노이즈 캔슬링 (Noise Cancelling) - 소음 없는 세상을 향한 기술

 

노이즈 캔슬링(Noise Cancelling)이란 무엇인가?

 

노이즈 캔슬링(Noise Cancelling)이란 외부의 소음을 줄이거나 제거하여 보다 깨끗한 음향환경을 제공하는 기술이다. 주로 헤드폰이나 이어폰에 적용되어 사용자가 음악을 들을 때 외부 소음에 방해받지 않도록 돕는다. 이 기술은 특히 항공기, 기차, 도심등 소음이 많은 환경에서 유용하다. 노이즈 캔슬링 기술은 크게 두가지로 나뉜다. 

 

• 패시브 노이즈 캔슬링 (Passive Noise Cancelling): 물리적인 차단을 통해 소음을 줄이는 방식으로 , 이어컵이나 이어팁의 재질과 구조를 통해 소리를 막는다. 
•  액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancelling ): 마이크와 전자회로를 사용해 소음을 분석하고 , 반대되는 음파를 생성해 소음을 상쇄하는 방식이다.  무선 이어폰 TWS (true wireless system) 의 노이즈 캔슬링 기능을 가진 제품의 보급으로 많이들 사용하고 있다. 

노이즈 캔슬링 (Noise Cancelling)원리 

 

노이즈 캔슬링의 핵심은 "소음상쇄(Noise Cancellation)"라는 물리적 현상에 있다. 사실 정확한 표현은 위상 상쇄가 더 맞겠다. 이 기술은 소리를 파동으로 이해하는 데서 시작한다. 소리는 공기중의 압력 변화로 인해 발생하며, 파형의 형태로 표현된다.  노이즈 캔슬링은 소음의 파형과 반대되는 파형을 생성하여 두 파형이 만나 서로 상쇄 되도록 만든다. 이를 "역상음파 (Anti - Phase Sound Wave)"라고 한다. 예를 들어 , 소음의 파형이 위로 올라가는 순간 역상 음파는 아래로 내려가며 , 두 파형이 겹치면 이론적으로 소리는 사라지게 된다. 액티브 노이즈 캔슬링 기기에는 작은 마이크가 내장되어 있어 외부 소음을 실시간으로 감지한다. 감지된 소음은 기기의 프로세서에 의해 분석되고 , 즉시 반대되는 파형이 생성된다. 이 음파는 스피커를 통해 재생되어 사용자가 듣는 소음이 크게 감소된다. 

 

노이즈 캔슬링(Noise Cancelling) 기술의 역사 

노이즈 캔슬링 역사는 약 80여년전으로 거슬러 올라간다. 이 기술은 처음에는 군사 및 항공분야에서 개발되었다. 1941년 폴 루게 (Paul Lueg)라는 독일의 물리학자가 소음을 상쇄하는 개념을 처음으로 특허로 등록했다. 그는 반대되는 음파를 생성하여 소음을 줄이는 방법을 제안했지만 , 당시 기술로는 이를 구현할수 없었다. 1989년 Bose 세계최초의 상업용 노이즈 캔슬링 헤드셋을 출시했다. 이제품은 항공기 조종사를 대상으로 했으며 , 이후 소비자용으로 확대되었다.  필자가 Bose사의 노이즈 캔슬링 헤드폰을 경험한 것은 약 20여년전 어느 음향 엔지니어분이 미국에서 보즈 (Bose)사의 첫 헤드폰을 구매해서 사용하시는 것을 보고 정말 엄청난 충격을 받았다. 지금은 헤드폰 및 이어폰 속에 리튬전지를 사용하지만 당시에는 별도 유선에 컨트롤 박스가 있고 AAA배터리 두개가 들어가는 타입이었다. 

 

노이즈 캔슬링(Noise Cancelling)의 응용분야 

 

항공 및 교통 : 비행기나 기차와 같은 소음이 심한 환경에서 승객들에게 조용한 환경을 제공한다. 

의료: 병원의 MRI기기나 기타 의료장비에서 발생하는 소음을 줄여 환자의 스트레스를 완화한다. 

산업현장: 공장이나 건설현장에서 작업자의 청력을 보호하고 작업환경을 개선하는데 사용된다. 

교육: 소음이 많은 교실이나 도서관에서 학습 집중도를 높이는데 사용된다. 

스마트 디바이스: 스마트폰과 연동된 이어폰이나 스피커에 적용되어 일상적인 소음 제거를 지원한다. 

 

노이즈 캔슬링 (Noise Cancelling)한계와 도전 

노이즈 캔슬링은 많은 이점이 있지만, 완벽하지 않다. 이 기술은 주로 저주파 소음(예:엔진소음)에서 가장 효과적이다.  하지만 고주파 소음(예:사람 목소리나 알람소리)은 제거 하기 어렵다. 이는 고주파 소음이 더 복잡한 패턴을 가지며 , 이를 실시간으로 상쇄하는데 기술적인 제약이 있기 때문이다. 또한 노이즈 캔슬링 기능을 사용할때 일부 사용자들은 압력감이나 귀의 불편함을 느낄수 있다. 이는 귀가 외부 소리를 완전히 차단 당했다고 느끼는 생리적 반응으로 , 기술 개발자들이 해결해야 할 중요한 과제중 하나다. 

 

노이즈 캔슬링(Noise Cancelling)의 미래  

노이즈 캔슬링 기술은 현재도 발전을 거듭중이며 더 많은 가능성을 열어가고 있다.  인공지능 (AI)기술이 접목되면서 소음을 보다 정밀하게 분석하고 맞춤형 음파를 생성하는 스마트 노이즈 캔슬링이 가능해 지고 있다. 미래에는 개별 사용자의 환경과 청각특성에 맞춘 "적응형 노이즈 캔슬링 (Adaptive Noise Cancelling)"이 대중화 될것으로 보인다. 또한 공간 전체를 소음으로 부터 자유롭게 만드는 환경 노이즈 캔슬링 기술도 개발 중이다. 이를 통해 우리는 집, 직장, 공공장소 어디에서나 조용한 공간을 누릴수 있게 될것이다. 

 

소음을 넘어선 기술의 진화     

 

노이즈 캔슬링은 단순히 소음을 제거 하는 기술을 넘어 , 우리의 질을 향상 시키는 중요한 혁신중 하나이다. 이 기술은 소리를 상쇄한다는 간단한 물리적 원리를 바탕으로 시작되었지만 , 수십년의 연구와 발전을 통해 우리의 일상속 깊이 자리 잡았다. 과거 항공기 조종사의 통신을 돕는데 쓰이던 기술이 이제는 일반 소비자들에게 조용하고 몰입감 있는 환경을 제공하고 있다. 앞으로도 노이즈 캔슬링 기술은 더욱 발전하며, 소음 없는 세상을 향한 새로운 가능성을 열어 갈 것이다.