ノイズキャンセリングは、なぜ音を消せるの？
― 「音を足して、音を消す」という発想

電車や飛行機の中で、ノイズキャンセリング機能つきのイヤホンをつけると、ゴーッという低いエンジン音が、すっと静かになります。耳をふさいでいるだけの普通の耳栓と違い、音がまったく聞こえなくなるわけではないのに、あの低い唸り音だけがきれいに消えます。これは、音をさえぎっているのではなく、別の音を「足して」消しているからです。

ノイズキャンセリングは、この「波の打ち消し合い」を、電子回路で人工的に作り出している技術です。

音は、空気の圧力が振動する「波」です

音の正体は、空気の圧力が、高くなったり低くなったりをくり返す振動です。太鼓を叩くと空気が振動し、その振動が波として耳に届き、鼓膜を揺らすことで、私たちは音として感じ取っています。

波には、山（圧力が高い部分）と谷（圧力が低い部分）があります。音の高さが変わって聞こえるドップラー効果と同じく、音は目に見えない波として空気中を伝わっています。

正反対の波を足すと、波は消える

ここが、ノイズキャンセリングの核心です。ある波と、山と谷がちょうど入れ替わった波（逆位相の波）を、同じ場所で同時に足し合わせると、山は谷で打ち消され、谷は山で打ち消されて、ほぼ平らになります。これを「相殺干渉」「逆位相による打ち消し合い」と呼びます。

ノイズキャンセリング機能つきのイヤホンには、外側を向いた小さなマイクが付いています。このマイクが周囲の騒音を拾い、内部の電子回路がその騒音とちょうど山と谷が逆になる「逆位相の音」を、ごく短い時間で計算して作り出します。そして、スピーカーからその逆位相の音を鳴らすことで、鼓膜のすぐ手前で、もとの騒音と打ち消し合わせているとされています。

つまり、音を物理的にさえぎっているのではなく、「反対の音をぶつけて相殺している」ということです。これが、耳をふさぐ量が変わらないのに、特定の音だけが静かになる理由です。

なぜ、低い音は消えやすく、高い音は消えにくいのか

ノイズキャンセリング機能は、エンジン音や換気扇の音のような、低くて連続的な音にはよく効きますが、人の話し声や、食器がぶつかる高い音には、あまり効かないことが知られています。

理由は、マイクが音を拾ってから、逆位相の音を作って鳴らすまでに、ごくわずかな時間（処理の遅れ）がかかることにあります。音の波が1回振動するのにかかる時間（周期）に対して、この処理の遅れが無視できないほど大きくなると、逆位相のタイミングがずれてしまい、うまく打ち消せなくなります。

低い音は、1回の振動にかかる時間が長いので、わずかな処理の遅れがあっても、タイミングのずれが目立ちにくく、打ち消しやすくなります。逆に高い音は、1回の振動が短時間で終わるため、同じ処理の遅れでも、相対的に大きなタイミングのずれになってしまい、打ち消しにくくなるとされています。実際にどれくらいの高さの音まで効果があるのか、次の折りたたみで数字を使って確かめます。

自分で確かめられること

まとめ

ノイズキャンセリングは、音を物理的にさえぎるのではなく、マイクで拾った騒音とちょうど正反対の波（逆位相の音）を作り出し、鼓膜の手前で足し合わせて打ち消す技術です。処理には、ごくわずかとはいえ時間がかかるため、1回の振動が長い低い音ほど打ち消しやすく、振動が短い高い音ほど打ち消しにくいという性質があります。

ノイズキャンセリングは、静寂を作る魔法ではありません。
波を読んで、その真裏をぶつける、精密なタイミング勝負です。

※本記事は一般向けの科学解説です。ノイズキャンセリング機能は周囲の音をすべて遮断するものではありません。歩行中や自転車の運転中、周囲の音への注意が必要な場面での使用については、各製品の取扱説明書や案内に従ってください。