소음을 지우는 마법! 액티브 노이즈캔슬링의 원리

도시의 거리는 끊임없는 소음으로 가득 차 있습니다. 자동차의 경적, 오토바이 엔진음, 사람들의 대화 소리 등이 한데 어우러져 우리의 신경을 곤두서게 하는데요. 이러한 소음의 불협화음 속에서 에어팟을 꽂고 노이즈캔슬링을 켜는 순간 주변의 잡음들은 마법처럼 사라집니다. 오로지 내가 선택한 음악만이 나의 귀를 감미롭게 감싸줍니다. 이번 포스팅에서는 액티브 노이즈캔슬링의 작동 원리를 기술적으로 분석하고 그 장단점 및 부작용에 대해 자세히 살펴보도록 하겠습니다.

1. 노이즈캔슬링의 정의

노이즈캔슬링과 액티브 노이즈캔슬링은 종종 혼용되어 사용되는 용어이지만 사실은 약간의 차이가 있습니다.

노이즈캔슬링은 모든 종류의 소음 제거 기술을 포괄하는 용어로서 소음을 줄이거나 제거하는 데 사용되는 모든 기술적인 방식을 뜻하며 그 하위 개념으로 액티브 노이즈캔슬링과 패시브 노이즈캔슬링이 포함됩니다.

구분	액티브 노이즈캔슬링 (ANC)	패시브 노이즈캔슬링 (PNC)
정의 및 작동 원리	내장된 마이크로 외부 소음 감지 후 반대 위상의 소리 파동 생성으로 소음 상쇄	물리적 장벽(예: 두꺼운 패딩)을 사용해 소음 차단
장점	저주파 소음에 효과적, 조용한 청취 환경 제공, 청력 보호	추가 전원 필요 없음, 비용 효율적, 고주파 소음에 효과적
단점	전력 필요, 비용이 더 높음	무게와 크기가 클 수 있음, 일정한 주파수의 소음에 덜 효과적
적용 사례	비행기나 기차 여행 중 소음 감소, 소음이 많은 사무실 환경에서 집중력 향상	공부나 독서 중 집중력 유지, 소음이 많은 환경에서 청력 보호

2. 액티브 노이즈캔슬링

1. 액티브 노이즈캔슬링의 원리

액티브 노이즈캔슬링(Active Noise Cancelling, ANC)은 애플의 에어팟 맥스나 갤럭시 버즈 프로와 같은 헤드폰이나 이어폰 제품의 내장된 마이크를 통해 주변의 소음을 감지하고 이를 상쇄시키기 위해 반대되는 위상의 소리 파동을 생성하여 귀에 들리는 소음을 감소시켜 사용자에게 더 조용하고 집중된 청취 환경을 제공하는 기능입니다.

좀 더 자세히 들여다보면 이러한 상쇄 과정은 물리학의 ‘파동 간섭’ 원리를 기반으로 합니다.

두 개의 서로 다른 파동이 만나면 진폭이 합쳐지게 되는데 만약 하나의 파동이 다른 파동과 정확히 반대의 위상을 가진다면 두 개의 파동은 서로를 상쇄시키게 됩니다. 이것은 마치 동일한 크기의 파도 두 개를 같은 방향으로 보내면 사라지는 것과 유사한 현상입니다.

이 기술은 특히 비행기의 엔진음이나 기차의 궤도 소음 같이 지속적이고 규칙적인 노이즈를 제거하는 데 아주 효과적입니다. 하지만 갑작스럽게 발생하는 소음이나 불규칙한 소음에 대해서는 효과가 떨어지는 편입니다.

2. 180도 위상의 반대 음파 생성

액티브 노이즈 캔슬링 기술의 핵심 원리 중 하나는 바로 ‘180도 위상의 반대 음파’를 생성하는 것입니다. 이 메커니즘을 이해하려면 먼저 음파의 기본적인 특성과 ‘위상’이라는 개념을 알아야 합니다.

음파는 공기 중을 진동하며 이동하는 압력의 변화입니다. 이 진동은 '진폭'과 '주파수'를 가지며 파동의 형태로 나타나며 특정 시점에서의 파동의 위치나 상태를 '위상'이라고 합니다.

예를 들어 두 개의 파동이 동일한 위상을 가질 때는 서로를 강화합니다. 반대 개념으로 한 파동이 다른 파동과 180도의 위상 차를 가진다면 서로를 상쇄하게 됩니다.

180도 위상의 반대 음파의 생성은 다음과 같은 단계로 이루어집니다.

• 소음 감지: 이 단계에서는 ANC 기능을 가진 헤드셋이나 이어폰에 내장된 마이크가 주변의 소음을 지속적으로 감지합니다. 이 소음은 음파의 형태로 존재하며 각 음파는 특정한 주파수와 진폭을 가집니다.
• 음파 분석: 장치의 프로세서는 감지된 소음의 주파수와 진폭을 분석합니다. 이러한 분석을 통해 장치는 해당 소음과 동일한 주파수와 진폭을 가지지만 위상은 정확히 반대인 음파를 생성하기 위한 정보를 얻게됩니다.
• 위상 반전: 장치가 감지한 소음의 위상을 반전시켜 180도 반대 위상의 음파를 생성합니다. 이것은 소음의 파동 패턴을 반대로 뒤집은 것과 유사합니다. 반전된 위상의 음파는 원래의 소음과 동일한 주파수와 진폭을 가지지만 위상은 정반대입니다.
• 소음 상쇄: 생성된 반대 위상의 음파는 원래의 소음과 공간에서 만나게 되고 각 파동의 진폭이 상쇄되어 결과적으로 잡음이 줄어들게 됩니다.

3. 액티브 노이즈캔슬링의 유형

유형	마이크 위치	장점	단점	상세 설명
피드포워드 ANC (Feedforward ANC)	헤드폰 외부	중간 주파수 소음 제거에 효과적	예측 불가능한 소음에 민감	외부 마이크를 사용해 중간 주파수 소음을 감지하고 차단
피드백 ANC (Feedback ANC)	이어 패드 내부	바람 소음 제거에 더 효과적	고주파 소음 제거에 덜 효과적	내부 마이크로 낮은 주파수 소음 감지 및 효과적 차단
하이브리드 ANC (Hybrid ANC)	이어 패드 내부와 외부	피드포워드와 피드백 ANC의 장점 결합	일반적으로 더 비쌈	내부와 외부의 마이크로 넓은 범위의 소음 차단

액티브 노이즈캔슬링은 세 가지의 유형이 있습니다.

1. 피드포워드 ANC: 이 유형은 헤드폰의 외부에 위치한 마이크를 사용하여 주위의 노이즈를 감지합니다. 이 방식은 중간 주파수의 노이즈는 잘 차단하지만 불규칙하고 예측하기 어려운 소음에는 그 효과가 떨어질 수 있습니다.
2. 피드백 ANC: 피드백 ANC는 헤드폰 내부에 마이크를 배치하여 사용자의 귀에 도달하는 잡음을 감지합니다. 이 방식은 특히 낮은 주파수의 노이즈에 효과적이며 바람 소리와 같이 불규칙하고 예측하기 어려운 소음에도 잘 대응합니다.
3. 하이브리드 ANC: 하이브리드 ANC는 피드포워드와 피드백 ANC의 장점을 결합한 것입니다. 이 유형은 헤드폰의 내부와 외부 모두에 마이크를 배치하여 더 넓은 범위의 노이즈를 효과적으로 차단할 수 있는데요. 갑작스러운 소음이나 불규칙한 소음 그리고 일정한 배경음 등 다양한 종류의 노이즈를 효과적으로 차단합니다.

4. 소음 유형별 ANC의 효과

액티브 노이즈캔슬링 기술은 소음의 피치(높낮이), 반복성, 그리고 예측 가능성에 따라 다양한 유형의 소음에 대해 서로 다른 수준의 효과를 나타냅니다.

소음 유형	ANC의 효과	설명
낮은 피치의 소음	매우 효과적	낮은 주파수 소음(예: 비행기 엔진, 기차 궤도 소음)을 잘 차단합니다.
반복적인 소음	효과적	일정한 리듬이나 패턴을 가진 소음(예: 에어컨의 윙윙거림, 시계의 째깍거림)에 효과적입니다.
높은 피치의 소음	제한적 효과	높은 주파수 소음에 대해서는 상대적으로 효과가 덜합니다.
예측 불가능한 소음	한계 있음	갑작스럽고 불규칙한 소음(예: 사람들 대화, 차량 경적)에는 덜 효과적입니다.

낮은 피치의 소음

액티브 노이즈캔슬링은 낮은 피치의 소음 즉, 비행기의 엔진 소리나 기차의 궤도 소음과 같은 일정한 저주파 노이즈에 매우 효과적인데요. 이러한 소음은 일정한 패턴을 가지고 있으며 ANC 시스템은 이러한 노이즈를 쉽게 감지하고 이를 상쇄할 수 있는 반대 위상의 소리를 생성할 수 있습니다. 결과적으로 이러한 유형의 소음은 크게 감소하거나 거의 들리지 않게 됩니다.

반복적인 소음 및 높은 피치의 소음

반복적인 소음, 예를 들어 에어컨의 윙윙거림이나 시계의 째깍째깍하는 소리와 같은 소음도 ANC에 의해 효과적으로 감소됩니다. 이러한 소음은 일정한 리듬을 가지고 있어 액티브 노이즈캔슬링 시스템이 예측하고 상쇄하기가 쉽습니다.

하지만 아기의 울음소리나 긴급 차량의 사이렌 등과 같은 높은 피치의 소음은 ANC로 처리하기가 쉽지 않은데요. 이러한 소음은 빠르게 변화하고 예측하기 어려운 패턴이라서 액티브 노이즈캔슬링으로 효과적으로 상쇄하기가 어렵습니다.

예측 불가능한 소음

갑작스러운 소음이나 불규칙한 소리와 같은 예측이 불가능한 노이즈에서는 액티브 노이즈캔슬링 기술의 한계가 드러납니다. 이러한 노이즈들은 무작위적이고 예측하기 어려워서 ANC 시스템이 실시간으로 반대 위상의 소리를 생성해서 효과적으로 상쇄하기 힘든데요.
따라서 이러한 유형의 소음들은 액티브 노이즈캔슬링을 활성화한다고 해도 여전히 들릴 수가 있습니다.

3. 패시브 노이즈캔슬링

패시브 노이즈캔슬링(Passive Noise Cancelling, PNC)은 외부의 소음을 차단하기 위해 물리적인 방법을 사용하는 기술로서 배터리나 전원이 필요하지 않으며 헤드폰이나 이어폰 자체의 디자인과 재료에 의존하는 방식입니다.

일반적으로 저주파 소음보다는 고주파 소음에 더 효과적인데 구체적으로는 아래와 같은 방법으로 노이즈를 제거합니다.

1. 물리적 디자인

제품의 디자인적인 설계를 통해 노이즈를 차단합니다.

• 오버이어 헤드폰: 귀를 완전히 덮는 큰 이어 패드를 사용해서 물리적으로 외부의 소음을 차단합니다. 일반적으로 두꺼운 패딩을 사용하여 귀 주변을 밀폐시켜 대부분의 외부 소음을 차단합니다.
• 인이어 이어폰: 귀 안쪽을 밀폐해서 외부 소음을 차단하는 방식으로 귀의 외부 채널을 채워 잡음이 유입되는 것을 막습니다. 일반적으로 다양한 사이즈의 팁을 제공하며 사용자의 귀 크기와 모양에 맞춰 착용하면 소음 차단 효과를 극대화할 수 있습니다.

2. 특수 음향 재료

소음을 흡수하거나 차단하는 데 효과적인 특수 재료를 사용하여 소리 파동이 귀에 도달하기 전에 노이즈를 감소시킵니다.

• 소리 파동의 흡수: 이러한 재료는 소리 파동을 흡수하여 노이즈를 줄입니다. 일례로 고밀도 폼은 소리 파동을 효과적으로 흡수할 수 있는 구조를 가지고 있습니다. 이 폼은 소리 파동이 귀에 도달하기 전에 그 에너지를 감소시키며 이로 인해 들리는 소음의 강도가 줄어듭니다.
• 소음의 분산: 특수 소음 흡수 재료는 소리 파동을 분산시키는 데도 사용됩니다. 이는 소리 파동이 재료에 부딪힐 때 에너지가 분산되어 소음의 강도가 줄어드는 원리입니다. 이러한 분산 과정은 소음이 한 방향으로 집중되는 것을 방지하고 전체적인 소음 수준을 낮춰줍니다.
• 재료의 특성: 이런 재료들은 소음 흡수와 분산에 최적화된 특성을 가지고 있습니다. 예를 들어 공기 층이나 특수 섬유 구조를 가진 재료는 소리 파동을 효과적으로 흡수하고 분산시키는 데 효과적입니다. 또한 이러한 재료들은 헤드셋이나 이어폰의 디자인에 통합이 되어 사용자의 귀에 도달하는 노이즈를 줄이는 데에도 응용됩니다.

4. 액티브 노이즈캔슬링의 장점과 단점

액티브 노이즈캔슬링은 우리 일상에 없어서는 안될 혁신적인 기술로 자리 잡았지만 이 기술에도 장점과 단점은 존재합니다.

장점

• 오디오 품질 증가: 노이즈캔슬링은 주변의 소음을 효과적으로 차단함으로써 오디오 콘텐츠의 몰입감과 명료성을 크게 증가시킵니다. 음악 감상이나 동영상 시청뿐만 아니라 중요한 전화 통화 시에도 더욱 깨끗하고 선명한 음질을 제공합니다.
• 집중력 향상: 소음이 많은 환경에서 작업하거나 공부를 할 때 액티브 노이즈캔슬링을 켜면 외부의 잡음을 줄여줘 집중력을 높여주는데요. 주변의 잡음, 사람들의 대화, 기계음 등을 효과적으로 차단함으로써 사용자는 주변 환경의 방해를 덜 받게 되어 작업이나 공부에 더 집중할 수 있습니다.
• 청력 보호: 액티브 노이즈캔슬링은 높은 데시벨의 소음이 지속되는 작업 환경이나 도시의 시끄러운 소음 공해로 인해 발생할 수 있는 청력 손상을 예방하는 데 중요한 역할을 하는데요.
  장시간 해로운 소음에 노출될 경우 청력 손상의 위험성도 높아지는데 액티브 노이즈캔슬링은 이러한 소음들을 효과적으로 줄여 우리의 청각을 지켜줍니다.

단점

• 오래 착용 시 불편함: 액티브 노이즈캔슬링 기술이 외부의 소음을 감지하고 이를 상쇄하기 위해 반대 파동을 생성하는 과정에서 발생하는 압력으로 일부 사용자들은 불편함을 느낄 수 있으며 장기간 사용 시에는 귀의 통증이나 두통을 유발할 수도 있습니다.
• 주변 환경 인식 부족: 액티브 노이즈캔슬링은 주변의 소음을 효과적으로 차단하지만 이로 인해 주위 환경을 잘 인식하지 못하게 되는데요. 예를 들어 거리를 걷거나 운전을 할 때 주변의 교통 상황이나 긴급한 경고음과 같은 중요한 소리를 듣지 못할 수 있습니다.
• 부담스러운 가격: 소니의 헤드폰이나 애플의 에어팟 프로 등과 같은 액티브 노이즈캔슬링 기술을 탑재한 제품들은 일반 오디오 장치에 비해 가격이 월등히 높은데요. 이 기술을 구현하기 위해서는 고급 마이크, 고도의 소프트웨어 알고리즘 그리고 추가적인 하드웨어 등이 필요한데 이러한 요소들이 제품의 가격을 상승시키기 때문입니다.

5. 노이즈캔슬링의 안전성 및 부작용

액티브 노이즈캔슬링 기술은 대체로 안전하다고 인식되고 있는데요. ANC 시스템은 주변의 노이즈를 줄여 청력 손상의 위험을 감소시키고 특히 소음이 많은 환경에 장시간 노출되는 경우에 유용합니다.

하지만 일부의 사용자들은 액티브 노이즈캔슬링 헤드폰을 사용하면서 부작용을 경험하기도 하는데요.

대표적인 부작용들을 아래의 표로 정리하였습니다.

증상	원인	조치
귀 압력	ANC가 주변 소음을 상쇄하는 과정에서 귀에 압력을 유발함.	덜 시끄러운 환경에서 사용하거나 낮은 설정으로 조절함.
귀 통증	ANC가 주변 소음을 상쇄하는 과정에서 귀에 압력을 유발함.	적절한 헤드폰 크기와 착용감이 중요함.
두통	ANC로 인한 귀의 압력 감각이 두통을 유발할 수 있음.	헤드폰의 적절한 착용과 볼륨 조절이 중요함.
메스꺼움	ANC 사용으로 인한 어지러움과 혼란이 메스꺼움을 유발할 수 있음.	사용을 줄이거나 낮은 설정으로 조절함.
머리 욱신거림	ANC로 인한 귀의 압력 변화가 균형 감각에 영향을 줄 수 있음.	사용을 줄이거나 휴식을 취함.
어지러움	ANC가 주변 소음을 상쇄하면서 귀에 압력을 유발함.	사용을 줄이거나 휴식을 취함.
자극	ANC로 인한 귀의 압력 감각 또는 헤드폰 자체에 대한 반응으로 인해 자극을 느낄 수 있음.	사용을 줄이거나 헤드폰의 착용감을 조절함.
청력 손실	높은 볼륨으로 장시간 듣는 것은 청력 손실을 유발할 수 있음.	볼륨을 안전한 수준으로 유지하고 정기적으로 귀를 쉬게 함.
턱 통증	ANC로 인한 귀의 압력 변화가 턱 근육과 관절에 영향을 줄 수 있음.	사용을 줄이거나 낮은 설정으로 조절함.
주변 인식 감소	ANC가 주변 소음을 줄여 집중력을 높이지만, 주변 환경에 대한 인식이 감소할 수 있음.	주변을 인식해야 하는 상황에서는 ANC를 끄거나 낮은 설정으로 조절함.

이러한 부작용을 경험하는 사용자들은 ANC의 강도를 줄이거나 장치의 사용 시간을 줄이는 것이 좋은데요. 또한 걷거나 운전하는 동안에는 잠시 액티브 노이즈캔슬링 기능을 꺼두거나 줄여서 주변 상황에 대한 인식을 유지하는 것이 안전에도 도움이 될 것입니다.

6. 노이즈캔슬링 지원 제품의 구매 가이드

노이즈캔슬링 기술을 탑재한 제품들을 구매할 때 염두에 두어야 할 사항들을 정리하였습니다.

• ANC 유형: 앞서 언급한 피드포워드, 피드백, 하이브리드 ANC 중 어떤 유형이 자신의 환경에 가장 적합한지 판단해 봐야 하는데요. 여행을 자주 하는 분이라면 피드포워드 ANC을 추천드리며 조용한 사무실 환경에서 사용한다면 피드백 ANC가 나을 것입니다.
• 음질 수준: 액티브 노이즈캔슬링 기능만 고려할 것이 아니라 제품의 전반적인 음질도 따져보셔야 하는데요. 좋은 음질을 제공하는 모델을 선택해야 만족스러운 퍼포먼스를 경험할 수 있을 것입니다.
• 배터리 수명: 무선 모델의 경우 배터리 수명이 긴 제품을 선택하는 것이 중요합니다. 액티브 노이즈캔슬링을 활성화하면 배터리의 소모가 많아지기 때문에 장시간 사용하는 분들이라면 제품의 배터리 수명을 잘 체크해 보시기 바랍니다.
• 편안함과 착용감: 헤드폰이나 이어폰에 있어서 착용감과 편안함은 매우 중요한 요소입니다. 제품의 무게, 이어 패드의 재질, 헤드밴드의 조절 등 여러 가지를 충분히 고려해 봐야 합니다.
• 가격 대비 성능: 액티브 노이즈캔슬링 기능이 있는 제품들은 대체로 비싸기 때문에 제품이 가격 대비 그만한 가치가 있는지 충분히 판단해 보고 구매하시는 것이 좋습니다.

마치며

액티브 노이즈캔슬링 기술은 우리의 일상과 작업 환경에 많은 변화를 가져왔습니다. 이 글을 통해 액티브 노이즈캔슬링의 정의와 장단점을 포함한 다양한 측면들을 보다 깊게 이해하여 우리의 청력 보호와 집중력 향상에 도움이 되길 바랍니다. 또한 이를 통해 여러분께 가장 적합한 제품을 구매하시는 데 유용한 지침이 되었으면 합니다.