ANC(Active Noise Cancellation)의 과학: 소음 취소 헤드폰의 작동 방식

ANC(Active Noise Cancellation)의 과학: 소음 취소 헤드폰의 작동 방식

소음 차단 헤드폰과 이어버드는 신의 선물입니다. 이 제품을 사용해 본 적이 있다면 음악 감상, 출퇴근 소음 차단, 심지어 업무에 적합한 평화롭고 소음 없는 청취 환경을 만들어내는 능력을 알게 될 것입니다. 그리고 이 제품에 투자할 생각이라면, 엄청난 혜택을 누릴 수 있을 것입니다. 물론 모든 소음 차단 제품이 동일하게 만들어진 것은 아니지만, 이러한 기기 중 다수는 공통 오디오 기술로 통합되어 있습니다. 이러한 헤드폰과 이어버드 중 다수가 사용하는 기능 중 하나는 능동적 소음 차단, 즉 ANC라고 하는 것입니다.

소음 제거에 관해서, ANC를 기초로 생각할 수 있습니다. 하지만 이 인상적인 회로와 사운드 처리가 정확히 어떻게 작동할까요? 이 전문 용어는 무엇을 의미할까요? 주요 플레이어는 누구일까요? 오늘은 ANC와 그 많은 오디오 파생 제품에 대한 집중 강좌를 제공하기 위해 왔습니다.

능동적 소음 제거란 무엇인가요?

고등학교나 대학에서 물리학 입문 수업을 수강한 적이 있다면 파동을 다룬 섹션을 기억할 수 있을 것입니다. 물, 빛, 소리로 이루어진 파동은 모두 몇 가지 고유한 속성을 공유합니다. ANC 기술은 다음 속성 중 하나를 활용합니다. 첫 번째 파동과 정반대인 두 번째 파동을 만들면 모든 파동을 효과적으로 “상쇄”할 수 있습니다. 이 과정을 파괴적 간섭이라고 합니다.

따라서 외부 세계를 듣고 즉시 들리는 음파와 정반대인 음파(일명 안티노이즈)를 생성할 수 있는 헤드폰을 만들 수 있다면, 이론적으로는 외부 소리를 전혀 듣지 못할 것입니다. 고막에 도달하기도 전에 취소되었을 것입니다. ANC가 하는 일이 바로 그것입니다.

조종사를 위한 최초의 상업용 ANC 헤드폰을 개발한 회사이자, 이후 일반 대중을 위한 최초의 ANC 헤드폰을 개발한 회사인 Bose는 이를 다음과 같이 설명합니다.

이어컵 안팎에 마이크가 있는 Bose 노이즈 캔슬링 헤드폰은 원치 않는 소리를 지속적으로 감지, 측정하고 독점적인 디지털 신호 처리 칩으로 전송하여 정확하고 동일하며 반대되는 신호를 계산하여 밀리초의 일부도 안 되는 시간 내에 변화하는 소음에 반응합니다. 그 결과 주변 소음은 거의 사라집니다.

그러나 모든 ANC가 동일하게 만들어진 것은 아닙니다. 즉, 모든 ANC 헤드폰과 이어버드가 동일한 원리를 사용하더라도 브랜드와 모델 간에는 여전히 큰 차이가 있을 수 있습니다.

능동적 소음 제거 대 수동적 소음 제거

Bowers & Wilkins Px8을 착용한 남자.
사이먼 코헨 / 모옌스 I/O

ANC가 아무리 훌륭하더라도 소음을 처리하는 유일한 방법은 아니라는 점을 알아둘 필요가 있습니다. 수동 소음 제거(때로는 수동 소음 차단이라고도 함)는 고막과 외부 소리 사이에 물리적 장벽을 만들어 문제에 대한 확실히 저기술적 접근 방식을 취합니다.

일반적으로 귀 주위에 꽉 밀봉을 하거나(헤드폰인 경우) 이어버드를 사용하는 경우 귀의 안쪽에 밀봉을 하면 됩니다. 어느 쪽이든 결과는 같습니다. 처음부터 고막에 도달할 수 없는 소리는 들리지 않습니다. 수동 소음 제거가 잘 되면 너무 효과적이어서 다른 것이 필요 없다고 느낄 수 있습니다.

또한 서로 다른 접근 방식을 사용함에도 불구하고 능동적 및 수동적 소음 제거는 실제로 서로 보완적이라는 점도 주목할 가치가 있습니다. 수동적으로 차단할 수 있는 소리가 많을수록 ANC 기술은 여전히 ​​통과하는 소리를 더 잘 제거할 수 있습니다.

페인트라고 생각하면 됩니다. 벽에 프라이머를 한 겹 칠하면 원하는 색상과 범위를 얻는 데 페인트를 직접 바르는 경우보다 페인트를 더 적게 칠하면 됩니다.

ANC와 ANR의 차이점은 무엇인가요?

보다 일반적인 ANC 외에도 Active Noise Reduction, 즉 ANR이라는 용어를 본 적이 있을 것입니다. 실제로는 둘 사이에 차이가 없습니다. 각 회사는 선호하는 라벨을 사용하지만 동일한 기능입니다.

흥미롭게도 Bose는 두 용어를 모두 사용하지만, 상황이 다릅니다. Bose가 자체 소음 제거 헤드폰을 만들 때, Bose가 해당 헤드폰의 성능에 100% 책임이 있기 때문에 ANC라고 부릅니다. 하지만 때때로 타사 회사가 Bose의 소음 제거 기술을 라이선스하여 자체 ANC 헤드폰을 만들기도 합니다. Amazon은 1세대 Echo Buds를 출시할 때 이렇게 했습니다. 그럴 때, 타사는 Bose의 기여를 나타내는 용어로 ANR이라는 용어를 사용하여 Bose가 헤드폰 성능의 모든 측면에 관여하지 않았다는 것을 나타냅니다.

ANC 헤드폰과 이어버드는 어떻게 작동하나요?

Apple Airpods Max를 듣는 사람.
사과

모든 ANC 헤드폰과 이어버드는 마이크를 사용하여 외부 소리를 감지합니다. 그런 다음 온보드 마이크로프로세서가 이러한 소리를 분석하고 헤드폰 스피커를 통해 필요한 반대 음파를 귀에 공급합니다. 놀랍게도 음악을 재생하든 재생하지 않든 이 작업을 수행할 수 있습니다.

일부 ANC 모델은 “피드포워드” 마이크를 사용합니다. 이 마이크는 헤드폰 외부에 배치되어 외부 소리를 선명하고 빠르게 수집할 수 있습니다. 하지만 피드포워드 ANC 시스템은 외부 소리가 이어컵(또는 이어팁)의 소음 차단 장벽을 통과할 때 어떻게 되는지 알지 못합니다. 즉, 이 시스템에서 생성되는 안티노이즈가 귀에 들어오는 소음과 완벽하게 일치하지 않을 수 있습니다.

다른 ANC 시스템은 헤드폰의 이어컵 내부에 있는 “피드백” 마이크를 사용합니다. 이 시스템은 헤드폰을 통과한 외부 사운드에 대한 가장 정확한 판독값을 얻기 때문에 가장 정확한 안티노이즈를 생성할 수 있어야 합니다. 하지만 이 시스템은 피드포워드 마이크만큼 고주파 사운드를 취소하는 데 능숙하지 않습니다. 또한 듣고 있는 모든 음악과 싸워야 합니다. 듣고 싶은 사운드(음악)와 취소하고 싶은 사운드를 구별하는 것은 까다로울 수 있으며 피드백 시스템은 일부 음악을 취소할 위험이 있습니다.

예상하셨겠지만, 최고의 ANC 시스템은 피드포워드와 피드백 모델의 하이브리드를 사용하고 내부 및 외부 마이크를 모두 사용하여 소음을 제거합니다. “하이브리드 ANC”라고 적힌 헤드폰을 본다면 이 방법을 사용합니다.

적응형 ANC

헤드폰 분야에서는 비교적 새로운 용어인 적응형 ANC는 헤드폰 모델과 사용되는 기술에 따라 다양한 의미를 가질 수 있습니다.

예를 들어 Qualcomm의 Adaptive ANC 기술은 ANC 회로가 헤드폰의 밀폐된 영역으로 들어오는 외부 소리의 양의 변화에 ​​실시간으로 대응하도록 돕습니다. 이는 수백 가지의 다른 귀와 머리 모양이 있어서 모든 사람에게 완벽하게 맞는 모델이 어렵다는 사실을 보완하려는 시도입니다.

누랄루프 ANC 헤드폰을 착용한 소녀.
Qualcomm의 액티브 노이즈 캔슬링이 Nuraloop 헤드폰에 적용되었습니다. Nuraloop

이어버드 한 세트로 훌륭한 밀봉을 얻더라도 걷거나 달리거나 심지어 말을 할 때 이어버드는 자연스럽게 귀 안에서 움직이면서 밀봉이 변합니다. Qualcomm의 Adaptive ANC는 이러한 변화에 대응합니다.

적응형 ANC의 또 다른 형태는 ANC 회로에서 사용하는 알고리즘과 관련이 있습니다. 외부 사운드는 환경에 따라 끊임없이 변화합니다. 실내에서는 많은 사람들이 말하는 것을 접할 수 있지만, 실외에서는 교통 소음에 직면할 수 있으며, 비행기에서는 대부분 제트기 엔진의 백색 소음입니다. 많은 회사에서 주변 환경에 따라 적절한 ANC 모드를 선택할 수 있는 스마트폰 앱을 제공하지만, 적응형 ANC 시스템은 이러한 변화하는 사운드를 분석하고 모드를 자동으로 전환하여 항상 최적화된 소음 제거 경험을 제공합니다.

어떤 ANC 헤드폰이 다른 ANC 헤드폰보다 더 나은가요?

백만 달러짜리 질문입니다. 솔직한 답변은 전부입니다. ANC는 외부 및 내부 마이크와 일부 회로를 결합한 것 이상입니다. 사용된 마이크의 수, 배치 및 종류입니다. 구성 요소를 연결하는 데 사용된 전자 장치의 품질입니다. 소음 제거 알고리즘의 정교함이며 사운드와 소음 방지를 모두 생성하는 데 사용된 드라이버의 감도입니다.

ANC는 매우 복잡하기 때문에 구매자는 데시벨(dB)로 표현된 소음 제거량과 같은 제조업체의 주장에 주의해야 합니다. -35dB의 소음을 제거한다고 주장하는 ANC 헤드폰 세트를 볼 수 있습니다. 하지만 그게 무슨 뜻일까요? 원치 않는 소리는 단순히 소리의 크기로 측정되는 것이 아니라 주파수 스펙트럼으로 구성됩니다. ANC 시스템이 고주파 소리를 -35dB까지 감소시키지만 저주파 소리는 거의 감소시키지 않는다면 좋은 것일까요 나쁜 것일까요? 이웃집 아이들(또는 여러분의 아이들)이 놀 때 비명을 지르는 소리를 차단하려고 한다면 매우 도움이 될 수 있습니다. 하지만 우리 대부분은 다른 소음을 차단하기 위해 다른 헤드폰을 착용하고 싶어하지 않을 것이므로 아마도 올바른 선택은 아닐 것입니다.

놀라지 않으실지 모르지만, 우리의 조언은 전문가 리뷰와 구매자 리뷰를 모두 읽어보고, 선택한 모델이 다양한 상황에서 어떻게 처리되는지 알아보라는 것입니다.

좋은 ANC 헤드폰에서는 어떤 것을 기대할 수 있나요?

대중교통에서 소니 WH-1000XM4 ANC 헤드폰을 착용한 남자
소니

가질 만한 ANC 헤드폰이나 이어버드는 외부 소음을 즉각적이고 매우 눈에 띄게 줄여야 합니다. 대부분의 ANC 헤드폰에는 또한 투명 모드가 있는데, 이는 많은 소음을 들어오게 하도록 설계되었습니다(따라서 캔을 제거하지 않고도 위험에 대한 인식을 유지하거나 대화를 나눌 수 있습니다). 이상적인 세상에서 투명 모드는 헤드폰을 전혀 착용하지 않은 것처럼 느끼게 합니다.

투명성과 ANC를 끄면 훨씬 조용해지지만, 여전히 외부 소리를 상당히 잘 알아들을 수 있습니다. ANC를 켜면 남아 있는 소리가 상당히 줄어들 것입니다. 어떤 경우에는 ANC가 소리(선풍기 윙윙거리는 소리 등)를 완전히 사라지게 만들어 거의 완벽한 평온함과 고요함을 느끼게 할 수 있습니다.

ANC 헤드폰의 성능에 문제가 있음을 나타내는 징후로는 무엇이 있나요?

첫 번째이자 가장 분명한 신호는 ANC 기능을 켜도 켜기 전에 들었던 소리가 별로 줄어들지 않는다는 것입니다. 이는 당연한 것처럼 보일 수 있지만, ANC가 작동했을 때 알아차리기가 거의 불가능한 모델을 몇 가지 시도해 보았습니다.

또 다른 문제는 ANC가 음악의 품질에 영향을 미칠 수 있다는 것입니다. 음악을 생성하는 스피커가 원치 않는 소리를 제거하는 안티노이즈도 생성한다는 점을 기억하세요. ANC 시스템이 너무 공격적이거나, 튜닝이 제대로 되지 않았거나, 다른 여러 가지 약점이 있는 경우 ANC를 켜면 음악 소리가 눈에 띄게 나빠질 수 있습니다.

마지막으로, 설계가 형편없는 ANC 회로는 원치 않는 소음을 제거하려고 하더라도 실제로 새로운 소음을 발생시킬 수 있습니다. 이는 대부분 콘텐츠를 듣지 않을 때 들리는 쉿쉿거리는 소리로 나타납니다. 음악을 재생하면 이 쉿쉿거리는 소리를 가릴 수 있지만, 이어플러그 대신 헤드폰을 사용하고 싶다면 그 들리는 쉿쉿거리는 소리가 당신을 미치게 만들 것입니다.

환경 소음 제거(ENC)는 어떤가요?

제품 설명을 읽을 때 환경 소음 제거(ENC), 선명한 음성 통화(CvC), 소음 제거(활성화 없음)와 같은 용어에 특히 주의하세요. 이는 모두 통화 중 누군가와 대화하거나 헤드폰을 사용하여 음성을 녹음할 때 배경 소리의 효과를 줄이기 위해 마이크 회로에서 수행하는 소음 제거에 대한 참조입니다.

음성 통화에 사용할 예정이라면 헤드폰이나 이어버드에 꼭 필요한 기능이지만, 다른 형태의 능동적 소음 제거 기능이 아니며 음악을 듣거나 헤드폰을 착용할 때 들리는 소음의 양에는 전혀 차이가 없습니다.

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