math - アクティブノイズキャンセルの背後にある理論は何ですか？

Question

前の質問で、破壊的なノイズ信号を生成するためにソース時間領域の振幅値を単純に否定できないのはなぜですか？

ポスターの1つは、逆極性（否定）信号を生成するだけで理論的には機能するが、実際には不可能であると述べています。

だから私は尋ねています、アクティブノイズキャンセルへの（一種の半技術的な方法での）基本的なアプローチは何ですか？

第二に、なぜこのトピックに関するほとんどの文献が周波数領域にあるのですか？

Answer 1

それはかなり単純です。

反転信号を送信するまでに、ノイズはすでに聞こえています。

どの周波数が生成されているかを確認し、それらの適切な反転信号を生成してそれらを打ち消す必要があります。

Answer 2

ノイズキャンセリングは予測です。アルゴリズムは、将来のある時点 (システムとオーディオ時間の遅延によって与えられる時間) における騒音の音がどのようなものになるかを予測し、将来の同じ時点でどの信号が反対の音を生成するかを予測する必要があります (システムが歪んだり遅延したりするため、反対の歪みと遅延を計算する必要があります)。

いくつかの連続する FFT を使用して、ノイズ内のどの周波数が変化していないかを判断し、それらが将来にわたって短期間継続する可能性を想定または計算できる場合があります。

スピーカーの周波数応答曲線がわかっている場合は、予測されたノイズ スペクトルと一致するために必要な信号の周波数振幅を把握できる場合があります。正弦波の位相角は時間とともに変化します。出力信号の時間遅延がわかっている場合は、将来のある時点で正弦波の位相を計算できる可能性があります。ある時間と場所におけるノイズの特定の周波数の予測位相がある場合、その位相角に π を追加して、ノイズ キャンセリング信号を推定できます。

システムの周波数応答と遅延がわからない場合、キャンセルのために作成する信号の周波数、振幅、または位相がわかりません。ノイズをキャンセルするのではなく、ノイズを増幅してしまう可能性があります。

Answer 3

編集：タイプミス

ANC の基本的な考え方は、繰り返しの音を見つけて、その逆を再生することです。繰り返し音が再生され続ける場合は、キャンセルすることができます。それは他の答えとは正反対ですが、明確にします。

反対の音を再生するということは、正確なパワーと遅延でもう一度再生することを意味し、波形が反転する可能性があります。遅延自体は周波数ごとに異なります。たとえば、20Hz のサウンドの場合、1/20 = 0.05 秒の正確な倍数で反転サウンドを再生する必要があります。たとえば、23Hz の場合、遅延は 1/23 ~= 0.04347 秒の倍数でなければなりません。

任意の波形は正弦波の合計によって生成できるため、1 つの方法は、電力 (振幅の 2 乗) で測定されたN 個の最大の正弦波のみを考慮することです。正弦波の周波数とパワーを見つけるために、フーリエ変換を使用します。通常はFFTアルゴリズムを使用します。

たとえば、N=8 を取ると、8 つの最も強力な波成分を排除しようとしていることを意味します。それらのそれぞれについて、以下を保存します。

• 波の振幅
• コンピューターのクロックを基準とした波のオフセット。

常に 8 つの正弦波を再生し、それぞれを正しいパワーと正しい遅延で再生します。難しい部分は、次に何が起こるかです。私たちは適応するために耳を傾け続ける必要がありますが、今は環境音と自分自身の音を聞いています。このアルゴリズムは実装するのが難しいですが、概念的には簡単で、自分でそれを行う方法を簡単に理解できます.

したがって、他の回答が言うこととは反対に、時間の遅延を管理することは重要です. それをしないとANCシステムは作れません。周波数ドメインだけを気にする場合、可能な唯一のことは、それらの周波数をフィルタリングすることです。ANC システムでは、これは意味がありません。