최신 무선 이어폰들에 있는 노이즈 캔슬링 기능은 어떤 원리로 가능한것인가요?

Question

최근 판매되는 무선 이어폰에 있는 노이즈 캔슬링 기능은 무서울 만큼 주변 소리가 안들리게 되더라구요. 노이즈 캔슬링 기능의 원리가 무엇인지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김학영 과학전문가입니다. 노이즈 캔슬링의 원리는 간단합니다. 소리는 물체의 진동에 의해 생긴 음파가 귀청을 울리어 귀에 들리는 것인데요. 소리는 물이나 공기가 진동하면서 에너지가 전달되는 파동으로, 눈에 보이진 않지만, 소리의 파동이 매질인 공기를 타고 귀 안에 있는 고막에 닿아 소리가 ‘들리는’ 것입니다. 노이즈 캔슬링 단순히 귀를 막아 소음을 차단하는 방식이 아닙니다. 파동의 형태로 전달되는 소리를 소음과 정반대의 파형을 지닌 음파를 만들어 제거하는 것입니다. 간단히 말해 +3의 진폭을 지닌 음파에는 -3 진폭의 음파를, 진폭이 -5인 음파에는 진폭 5의 음파를 대응시키면 두 음파가 합쳐져 진폭이 0인 상태가 이어지게 되는 것입니다. 이처럼 두 음파가 서로를 상쇄하는 과정을 ‘상쇄간섭’이라고 합니다.

노이즈 캔슬링은 바로 이 상쇄간섭을 이용해 주변 소음을 안 들리게 하는 기술입니다. 보통 노이즈 캔슬링은 액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancellation, ANC)인데요. 액티브 노이즈 캔슬링의 원리는 이어폰이나 헤드폰의 바깥쪽에 외부 소음을 수집하는 마이크를 달아 마이크로 들어온 소음의 파동을 이어폰에 내장된 회로 칩이 실시간으로 분석해 반대 파동을 만들어 내는 것입니다. 쉽게 말해 마이크로 소리를 듣고, 역파장을 만들기 위해 소리를 디지털화하여 역파장의 소리를 연산하여 스피커로 내보내는 원리입니다. 이 과정을 통해 외부에서 들어오는 소리가 상쇄되어 오롯이 음악 소리만 들을 수 있게 되는 것입니다.

하지만 액티브 노이즈 캔슬링 기능은 기차나 버스, 지하철 소음같이 지속적이고 반복적인 소음엔 큰 효과가 있지만, 회로 칩의 성능에 한계가 있어 사람 말소리나 순간적인 소음처럼 불규칙한 소음까지 완전히 상쇄할 수는 없습니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

무선 이어폰 등에서 사용되는 주요 노이즈 캔슬링 기술에는 주로 "액티브 노이즈 캔슬링" 기술이 사용됩니다. 이 기술은 주변 소음을 측정하여 그 파형을 분석하고, 그 파형과 정반대 방향으로 소리를 발생시켜 상쇄시키는 방식으로 작동합니다.