ホワイトノイズと逆位相

質問

雑音で聞こえない、同じ放送の二台のラジオをセットすると、雑音が逆位相になった場合にはその雑音は消えてしまうそうです。（同位相の音は強調されて聞こえる。またこの雑音は増幅のとき発生するものらしいです）。また、『暗号録音アダプター』という、「Ｌchに音声とホワイトノイズ・Rch に同じホワイトノイズを録音し，再生のときにRchを逆位相にしてミックスしてノイズだけを消す」「応用として，ステレオ録音の音楽にこのアダプターをつなぐと，中央に定位しているボーカルは消えるのでカラオケが作れる」というのがありました。ならば上の二つを踏まえ，例えば「録音したホワイトノイズで聞けなくした音声」をラジオなどで放送した場合（放送自体は極めてクリアとします）、「録音したホワイトノイズ」の「逆位相のホワイトノイズ」をお家にいる聞き手が人為的（テープなどに録音して）に用意し、放送と同時に流すと、ちゃんとした音声として聴くことが出来る、という状況は成立するのでしょうか。もし出来るとしたら、どのような位置に二台のラジオ（１台は放送を聞くためのもの、１台はホワイトノイズを録音したテープということになります。）を置いたら良いのでしょうか?（向かい合わせとかそういうことです）。素人なので放送やノイズの性質など全く分かっていません。可能・不可能や間違いの訂正、ツッコミ、こうしたら出来るんじゃないかのアドバイスなどお願いいたします。（できれば放送ということと、録音されているという条件で）よろしくお願いいたします。

回答No.4

anisol · ベストアンサー

ちょっと補足します。

＞二台のラジオで雑音を消すというのも

これは、ちょっと違った仕組みなんです。今回の質問のノイズは、完全に同じ波形のノイズですね。二台のラジオを使う場合は、そのノイズの波形はまったく違っています。（ノイズはそれぞれのラジオでの受信、増幅の際のものと考えます）それに対して、音声の波形は二台のラジオで同じです。

一般的に、2つの波形を重ね合わせる場合、それぞれの波形で相関のある成分（信号）は2倍になりますが、相関がない成分（ノイズ）は√2倍にしかなりません。これが二台のラジオで雑音が少なくなる原理です。この方法でノイズ成分を減らすことは、計測などの分野で一般的です。

お礼

回答ありがとうございます。ラジオの雑音に関しては勘違いも含めて何だかわかったような気がします。

回答No.3

noname#11476

callingさんの方法は結構困難ですが（理由はNo.1の方の答えの通り）、大ざっぱに言うと割と近い方式としては、スペクトラム拡散通信方式というのがあります。
その昔アメリカの軍事技術でしたが（今でもそうですが）、最近では民生機器にも利用されるようになりました。
簡単には、時系列に情報を伝える信号の使うバンドを切り替えていく方式で、これは、受け手で用意されたパターン（周波数の切替パターン）を使って、元の信号に復調する方式です。
詳しくは、多分webを検索すると沢山出てくるかと思います。

お礼

検索してみたのですが、ここまで行くとさすがに難しくて。回答ありがとうございました。

回答No.2

ykkw_2001

ホワイトノイズを使うかどうかは、別として、質問の「音声信号の暗号鍵」のようなものは可能です。
いや、可能だと思います。（ちょっと弱気）

関係ありそうな情報として・・・既に知っているかもしれませんが・・・
多くの人が、聞き取れる音の周波数は、２０Hz～２０ｋHz。
ホワイトノイズは、あらゆる周波数、位相の音が混ざっている。
空気中の音速は、約340メートル。
音は、低周波より高周波のほうが激しく減衰する。
スピーカの極性を逆にすると、音の位相は逆になる。
（アンプなどが入ってるとそうカンタンではないけど）

で、ノイズの目的は、人に聞き分けられないようにするということだと思うので
「あるお約束にしたがった音」であればいいでしょう。
（たとえば、聞きなれない外国語の歌や、工事現場の音）

一番近い技術としては、「アクティブ消音技術」かな？
http://www.ihi.co.jp/inc/inc4100.htm

難しそうなのは、信号の同期と音の減衰ですね。
同じタイミングでスタートボタンを押す（ていうか、聞こえるようにする）とか、
ノイズ音の大きさをあわせることが、結構大変そう。
放送に録音と同期させるタイミング信号を可聴域の外で入れておいて、テープスタートのタイミングを取るか。
スピーカが別々だと聞く人（マイク）の位置によって、効果ある時とないときが出てきそうです。
これは、スピーカの配置を対向でなくて同じ距離になるような配置にする必要がありそう。
対向させるとか、同心円上に配置するとか・・・

ん～、あるいは、電気信号の状態でやってしまえば？
と思ったけど、それは有線放送やWowWowなどでおなじみ「ジャミング」というやつはないですか。
わざとノイズをのせた信号を送り、お金を払ったひとにだけ「アダプタ」なるノイズキャンセラを渡すわけね。

あ、そうだ、タイミングと音圧レベルの調整が、人間の感じる「音」の速度に間に合わないわけだから、
Ｗａｖファイルにしてしまって、ＷＡＶＥファイル編集ソフトとかなら、可能ですよね。
つまり調整時間をかければ電子回路化することも可能（なはず）。
ちょっと反則ですが、放送を一旦バッファリングして録音と、タイミングを合わせながら再生する
というのなら、私（街の物好きオヤジ）のレベルでも、射程距離に入ってきますよ。

とりあえずは、お金があればとおるかどうかは別として、特許でも申請しておけばいかが？・・・・・
（質問したことは公表になるのかな？）

補足

回答ありがとうございます。なんだか難しい話しになってきて思わず遠くを見つめてしまいました・・・。ところでノイズキャンセラって携帯電話内蔵とかのあれですよね。ちょいと調べてみることにいたします。

回答No.1

anisol

お書きのような状況だと、現実的にはできません。というのは、ラジオから出てくるノイズと、録音した逆位相のノイズを完全に位相を合わせて再生しなければならないからです。たとえば1kHzのノイズ成分まで完全に消したいときは、2つの音のタイミングが0.0005秒狂っていると、ノイズは消されるどころか増えてしまいます。頭出しを完璧にしても、再生装置の速度偏差によってずっと位相を合わせることは無理です。何らかの位相合わせの手段が必要です。

余談ですが、以前ボーカル＋伴奏と、伴奏だけの入ったCDを使い、波形編集ソフトで「ボーカルだけの逆カラオケ」を作ろうとしたことがありましたが、上記のような問題で簡単にはいかないようでした。（伴奏のマスターテープは同じで、デジタル録音と思われるので速度偏差は非常に小さいようだったのですが…）

補足

回答ありがとうございます。０．０００５秒まで合わせないと聞こえないとは知りませんでした・・・。実は、実に繊細な話しだったのですね。そういえば『暗号録音アダプター』の場合も、チャンとミキサーで合わせてるんですよね。というと、二台のラジオで雑音を消すというのも、偶発的な増幅された雑音がたまたま偶然逆位相になって聞こえたけれど、すぐに聞こえにくくなって雑音も強調されてしまう。というものだったのでしょうか・・・。