노이즈 캔슬링이라는 단어는 에어팟을 사용해 본 분들이라면 모를 수가 없는 단어 입니다. 에어팟이나 에어팟 맥스, 타 브랜드 헤드셋 등 노이즈 캔슬링 기능을 탑재한 이어폰을 끼고 기능을 활성화하면 주변 소음이 놀랍도록 줄어드는 것을 확인 할 수 있습니다. 이러한 원리는 무엇일까요? 아래에서 바로 확인해 보도록 하겠습니다.
노이즈 캔슬링 원리
노이즈 캔슬링(Noise Cancelling) 또는 능동 소음 제어(Active Noise Control, ANC)는 주변의 소음을 줄이거나 제거하여 청취 환경을 개선하는 기술입니다. 이 기술은 주로 헤드폰, 이어폰, 자동차, 항공기 및 산업용 장비에서 사용되며, 점점 더 많은 사람들이 일상 생활에서 노이즈 캔슬링의 혜택을 누리고 있습니다. 이 글에서는 노이즈 캔슬링의 원리와 그 응용에 대해 자세히 설명합니다.
노이즈 캔슬링의 기본 개념
노이즈 캔슬링의 핵심 원리는 물리학의 파동 간섭 이론에 기반을 둡니다. 소리란 공기 중의 압력 변화로, 이는 파동으로 표현될 수 있습니다. 특정 주파수와 진폭을 가진 음파가 서로 만나면, 두 음파가 겹쳐지면서 간섭이 발생합니다. 두 음파가 같은 주파수와 반대 위상을 가지고 있을 때, 이들은 서로를 상쇄하여 소음을 줄이거나 제거할 수 있습니다. 이를 ‘상쇄 간섭‘ 또는 ‘소멸 간섭‘이라고 합니다.
패시브 VS 액티브 노이즈 캔슬링
노이즈 캔슬링 기술은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 패시브 노이즈 캔슬링(Passive Noise Cancelling)과 액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancelling).
패시브 노이즈 캔슬링
패시브 노이즈 캔슬링은 물리적인 방법으로 소음을 차단하는 것을 말합니다. 이는 귀마개, 두꺼운 헤드폰 패드, 방음벽 등과 같은 방법으로 소리를 물리적으로 차단하거나 흡수하는 방식입니다. 위 사진처럼 이어폰에 고무패킹이 달려서 귀마개 역할을 함으로서 물리적으로 소음을 차단하는 것을 패시브 노이즈 캔슬링 이어폰이라고 합니다.
고주파 소음에 특히 효과적이며, 일종의 물리적 장벽을 통해 외부 소음을 줄입니다. 패시브 노이즈 캔슬링은 물리적 설계와 재료에 따라 달라지며, 전력을 필요로 하지 않습니다.
액티브 노이즈 캔슬링
액티브 노이즈 캔슬링은 소리를 능동적으로 제거하는 기술입니다. 이를 위해 소음 상쇄 음파를 생성하여 기존의 소음을 줄이거나 제거합니다. 주로 저주파 소음에 효과적이며, 전자 장치와 마이크로폰, 소프트웨어 알고리즘을 사용하여 작동합니다.
위 사진처럼 에어팟이나 에어팟 맥스에 작용하는 노이즈 캔슬링이 바로 ‘액티브 노이즈 캔슬링‘ 입니다. 그래서 노이즈 캔슬링 원리를 알아본다는 말은 바로 액티브 노이즈 캔슬링의 원리를 알아보자와 같은 말입니다.
액티브 노이즈 캔슬링의 작동 원리
액티브 노이즈 캔슬링은 4가지 단계로 작동을 합니다.
1. 마이크로폰
헤드폰 또는 이어폰에 장착된 마이크로폰은 외부 소음을 감지합니다. 이 마이크로폰은 외부 소리의 파형을 실시간으로 캡처하여 노이즈 캔슬링 회로로 전송합니다.
2. 노이즈 캔슬링 회로
회로는 캡처된 소음 파형을 분석하고, 소음의 반대 위상을 가진 ‘반대파’를 생성합니다. 이 반대파는 소음과 동일한 주파수와 진폭을 가지지만, 위상이 반대입니다.
3. 스피커
반대파는 스피커를 통해 재생되어, 원래 소음과 간섭을 일으킵니다. 이 간섭으로 인해 소음이 상쇄되어 사용자에게 전달되는 소음이 줄어듭니다.
4. 피드백 및 피드포워드 시스템
일부 고급 노이즈 캔슬링 시스템은 피드백(Feedback)과 피드포워드(Feedforward) 메커니즘을 사용하여 성능을 향상시킵니다. 피드포워드 시스템은 마이크로폰이 외부 소음을 감지하고, 이를 즉시 반대파로 변환하여 소음을 줄입니다. 피드백 시스템은 사용자의 귀 가까이에 위치한 마이크로폰이 실제로 들어오는 소음을 모니터링하고, 이를 기반으로 추가적인 소음 감소를 조정합니다.
노이즈 캔슬링 예시
1. 헤드폰 및 이어폰
노이즈 캔슬링 헤드폰과 이어폰은 사용자가 시끄러운 환경에서도 음악이나 오디오를 명확하게 들을 수 있도록 도와줍니다. 이는 특히 항공기, 기차, 버스 등과 같은 교통 수단에서 매우 유용합니다.
2. 자동차
자동차에서는 노이즈 캔슬링 시스템이 엔진 소음, 도로 소음 및 바람 소음을 줄여 승객의 승차감을 개선합니다. 이러한 시스템은 주로 고급 자동차에서 사용되며, 편안하고 조용한 주행 환경을 제공합니다.
3. 항공기
항공기에서는 노이즈 캔슬링이 승객의 편안함을 높이고 피로를 줄이는 데 중요한 역할을 합니다. 엔진 소음 및 기내 소음을 줄이기 위해 고급 헤드폰이나 기내 음향 시스템이 사용됩니다.
4. 산업용 장비
산업 환경에서는 노이즈 캔슬링 기술이 작업자의 청력 보호와 생산성 향상에 기여합니다. 고소음 기계가 사용되는 곳에서는 작업자가 소음을 최소화하면서도 의사소통을 유지할 수 있도록 노이즈 캔슬링 기술이 사용됩니다.
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