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소음을 소음으로 잡는다? 노이즈캔슬링의 원리

기사 입력시간 : | 김지연 기자

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에어팟 프로가 노이즈캔슬링을 달고 나오면서, 새삼스레 노이즈캔슬링에 대한 관심이 급증했다. 헤드폰으로나 접하던 노이즈캔슬링이 대중적으로 많이 사용하는 완전무선 이어폰에 적용된다는 점이 컸다. 무엇보다 신기술도 아닌 것이 괜히 혁신 같은 경험을 선사한달까. 학창시절에 왁자지껄 시끄럽던 교실이 선생님이 들어오는 순간 조용해지던 그 경험을, 이어폰 하나로 다시 느낄 수 있다는 건 혁신이 맞다. 그런데 참 신기하다. 이어폰이 내 귀를 꽉 막아버리는 것도 아니고, 귀를 온전히 덮는 것도 아닌데 어떻게 주변 소음이 확 줄어들 수 있는 걸까? 노이즈캔슬링에 대해 궁금했던 모든 것, 오늘 함께 알아보자.

보스, 노이즈캔슬링

그 역사의 시작

에어팟 프로가 나오기 전까지만 해도 노이즈캔슬링이라 하면 단연 보스가 가장 많이 언급됐다. 최근 들어 소니도 노이즈캔슬링 완전무선 이어폰 시장에서 나름 입지를 넓혀가고 있긴 하지만, 보스를 빼놓고 노이즈캔슬링을 논하기는 어렵다. 보스는 노이즈캔슬링 기술을 헤드폰에 처음 적용한 브랜드다. 기존에 노이즈캔슬링은 만성적인 소음성 난청을 겪는 항공기 승무원들을 위해 개발된 기술로, 민간을 위한 기술은 아니었다. 실제로 보스 박사는 출장길에 올랐던 비행기 안에서 소음으로 인해 음악을 제대로 들을 수 없게 되자, 그로부터 주변 소음을 없애주는 헤드폰에 관한 아이디어를 얻었다. 그것이 노이즈캔슬링 헤드폰 역사의 시작이 됐다.

보스의 창업자, 아마르 보스

이후 보스 박사 연구팀은 12년이라는 기나긴 시간과 막대한 비용을 들여가며 헤드폰에 적용할 수 있는 노이즈캔슬링 기술 개발에 매진했다. 당시에는 노이즈캔슬링 기술이 군용, 항공사, NASA 등과 협력해 각종 상황에 대응할 수 있는 전문적인 용도로 사용됐지만, 2000년에 비로소 일반 사람들을 위한 노이즈캔슬링 헤드폰이 출시됐다. 바로 보스의 QC(Quiet Comfort) 시리즈다. QC 시리즈는 지금까지도 사랑받는 보스의 베스트셀러 라인업으로, 보스를 널리 알린 장본인이기도 하다.

가장 최근 출시된 보스의 노이즈캔슬링 헤드폰 700





커널형도 노캔이다?

액티브 노이즈캔슬링은 이어폰으로 수음되는 소음을 제거하는 소프트웨어 기술이다. 우리가 흔히 알고 있는 노이즈캔슬링이 바로 이 액티브 노이즈캔슬링이며, 에어팟 프로 등 완전무선 이어폰에 적용될 만큼 하드웨어의 제약을 크게 받지 않는 것이 특징이다. 하지만 패시브 노이즈캔슬링은 하드웨어 자체에 차음성을 고려한 것으로, 외부 소음을 잘 막아줄 수 있는 형태로 제작된 제품에 언급되는 표현이다. 소음을 제거하는 것이 아닌 소음을 차단해주는 개념이다. 가령 오픈형보다 커널형 이어폰이 귀를 더 잘 막아준다는 차원에서 모든 커널형 이어폰을 패시브 노이즈캔슬링 이어폰이라 보기도 한다. 오버이어 헤드폰도 같은 맥락이다. 패시브 노이즈캔슬링을 특별히 ‘기술’이라 보기 애매한 이유다.

오버이어 헤드폰은 귀를 완전히 덮어준다는 이유만으로 (패시브) 노이즈캔슬링 헤드폰이라 불린다

다만 대부분의 액티브 노이즈캔슬링의 제품에는 기본적으로 소음을 차단하는 형태의 하드웨어가 적용된 사례가 많다. 액티브 노이즈캔슬링과 패시브 노이즈캔슬링은 엄연히 다른 차원의 개념이지만 외부 소음을 최소화시킨다는 점에서 목적은 같기 때문에, 두 노이즈캔슬링을 혼용하는 경우가 많다는 얘기다. 에어팟 2세대까지 오픈형을 고수하던 애플이 에어팟 프로에 커널형을 적용한 것도 이와 무관하지 않다.

오픈형 이어폰을 대표하던 에어팟이 커널형을 사용한 이유도 노이즈캔슬링 때문이었을 것이다

소음은 소음으로 잡는다

결과적으로 보면, 우리가 흔히 노이즈캔슬링이라 하면 액티브 노이즈캔슬링을 의미한다 보면 된다. 그럼 앞서 설명한 것처럼 액티브 노이즈캔슬링은 소음을 ‘제거’하는 기술이라는 것인데, 대체 어떻게 소음을 제거할 수 있는 걸까?

노이즈캔슬링이 적용된 헤드폰 혹은 이어폰에는 외부 소리를 수집할 수 있는 외부 마이크와 기기 내부에 또 다른 회로가 있다. 외부 마이크로 수집된 소음을 내부 회로가 분석하고, 이렇게 분석된 소음과 반대되는 파동의 소리를 만들어내 결국 외부 소음을 아예 상쇄시키는 원리다. 일종의 간섭 현상을 이용한 것이다. 이로써 외부 소음은 최소화되고, 이어폰에서 전달하는 음악 소리에 집중할 수 있는 것이다.

외부 마이크로 수집된 소음을 내부 회로가 분석한다

외부 소음과 반대되는 파동의 소음으로 상쇄시키는 원리 (사진: 보스)

이론적으로 보면 모든 노이즈캔슬링 제품들이 외부 소음을 100% 제거해야 할 것만 같은데, 또 실제로 그렇지는 않다. 아무래도 하드웨어 자체가 워낙 작다 보니 소음을 분석하고 반대 파동을 만드는 회로의 성능이 아직 노이즈캔슬링 기술을 완벽히 따라가지는 못한다. 대신 쉽게 예측 가능하고 규칙적인 소음은 대부분 제거해내기 때문에 일정한 소음이 반복되는 비행기, 기차 등에서 탁월한 효과를 볼 수 있다.

▲비행기나 기차와 같이 일정하고 반복적인 소음이 있는 곳에서 탁월하다

이 외에도 액티브 노이즈캔슬링은 외부 마이크의 위치에 따라 피드 백, 피드 포워드, 하이브리드 등의 방식으로도 나뉜다. 하이브리드 방식은 보다 높은 소음 제거를 위한 피드 백 방식과 음질에 영향을 최소화하는 피드 포워드 방식의 장점을 결합한 형태다. 일반적으로 우리가 사용하는 대부분의 노이즈캔슬링 제품에는 하이브리드 방식이 적용된 점도 가볍게 알아두면 좋겠다.


김지연 기자 press@appstory.co.kr

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