかもしれませんが今回作成したのはアナログ回路なので可聴域程度の周波数は問題ないのではと思います。
By素人
1000Hzだと波長が30cm程度、一方で外耳道の長さは3cmです。音の向きによっては誤差1割なので、完全には打ち消せませんね。
次回作期待大
低周波のほうがキャンセルしやすいので、低周波専用で作られてはどうでしょうか?市販のNCイヤホンでも、440HzはANCではなく遮音でカットしている製品が多いように感じます。
僕が子供の頃にMDR-NC22っていうSONYのアナログ式のノイズキャンセリングイヤホンを使っていましたが、装置も大きくてノイズは多少は減るけどもそれ以上にツーンという変な音もありました。
あの頃から今のイヤホンになるまでに相当な進化を遂げているので、その当時を思い出すような気がして非常に興味深かったです。是非さらなる進化(というか成功？)を期待してます。
自分もかなり昔に挑戦した事がありますがうまくいきませんでした。群遅延特性を考慮するとデジタルフィルターの方が良いのでしょうか。
理論上は正弦波の位相反転で打ち消すんですけど、実際はコンデンサマイクなど部品や配線で周波数特性が誤差を持っていて影響しちゃうのでしょうね。正弦波でも上手くいかないとなると実際の騒音対策はかなり難しいのでしょうね。イヤホンメーカーさんはスゴいです。ウチは女房が隣りにいるとき付けてます(*・ω・)♪
高周波の音は直接音と逆位相の音のラグが少しでもあると増幅してしまうのではないでしょうか、それともこの回路ならラグはほぼないのでしょうか
AdphoxのBME200とか、RolandのCS-10EMなら高感度かつ、イヤホンのハウジングにマイクが予め埋め込まれてるから、わりと上手くいきそう
1:22 ここのペンの動きすき
右の耳からノイズが入るので耳栓したらどうでしょう。
ノイキャンのヘッドホンはビジネスクラスので使ったことあるけどちょっと板がずれるとか不具合があるとすごい雑音になって使いにくいと思ったことある
最近ノイズキャンセリングイヤホンを初めて買ってめちゃくちゃ感動して「魔法か？」って思いました。原理はもともとわかってはいましたが…
音楽をやっていていろんな音響メーカー機材に触ることも多く、結局毎度思うのは、人間の耳とかいう器官繊細すぎん？ってことですね。
ここで指向性や周波数特性をコメントするのは簡単ですが、環境音やノイズに対する知識や捉え方、ノウハウや…なんというか音に対するセンスみたいなものを、現行製品からそれぞれ感じるところもありますね。
音を相殺するためには？って考え方じゃなく、周囲の音が聞こえないようになるには？みたいな文系ロジックチックな方がクオリティが上がるのかもですね。
流石にイチケンさんも結果がある程度分かった上であのマイク素子と回路を使っている気がしますので、あえてそれで普通のイヤホンに500円でノイキャンにしてみたら？というコンセプトは課題や検証がたくさん見えて面白かったです。
フィードフォワードでちゃんとやろうとすると、指向性や周波数特性が耳と近いマイクを用意してイコライザや遅延相殺などの機能があるDSPで信号処理しないとまともに動かないんだろうな
理論が解っていても意外と難しいのですね！折角作ったのですから、ボーカルのみ消えるカラオケアンプに改造してみれば？あれはステレオ音源のセンターをR・L位相反転してボーカルを消します。
あと、マイクにコンプレッサーICを入れて感度を上げるとか？
連投すみませんマイクの位置で効果が変わるのは広指向性マイクを使うと解決できそうですね
マイクの指向性の問題の様な?
あと、マイクからの信号のタイムラグがあるとノイズ消しきれませんね
ノイズの周波数によってはマイクとスピーカーの距離を調節する必要があるでしょう
ご存知の可能性高いですが、感想ついでに。マイクは指向性があるものがあるので、ないものがいいでしょうね。またフェードフォワード方式だと集めないといけない音が外とほぼ無限にあるので、パッシブノイキャンでノイズが減り、耳の中だけに響いた音だけをキャンセルすればいいフィードバック方式の方が良さそうですね。サイズ的にもヘッドホンなら内側に設置できそうですし。ただ音楽を流すとアナログ処理だと音楽には逆位相かけずに、ノイズのみに逆位相をかける処理は限界がありそうですが。
コンデンサーマイクで無く、MEMSマイクでは如何でしょうか？ワイドレンジかつデジタルＡＮＣ出来ます。
ノイキャンイヤホンはあの中にマイクやスピーカー、バッテリーなどが入ってるなんて凄い…
外にマイクがあると、イヤホンの中に聞こえてない音まで反転して入れてしまうから、効率よく打ち消すにはフィードバック式の方が良いのですね。。
デジタル信号処理なら外音の振幅が小さいときは大きく増幅させるようにしてるんかな
ノイズキャンセリングの概念は何十年も前からあって、各音響メーカーさんかなり苦労されている話は聞いていたので、それをイチケンさんが一発でできたら「スゴイ」と思っていたのですが、、、（おおよそ想定通りw←ｽﾐﾏｾﾝ） ネタ的には面白いので、どの程度ノイズキャンセルされているかを視覚化できたらなぁと思いました。（難しいですけどねw）いろいろな対策を考えて実験して結果を視覚化して見せてくれると動画的に映えるかなぁと。
元々元祖ははＢＯＳＥ社の戦闘機用
ヘッドホンだったらしいです。
カナル型のアクティブノイズキャンセリングイヤホンとかだと付けるだけでもパッシブで削減をできてしまう点が逆に難しくしてますよね。更に人によっては付け心地やサイズの違い、聞こえ方などいろんな要素の違いがあるので減衰値を個人個人で細かく設定しないと完全なキャンセルというのは達成できなさそう。
だから「補聴器」って
難しいのよ。
単なるラウドスピーカー
じゃないのよね。
（昔はそうだった。だから「バイクが苦手」などの問題があった。）
マイクの指向性もあるけど、オペアンプやアンプ回路そのものの応答速度もあるんだろうなと。
タイミングずれたら打ち消すどころか逆にノイズ出す可能性すらありますものね。
非反転増幅回路と反転増幅回路で使っている詳細の部品、回路図の詳細教えてほしいです😮
ぜひ成功させてほしい！
アナログ回路の負帰還の仕組みと同じかな？
マイクを高感度で指向性の広いのにするといいかも
はたまたマイクを複数個つけてフェーズドアレイにするとか…
次回も楽しみにしてます
ancイヤホンの分解もしてほしいですね
案外作れちゃうんだ！？という驚き
このマイクは無指向性でしょうか？コンデンサマイクは単一指向性のものが多いかも．
仕組みからマイクからスピーカまでの時間差を補正しないと位相がズレちゃうんじゃないかな・・
あと、もし効果について解決できれば１２V電源の大電力用とかもレシピをー（社外からの音をアクティブ消音出来たらすごいなぁとｗ
フィードバックのほーがマイクの指向性の影響が少ないのか
非反転増幅を挟まないで、最初から反転増幅で増幅させないのは何故でしょうか。
ウォークマンのイヤホンからマイクとってこれないかな？
ノイズ キャンセルの分かりやすい説明ありがとうございます(*- -)(*_ _)ﾍﾟｺﾘ
直感的には逆振幅な気がするのだけど
打ち消し合う波形を逆位相って呼ぶのかな？
アダプティブなFIRフィルタを使わないと綺麗に消せないですよね
途中で髪型かわってふいたｗ
FF方式の安物のアクティブノイキャンイヤホンを持ってますが、距離が同じでもノイズ源との角度で消せたり消せなかったりしますね(´･ω･`)
集音マイクをハウジングに収めた上での集音の指向性が適切になるか…設計難しそうな分野ですね
ノイズキャンセル機能って逆位相で音を消すという原理は分かりますが実現が難しいですね、すごい技術だと思いますし実際に製品化できちゃうのがすごい。 過去車内で音楽を聞いていて周りの音がキャンセルされて車内放送が聞こえなくて目的の駅を過ぎてしまったことがあります。 電子耳栓とか補聴器とか技術の進歩がすごいです。
実際には電気回路だけでなく振動板の材質とか弾性率とかアナログで検討しているらしいです。かなり昔に図書館にあった本とラヂオライフ社の本で読んだ記憶があります。
ヘボいマイクで拾った音を反転させて加えただけでは、人間の耳(マイクとして非常に性能がいい)が感知するノイズをキャンセルし切れないというのは目から鱗。言われてみれば確かにその通りですね。
1万弱のノイズキャンセリングイヤホン使ったけど、
耳が痛くなったから使わなくなったなぁ
FB方式ならもうちょいマシなのかな？
遮音性高める方が自分には適してそう…
ダイナミックマイクでなくピエゾ素子（＋音圧を受け取る板を付けたもの）だとどうなんだべ
マイクいっぱいくっつけて、色んな方向からの音を片っ端から拾いまくるようにしたら上手くいく？
デザイン何それ美味しいの？にはなりそうですが…
正弦波以外（ホワイトノイズとか）でのチェックも見たかった。
13:20 これって逆に言えば特定の方向とか角度からの音だけキャンセリングできたりするのかな
いつも有益な情報ありがとうございます👍
昔々若かりし頃、このノイズキャンセリングと同じことを思いつき、当時の理系の担任の先生に申し出たたところ「ノイズはいろいろな周波数成分を含んでいるので、成功は無理では？」との言葉で研究を断念。
その後、この考え方でノイズもキャンセリングのできると知って「くそー！」って思いました。
やはり、師と仰げる人に出会わないと、残念な結果になることを思いしりました。同じようなことが他にもいろいろ。。。
愚痴話でスミマセン。
多分その頃にはＢＯＳＥ社が
戦闘機用ノイキャンヘッドホン
を実用させていた。
ただし、今回の動画実験で
判るように実用になるものを
作るのはとても難しい。
ノイキャン自作とかムリだろそんなんするのイチケンさんレベルのあたおかしかいねぇよwwwって思ったら本人で安心した。
たぶんイヤホンからマイク少し遠ざけたら効果上がりそう ただ離すと今度は位相がズレそう
高周波ノイズにはノイズキャンセルの効きが弱いとどこかで聞いた気がします。
Тема интересная. Ждём её развития. 🙂
アナログよりデジタルが使われてるのってやっぱり構成が少ないとか小さいとかコンパクトになるからかな？
音響特性で演算による味付けをしていると思います。
波形を反転するには、スピーカの配線を逆に繋ぐだけでいい。けど反転増幅の方が回路は単純なのよねー。。
昔のアンプなら結合トランスを
逆接続とか。
ノイキャンの仕組み知ってたとしても自作までは普通出来んわ笑
マイクの指向性がいまいちでしたかね、無指向性で小さいサイズのものを選ぶと良いのかな
マイクに指向性があると拾えない音が出てきますね。
Fantastic channel. Does anyone know any other Japanese channels similar to this one?
this is the best channel i have ever seen
@@Kuroneko.exe_desu I found a couple more since I commented but this does appear to be the best.
なるほどな！
13:33 めちゃ縮こまって感想を言ってるのが面白いです。
遅延による位相ズレを解決するのが難しい、時間を追い越せれば良いのだけど...
位相反転って単純に繋げる先を変えるだけではないのかな。GNDはGNDのままが良いのかな。
スピーカーなら別に良さそうだけど。よく分からん。
あとノイズキャンセリングはマイクの性能が大きくて指向性はない方がいいってのと、やっぱりイヤホン自体の遮音に周波数ごとの違いがあったりで、つまりフィードバック方式の方が良さげ。
それからマイクとスピーカーの間で音速分の遅延を入れてると思ってたけど、改めて計算してみると8mmで44.1kHzの1サンプル分程度だから気にする必要はないみたい。
と思ったけど数kHz以上を相手にするなら結構無視できないな。1サンプル分って意外と大きい。
とにかく出てきたのも比較的最近ってこと考えるとアナログ回路で色々やって何とかなる気がしない。
実は大昔からあったのかな？
一応Wikipediaにはヘッドフォンならシンプルな逆位相でも効果があって1990年代から存在したとあるから、つまりできるはずみたい。
道路の両脇に自動車の走行音を打ち消すスピーカーが設置された装置がどこかにありましたね。
危なくて好き
オペアンプで、できそうですね。
ですが、単純だと発振してしまうので、調整は簡単では無さそう。
反転増幅のはずなのに
ハウリングしたりするからね。
序盤の耳栓はモルデックスのメテオかな
ノイキャンの構造上、耳に入力される外部音を反転させて消すと思うので、密閉型でイヤホンから出すと外部音が入りにくいイヤホンなのに外の音がイヤホンから聞こえてしまいノイキャンされないような・・・そのため近づけないとノイズが耳に入力されずノイキャンされなかったり、近づくことで方向にシビアだったり。普通のスピーカーで試してほしい！