외부 소음을 차단하는 노이즈 캔슬링 원리와 한계

여러분은 여러분이 가장 좋아하는 음악을 듣는 동안 시끄러운 외부 소음으로 인해 스트레스를 받고 짜증이 난 적이 있나요? 실제로 외부 소음으로 인한 집중력 저하, 주의력 저하, 심한 피로감 등을 호소하는 이들이 많습니다. 이 때문에 요즘 외부 소음을 차단하는 노이즈 캔슬링 기술과 이를 활용한 제품이 사람들에게 큰 주목을 받고 있습니다. 그럼 어떻게 노이즈 캔슬링 기술로 효과적으로 차단할 수 있을까요?

노이즈 캔슬링 원리

노이즈 캔슬링은 크게 파장 간섭을 통해 소음을 제거하는 액티브 노이즈 캔슬링과 귀마개처럼 소음을 차단하는 패시브 노이즈 캔슬링으로 나눌 수 있지만 대부분 액티브 노이즈 캔슬링을 노이즈 캔슬링이라고 부르기 때문에 액티브 노이즈 캔슬링 원리를 설명하도록 하겠습니다.

소리는 파동입니다

외부의 소음, 목소리, 그리고 음악과 같은 모든 종류의 소리는 소리의 파동(음파)이 여러분의 귀의 고막에 닿을 때 들립니다. 따라서 외부 소음을 제거하려면 외부 소음 파동이 고막에 닿기 전에 외부 소음 파동을 제거해야 합니다. 그럼 어떻게 외부 소음 파동을 제거해 외부 소음을 효과적으로 없앨 수 있을까요?

외부 소음을 제거하는 방법

1. 외부 소음의 원인을 제거하기

첫 번째 방법은 외부 소음의 원인을 제거하는 것입니다. 다만 외부 소음의 원인이 라디오나 TV일 경우 끄면 되지만 공사장 소음이나 비행기 소음일 경우 현실적으로 제거하기 어렵습니다.

2. 파동의 간섭으로 외부 소음 제거하기

파동이 다른 파동을 만나면 크기가 더 커지거나(보강 간섭) 작아지는데(상쇄 간섭), 이를 파동의 간섭이라고 합니다. 두 번째 방법은 이 파동의 간섭을 이용하여 외부 소음을 제거하는 것입니다.

 

예를 들어, 외부 잡음파의 크기가 +3이면 외부 잡음과 반대되는 파동을 생성하고 두 파동을 결합하면 0의 파동이 생성됩니다. 이 파동이 고막에 닿아도 크기가 0이라 듣는 사람은 아무 소리도 들을 수 없습니다. 

 

이런 방식으로 공사장, 비행기를 제거하지 않아도 외부 소음을 쉽게 제거할 수 있기 때문에 많은 헤드폰 제조업체들은 두 번째 방식으로 노이즈 캔슬링 기술을 구현하고 있습니다.

노이즈 캔슬링 헤드폰 원리

노이즈 캔슬링 헤드폰에는 외부 소음을 감지하고 예측하는 마이크와 예측된 외부 소음파와 반대되는 파동을 만들어 외부 소음 파동과 결합하는 스피커가 있습니다. 그리고 마이크의 위치에 따라 노이즈 캔슬링 헤드폰을 피드백 방식, 피드 포워드 방식, 하이브리드 방식으로 나눌 수 있습니다.

피드백 방식

피드백 방식은 마이크가 헤드셋 드라이버 유닛과 같이 있는 방식으로 고막의 위치와 더 가깝기 때문에 더 정밀하고 높은 성능으로 외부 소음 차단이 가능합니다.

피드 포워드 방식

피드 포워드 방식은 헤드폰 외부에 마이크가 있는 방식으로 피드백 방식보다 설계가 간단하지만 마이크와 고막의 거리가 피드백 방식보다 멀어 외부 소음을 차단하는 효과가 약합니다. 또한, 마이크는 헤드폰 밖에 있어서 바람의 영향을 많이 받습니다.

하이브리드 방식

외부 소음 차단 성능이 높은 피드백 방식의 장점과 설계가 간단한 피드 포워드 방식의 장점을 결합한 방식입니다.

노이즈 캔슬링 헤드폰 한계

노이즈 캔슬링 기술은 주변 소음을 줄여주고 듣고 싶은 음악과 소리에 집중할 수 있도록 도와주지만 음성이나 폭죽 소리 같이 외부 소음 파동이 일정하지 않으면 마이크가 외부 소음 파동을 예측하지 못해 소음을 완전히 차단할 수 없습니다.