노이즈 캔슬링의 원리 / 패시브, 액티브 노이즈 캔슬링

노이즈 캔슬링은 외부 잡음을 상쇄, 혹은 차단하는 기술을 의미합니다.

대표적으로 음향기기를 통한 음악 감상 또는 모니터링 시에 유입되는 생활 소음을 차단하는 용도로 사용되고 있습니다.

이 기술은 본래 여객기 탑승자들과 승무원의 제트 엔진에서 발생하는 소음으로 인한 불편을 해결하기 위해 개발되었습니다.

 

노이즈 캔슬링의 넓은 의미는 소음을 차단하는 것을 의미하며, 소음을 상쇄시키는 것이라면 어찌 되었든 노이즈 캔슬링에 포함됩니다.

현재 노이즈 캔슬링 기술은 크게 액티브 노이즈 캔슬링과 패시브 노이즈 캔슬링으로 나뉩니다.

기술적으로 패시브 노이즈 캔슬링이 액티브 노이즈 캔슬링 보다 단순합니다.

패시브 노이즈 캔슬링은 쉽게 헤드폰이나 이어폰의 밀착력을 좋게 해 소리를 물리적으로 막는 것입니다.

방음재 및 흡음재들을 부착해 소음을 제거하는 것 또한 패시브 노이즈 캔슬링에 해당하며, 액티브 노이즈 캔슬링이 없는 이어폰이나 귀마개를 착용해 소음을 차단하는데 이용하는 것도 패시브 노이즈 캔슬링에 해당합니다.

 

예를 들면, 귀에 쏙 들어가는 커널형 이어폰, 귀를 크게 덮어버리는 오버이어 헤드셋, 가수들이 무대에서 노래를 부를 때 사용하는 인이어 이어폰이 대표적인 패시브 노이즈 캔슬링을 적용한 예라고 할 수 있습니다.

요즘에는 성능을 더 좋게 하기 위해 재질을 개량하거나 귀 깊숙이 삽입할 수 있도록 제작합니다.

액티브 노이즈 캔슬링은 말 그대로 적극적으로(액티브) 소음을 제거합니다.

액티브 노이즈 캔슬링의 원리는 쉽게 말해 소리를 소리로 제거하는 것입니다.

이어폰이나 헤드폰으로 듣는 음악은 소리이며, 소리는 일정한 주파수로 진동하는 파동입니다.

이는 주변 사람과 나누는 대화, 에어컨 같은 전자장비의 소음도 마찬가지로 파동의 형태를 띠는 소리입니다.

 

액티브 노이즈 캔슬링의 경우 소리의 상쇄간섭 현상을 이용한 기술을 의미합니다.

이러한 소리의 특성을 이용해서 제거 하려는 소음의 위상 및 진폭을 파악하고 이와 완전히 반대되는 위상과 진폭을 연산해 인위적으로 발생시켜 소음을 제거하는 기술입니다.

이 파동에는 '간섭 효과'라는 것이 있습니다.

이는 두 개 이상의 파동이 서로 만났을 때 파동의 진폭이 더 커지는 '보상 간섭', 사라지는 '상쇄 간섭'을 말합니다.

보상 간섭은 대개 같은 진폭과 주파수를 갖는 파동이 만나면 동일한 파도가 하나로 합쳐지는 것처럼 진폭이 아주 커지는 것입니다.

반면 상쇄 간섭은 진폭과 주파수는 동일한데, 그 진행 방향이 마치 거울상처럼 서로 반대 방향이 파동이 만날 때 일어납니다.

하나는 상승하며 하강하고 다른 하나는 하강하며 상승하는 파동을 생각하면 쉽습니다.

 

따라서 액티브 노이즈 캔슬링은 주변에 있는 소음을 마이크로 감지하고 그 소음의 파동을 분석하여 소음을 상쇄할 수 있는 반대 파동을 만들어 이어폰 내부의 스피커로 보내줍니다.

그렇게 소음과 소음이 만나 무음이 되는 것입니다.

그 단계를 일반화하면 이렇습니다.

첫째, 마이크로 소리를 감지한다.

둘째, 소리를 디지털 신호로 바꾼다.

셋째, 이어폰이나 헤드폰에 있는 처리기를 통해 상쇄 파동 신호를 만든다.

넷째, 그 신호를 다시 소리로 바꿔 보내준다.

 

대표적인 사용처는 이어폰/헤드폰, 고급 세단 및 SUV, 항공기, 군사 등이 있습니다.

즉, 노이즈 캔슬링을 구현하는 방법도 여러 가지이며 소음이 많이 발생하는 현대의 생활 전반의 여러 곳에서 쓰이고 있음을 알 수 있습니다.

 

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