노이즈 캔슬링

노이즈 캔슬링은 외부 소음을 억제하는 기술을 통칭하며, 노이즈 캔슬레이션(Noise Cancellation), 노이즈 리덕션(Noise Reduction) 등으로도 불린다. 이 기술은 사용자가 시끄러운 환경에서도 낮은 볼륨으로 소리를 명확하게 들을 수 있게 도와주며, 장시간 소음에 노출될 때 발생하는 피로감을 줄여주는 효과가 있다.

노이즈 캔슬링의 개념은 1930년대 후반에 처음 고안되었다. 이후 1950년대에 본격적인 개발 작업이 시작되었으며, 1980년대 후반에 이르러 상업 항공기용 노이즈 캔슬링 헤드셋이 시장에 출시되었다. 초기에는 군사 및 항공 분야에서 주로 사용되었으나, 기술의 발전으로 칩셋이 소형화되고 배터리 효율이 개선되면서 일반 소비자용 이어폰과 헤드폰에도 널리 보급되었다.

액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancellation)은 전자 회로를 사용하여 소음을 능동적으로 상쇄하는 방식이다.

작동 원리

소리는 공기의 진동으로 전달되는 파동이다. ANC 기기는 내장된 마이크를 통해 외부 소음을 수집한 뒤, 디지털 신호 처리(DSP)를 통해 해당 소음과 진폭은 같지만 위상이 정반대인 '항위상(Anti-phase)' 파동을 생성한다. 원래의 소음 파동을 $f(x)$라고 할 때, 이와 반대되는 $-f(x)$를 발생시켜 두 파동이 만나는 지점에서 소멸하게 만드는 '상쇄 간섭' 원리를 이용한다.

$f(x) + (-f(x)) = 0$

• 피드포워드(Feed-forward): 마이크가 유닛 바깥쪽에 위치하여 외부 소음을 먼저 포착한다. 구조가 단순하지만 정밀도가 다소 떨어질 수 있다.
• 피드백(Feed-back): 마이크가 유닛 안쪽에 위치하여 사용자가 실제로 듣는 소리를 모니터링한다. 귀 내부의 소음을 직접 제어하므로 정밀하지만, 처리 속도가 늦으면 하울링이 발생할 수 있다.
• 하이브리드(Hybrid): 피드포워드와 피드백 방식을 모두 사용하여 소음 차단 성능을 극대화한다.

패시브 노이즈 캔슬링(Passive Noise Cancellation)은 별도의 전자 장치 없이 물리적인 구조물을 통해 소음을 차단하는 방식이다. 귀를 완전히 덮는 이어패드나 귓속에 밀착되는 실리콘 이어팁, 흡음재 등을 사용하여 소리가 들어올 틈을 막는 원리이다. 모든 헤드폰과 이어폰은 어느 정도의 PNC 성능을 갖추고 있으며, 주로 고주파 소음을 차단하는 데 효과적이다.

노이즈 캔슬링 기술은 비행기 엔진 소리, 지하철의 웅성거림과 같은 일정한 패턴의 저주파 소음을 제거하는 데 탁월한 성능을 보인다. 그러나 사람의 목소리나 경적 소리처럼 불규칙하고 갑작스럽게 발생하는 고주파 소음은 완벽하게 차단하기 어렵다. 또한 ANC 작동 시 발생하는 미세한 압력 차이로 인해 일부 사용자는 이명이나 어지러움을 느낄 수 있다. 최근에는 주변 위험을 인지할 수 있도록 외부 소리를 의도적으로 들려주는 '주변 소리 듣기' 모드가 함께 탑재되는 추세이다.