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소리 파동의 위상을 역위상으로 쏘아 소음
안녕하세요!
소리 파동의 위상을 역위상으로 쏘아 소음을 상쇄하는 노이즈 캔슬링(ANC) 기술의 물리적 간섭의 원리는 무엇인가요?
2개의 답변이 있어요!
역위상을 쏘아 소음을 지운다는 표현이 널리 쓰이는데, 물리적으로는 지우는 게 아니라 더하는 겁니다. 소리는 공기의 압력이 높아졌다 낮아졌다 하는 현상인데, 한쪽 파동이 압력을 올리는 바로 그 순간 다른 파동이 같은 크기로 내리면 그 자리의 공기는 결국 움직이지 않게 됩니다. 두 소리를 합친 결과가 영에 가까워지는 것이지 소리가 사라지는 게 아니에요.
여기서 중요한 게 그 자리라는 조건입니다. 상쇄는 공간 전체에서 일어나는 게 아니라 두 파동이 정확히 만나는 특정 위치에서만 성립합니다. 그래서 노이즈캔슬링 이어폰은 방 전체가 아니라 고막 바로 앞 아주 좁은 공간 하나만 목표로 삼습니다. 스피커로 방 안의 소음을 통째로 지우는 게 안 되는 이유가 이겁니다.
실제 동작은 이렇습니다. 바깥쪽 마이크가 소음을 먼저 받아들이고, 안에 있는 칩이 그 파형을 거꾸로 뒤집어 이어폰 스피커로 내보냅니다. 소리가 귓속으로 들어가기 전에 반대 파동이 준비돼 있어야 하니 이 계산이 백만분의 몇 초 단위로 끝나야 해요. 여기서 조금이라도 늦으면 효과가 확 떨어집니다.
왜 저음만 잘 지워지는지도 같은 원리로 설명됩니다. 소리는 초당 삼백사십 미터쯤 나아가는데, 백 헤르츠짜리 낮은 소리는 파장이 삼 미터가 넘습니다. 위치가 조금 어긋나도 상쇄가 유지되고 계산할 시간도 넉넉하죠. 반면 오천 헤르츠쯤 되면 파장이 칠 센티미터도 안 돼서 몇 밀리미터만 어긋나도 상쇄가 깨집니다. 비행기 엔진음은 사라지는데 옆 사람 말소리는 남는 게 그래서입니다.
더 얄궂은 건 어긋났을 때입니다. 위상이 정확히 반대일 때만 상쇄지, 어중간하게 어긋나면 두 파동이 서로 보태져서 오히려 소리가 커집니다. 노이즈캔슬링을 켰을 때 특정 소리만 유독 도드라지게 들리는 경험이 있으시다면 대체로 이 경우예요.
끝으로 귀가 먹먹해지는 느낌도 자주 나오는 이야기인데, 실제로 귀 안의 압력이 변한 건 아니라고 봅니다. 늘 깔려 있던 저음이 갑자기 사라지니 뇌가 그 변화를 압력으로 해석한다는 설명이 유력해요. 그래서 요즘 제품들은 이 느낌을 줄이려고 통기 구조를 따로 넣기도 합니다. 정리하면 소리를 없앤 게 아니라 귀 앞에서 두 파동을 정확히 겹쳐 세운 것뿐입니다.
채택된 답변노이즈 캔슬링(ANC) 기술은 파동의 상쇄 간섭 원리를 이용합니다.
외부에서 들어오는 소리 파동의 위상과 정확히 반대인 역위상을 스피커로 출력합니다.
두 파동이 만나면 소리가 서로 겹쳐 에너지가 상쇄되므로 소음이 줄어들게 됩니다.