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노이즈 캔슬링, Noise Canceling

외부 잡음을 상쇄, 혹은 차단하는 기술

대표적으로 음향기기를 통한 음악 감상 또는 모니터링시에 유입되는 생활 소음을 차단하는 용도로 사용되고 있다. 이 기술은 본래 여객기 탑승자들과 승무원의 제트 엔진에서 발생하는 소음으로 인한 불편을 해결하기 위해 개발되었다.

노이즈 캔슬링의 넓은 의미는 소음을 차단하는 것을 의미하며, 소음을 상쇄시키는 것이라면 어찌되었든 노이즈 캔슬링에 포함된다. 다만 그 방식에 따라 액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancellation, ANC)과 패시브 노이즈 캔슬링(Passive Noise Cancellation, PNC)의 두 가지 방식으로 구분한다. 

액티브 노이즈 캔슬링의 경우 소리의 상쇄간섭 현상을 이용한 기술을 의미한다. 소리는 일정한 형태를 갖는 파동의 일종이며 이와 반대되는 파동을 같은 시간에 발생시키면 서로 상쇄되는데, 이를 상쇄간섭이 일어났다고 한다. 이러한 소리의 특성을 이용해서 제거 하려는 소음의 위상 및 진폭을 파악하고 이와 완전히 반대되는 위상과 진폭을 연산해 인위적으로 발생시켜 소음을 제거하는 기술이다. 대표적인 사용처는 이어폰/헤드폰, 고급 세단 및 SUV, 항공기, 군사 등이 있다.

패시브 노이즈 캔슬링의 경우 인위적으로 발생시킨 상쇄간섭을 이용한 소음 제거 기술이 아닌 에너지를 물리적으로 차단하는 물질들을 사용해 소리가 차단되도록 하는 것을 의미한다. 방음재 및 흡음재들을 부착해 소음을 제거하는 것 또한 패시브 노이즈 캔슬링에 해당되며, 액티브 노이즈 캔슬링이 없는 이어폰이나 귀마개를 착용해 소음을 차단하는데 이용하는 것도 패시브 노이즈 캔슬링에 해당한다.

즉, 노이즈 캔슬링을 구현하는 방법도 여러가지이며 소음이 많이 발생하는 현대의 생활 전반의 여러 곳에서 쓰이고 있음을 알 수 있다.

물론, 이 기술과 용어를 최근의 액티브 노이즈 캔슬링 이어폰/헤드폰등을 통해 처음 접해보는 일반인들 입장에서는 노이즈 캔슬링이란게 특이하고 신기한 신기술로 비춰질 수 있긴 하지만, 패시브 노이즈 캔슬링은 물론이거니와 액티브 노이즈 캔슬링도 이미 아주 오래전부터 사용되어온 기술이다. 후술하겠지만 상쇄간섭을 이용한 노이즈 캔슬링에 대한 개념은 1930년대부터 알려져 왔으며 음악 녹음에서 Balanced Connection을 사용하기 시작한 1950년대부터 현재에 이르기까지 노이즈 캔슬링 기술은 음향기술에서 여러 방면에서 사용되어 왔다.

그 대표적인 예시 중 하나인 Balanced Connection의 구조는 아래 사진과 같은데, 하나의 입력신호를 동일한 두 가지의 신호로 쪼개어 +,-로 구분한 다음 +에는 원래 신호 그대로, -에는 파형을 뒤집은 역위상의 신호를 흘려 보낸 다음 수신장비에서 -에서 수신된 역위상 신호의 파형을 다시 원래대로 뒤집어 정위상으로 만든다음 +의 정위상 신호와 섞어 잡음은 잡음끼리 상쇄간섭이 일어나 사라지게 되는 원리이다.

밸런스드 시그널 원리

이렇듯 노이즈 캔슬링은 아주 오래전부터 개념과 원리, 그리고 그것을 응용할 기술력들이 어느정도 정립되어 있었기에 음향분야에서는 이를 이용한 여러가지 표준 규격들이 만들어지고 현재까지도 사용되고 있는 것이다. 또한, 바깥의 소음을 마이크를 이용해 직접적으로 녹음하여 위상을 반전한 뒤 재생하여 생활 소음을 실시간으로 상쇄하는 것도 이미 2000년대 중반의 PC CPU성능으로도 충분히 구현이 가능했다. 그러나 당시로선 꽤 많은 성능을 요구하는 기술이었기에 전기를 매우 많이 소모했고, 이를 소형 포터블 이어폰/헤드폰에 도입하는 것이 불가능 했기 때문에 소형 반도체들의 성능과 전력소모가 매우 개선된 지금에 와서야 실현된 것 뿐이다. 

한편, 이와 비슷한 이름의 노이즈 리덕션 기술과 서로 개념을 헷갈리는 경우가 굉장히 많다. 노이즈 캔슬링은 아예 소음을 따로 수음하여 상쇄간섭을 이용해 제거하는 것이나 노이즈 리덕션의 경우 따로 소음 데이터를 가지고 상쇄간섭등의 물리적 현상에 기반해 제거하는 것이 아닌, 이미 소리 신호에 유입된 잡음들을 소리 신호 분석 알고리즘 등을 통해 제거하는 기술이다. 때문에 특정부분에서 잡음제거가 부정확하거나 아예 원음의 손실을 일으키는 문제점이 있다. 다만 노이즈 리덕션과 노이즈 캔슬링의 공통 목적은 S/N 비율을 높이는 것이다.

 

 

액티브 노이즈 캔슬링의 역사

이 기술은 1930년대에 처음 개발되었고 헤드폰 용으로 만드려는 시도는 1950년대에도 있었다. 하지만 본격적으로 액티브 노이즈 캔슬링 헤드폰 기술이 개발되기 시작한 것은 1978년 BOSE에서였다. 이후 이 기술을 전차승무원 헤드폰에 적용시켜 느슨하게 쓰면 소리가 전차소음에 묻혀 버리고 꽉 조여 쓰자니 압박 때문에 머리가 아픈 기존 헤드폰에 비해 높은 평가를 받았다고 한다. 

1984년에는 독일 루프트한자 항공사가 자국 음향기기 회사 젠하이저에게 주문을 넣어 1987년에 젠하이저에서 제품을 출시하였고 보스에서도 10여 년의 연구 뒤 1989년에 항공용 제품을 출시하였다. 즉 액티브 노이즈 캔슬링은 거의 80dB에 달하는 기내 소음으로 인한 소음성 난청에 시달리던 항공기 승무원들에게 먼저 사용된 기술인 것이다. 그 후로 항공기 승객용을 필두로 민간 상대로도 상용화되어 음악 감상 시 정숙한 배경을 만들어 주는데 쓰이게 된다. 

과거 다른 회사의 제품들은 과거 BOSE만큼 압도적인 성능을 내지 못했으나 이후 소니를 비롯해 많은 업체가 뛰어들어 예전만큼 독보적이지는 않다. 노이즈 캔슬링 헤드폰의 약진은 스마트폰의 급격한 발달 덕을 보고 있다. QC35에 쓰이는 퀄컴 CSR8670 같은 SoC 원칩이 노이즈 캔슬링 연산을 해 줄 DSP에 저전력 블루투스 모듈, ADC/DAC를 전부 탑재하고 있기 때문. 요즘은 중국제 브랜드의 노이즈 캔슬링 제품도 같은 칩을 사용하면서 점점 상향 평준화가 될 조짐을 보이고 있다. 

현대에는 자동차 소프트웨어에 내장되어 엔진과 주행소음을 줄이기도 한다. 다만 가격이 비싼게 흠. 

 

 

액티브 노이즈 캔슬링

작동 방식 및 특성
액티브 노이즈 캔슬링에 대한 재미있는 참고 영상. 1분 40초부터 원래 음원과 역위상으로 만들어낸 음원을 스테레오 스피커 한 쪽씩 동시에 재생하는데, 일반적인 스테레오 스피커로 들으면 노이즈가 낀 듯한 탁한 음악으로만 들리지만 옛날 휴대전화 등의 모노 스피커로 들어 보면 원래 음원을 역위상 음파가 상쇄해 완전히 소리를 제거한 것을 확인할 수 있다. 

마이크로 소리를 받아들이고, 이를 디지털 데이터화한 뒤, 역 위상의 파장을 만들어내서 소리를 내는 스피커에서 쏘아낸다는 구조이다. 그렇기 때문에 원리상 규칙적이고 지속적인 저음의 소음을 제거하는데 최적화되어 있어, 사람 말소리 같이 불규칙적인 소음은 상쇄 효율이 좀 떨어지지만, 반대로 헬기 로터음, 모터 회전 소음, 엔진음 등의 규칙적이고 지속적인 노이즈를 차단하는 데는 탁월한 효과를 보인다. 노이즈 캔슬링 기능이 강력한 이어폰을 끼고 있어도, 물건이 부딪히는 소리나 자동차 경적, 문이 닫히는 소리 같이 갑자기 들어오는 소리는 잘 들리는 이유가 이 때문이다. 

외부 소리를 상쇄하는 역파장을 만들기 위해서는 들려오는 소리가 마이크에 닿자마자 마이크에서 소리를 디지털 데이터화 하고 이 소리의 역파장의 소리를 연산하고 튜닝된 것에 맞춰서 도로 스피커로 내보내야 한다. 

기계음과 같이 계속해서 들려오는 일정한 패턴의 소음이라면 쉽게 상쇄가 가능하다. 이전에 마이크에 거쳐 들어온 소리를 기준으로 다음에 들어올 소음을 예측하여 적절한 타이밍에 맞춰서 역파장을 생성해서 쏘아내는 연산을 하는 것이 가능하기 때문이다. 반면 짤막한 소음이나 실시간으로 변화하는 불규칙한 소음을 이 방법처럼 상쇄하면 소리가 지나간 다음에 역파장의 소리를 쏘게 된다. 상쇄시킬 소음 파장이 없는데 역파장의 소리를 쏘아낸 것이니 또 다른 소음을 생성한 꼴이 되는 것이다. 

말 그대로 찰나간 잠깐 들려오는 불규칙적인 소리, 즉 사람의 말소리를 차단하기 위해서는 위의 방법으로는 불가능하고, 소리가 마이크에 닿은 때부터 연산을 시작해서 소리가 귀에 들어가기 이전 단계에서 이를 상쇄하는 역파장을 만들어내야 한다. 소리가 헤드폰 이어컵의 얇은 두께를 거쳐가는 그 짧은 시간 이내에 이 모든 과정을 완료하여야 가능한 일이다. 하지만 연산속도는 둘째 치고 당장 소리를 재생하는 스피커나 드라이버만 보더라도 드라이버 재질의 물성이 관여할 수밖에 없고, 그 진동의 전파 속도 등을 감안하면 마이크에서 찰나간 들려온 소리를 실질적으로 차단하기는 쉽지 않다. 그런데 최근에 나온 노캔 이어폰은 어떻게 이것이 가능하냐? 고 하면 획기적인 알고리즘 같은 것보다 그냥 시간이 지나고 기술이 발달함에 따라 기기 깡성능 향상으로 연산 속도가 올랐기 때문이다(…). 최근 출시되는 제품들은 일상에서 접할 만한 대부분의 소음을 지속시간이 짧더라도 상당히 잘 캔슬해낸다.  

액티브 노이즈 캔슬링 방식을 크게 나누자면, 피드 백 방식과 피드 포워드 방식, 그리고 두 방식을 모두 이용한 하이브리드 방식이 있다. 외부 소음을 감지하는 마이크의 위치에 따른 구분으로, 마이크가 유닛 안에 내장되어 있다면 피드 백 방식, 이어컵 외부에 있다면 피드 포워드 방식으로 구분된다. 피드 백 방식의 경우에는 정밀하고 높은 성능의 소음 차단이 가능하며, 피드 포워드 방식의 경우에는 음질에 미치는 영향이 적고 보다 컴팩트한 설계가 가능하다.

 

 

주변 소리 듣기
ANC를 지원하는 헤드폰이나 이어폰은 대부분 주변 소리 듣기 기능을 가지고 있다. ANC용 마이크로폰으로 들어온 주변 소리를 정위상으로 증폭하여 다시 스피커로 재생하여 사용자가 주변 소리를 들을 수 있게 해 주는 기능이다.

ANC의 성능이 상향 평준화된 2021년에는 이 주변 소리 듣기 기능이 리시버의 성능을 평가하는 요소가 되기도 한다. 단순히 역위상을 잘 재생해 주기만 하면 되는 일반적인 환경에서와 달리, 주변 소리를 듣는 마이크의 성능과, 그걸 정위상으로 재생시켜 주는 프로세서의 성능을 가장 잘 보여줄 수 있는 기능이기 때문이다. 마이크의 성능이 부족하면 녹음기로 녹음한 듯한 부자연스럽고 기계적인 소리가 들리고, 프로세서의 성능이 낮으면 재생에 딜레이가 생긴다. 즉, 현재 재생되는 사운드를 방해하지 않으면서 마이크로 수음되는 정위상의 특정 대역을 자연스럽고 매끄럽게 보내줘야 하기 때문에 매우 어렵고 복잡한 튜닝이 요구된다. 

노이즈 캔슬링 기능이 우수하다고 평가되는 노이즈 캔슬링 헤드폰들은 하이브리드로 만든 모델이 대부분이다. 단순히 소음을 차단하는 것만이 아닌, 주변 환경의 다양한 경우를 인지하고 소음 제거량을 사용자의 조작에 의해, 혹은 스스로 조절하는 기능을 가진 제품들이 많이 출시되어 있다. 외부 소음을 차단하는 것을 기본 골자로 하지만, 경우에 따라서는 오히려 외부의 특정 대역 소리를 재생해 주변과의 단절을 막아서 지하철을 타고 가다 내릴 역을 놓친다든가 하는 불상사를 막아주는 것이다. 

 

장점
확실히 더 조용하다. 다만 "세상에 혼자 있는 기분"이라거나 "우주 공간으로 날아간 기분"같은 수식어를 자주 달고 나오지만 그 정도는 아니고 그냥 광고용 문구. 아래의 패시브 노이즈 캔슬링이 잡아내지 못하는 저음역대의 연속적인 사운드를 거의 없애 버린다. 물론 귀를 틀어막아 버리는 제대로 된 PNC 방식에 비하면 100Hz대의 저음역대를 제외하면 소음 차단 성능이 떨어진다. 이는 조용한 청취 환경으로 이어지며, 나아가 외부 소음이나 이 때문에 손실되는 사운드를 듣기 위해 볼륨을 올리다가 과도한 음압 노출로 인한 청력 손상도 막아 준다는 점에서 큰 메리트를 가진다. 덕분에 장력과 차음성의 비례라는 한계에서 해방되는 것도 장점이 된다. 이어폰의 경우에는 세미오픈형 정도까지도 커버가 되기 때문에 커널형 특유의 이물감을 싫어하는 사람도 접근할 수 있다. 이 장점을 사용한 리시버가 삼성의 갤럭시 버즈 라이브. 오픈형이지만 ANC가 없는 커널형 이어폰과 비슷한 수준의 차음성을 제공해 나름의 매니아층을 형성하는데 성공했다. 

ANC가 가장 빛을 발하는 환경은 비행기의 장거리 여행이나 지하철, 버스, 이륜차 등의 환경이다. 특히 ANC 기능 자체가 항공업계 종사자를 위해 만들어진 것이 시작이었던만큼 비행기를 자주 탑승하는 사람들에게 효과가 좋다. 비행기 탑승의 경우 눈치를 잘 못 채더라도 실내에 크게 웅웅거리는 엔진 소음 때문에 받는 스트레스가 은근히 있다 보니 착용하면 신세계가 열린다. 통근 시 지하철이나 버스를 애용하거나 출장을 자주다니는 직장인처럼 비행기 여행이 잦은 직업이라면 준수한 노이즈 캔슬링 이어폰이나 헤드폰이 돈 값을 하는 경우도 많다. 버스 또한 대배기량 디젤이기 때문에 배기, 진동음이 실내에서도 들릴 정도로 크며, 아예 엔진과 배기를 포함한 동력계통이 탑승자와 함께 노출된 이륜차 또한 ANC 이어폰으로 청력 보호가 가능해진다. 물론 순정 머플러일 경우에나 그렇고 배기튠해서 대책없이 소리큰 차량은 답이 없다. 

 

단점
가격이 비싸다. 발음체 이외의 부품이 추가로 들어가며, 개발비가 높을 수밖에 없기 때문이다. 선구자인 Bose가 사업 시작부터 12년동안 5000만 달러를 쏟아부을 정도로 엄청난 투자를 했으며. 당장 마이크가 여러 개 들어가는 게 기본이다. 보통 오버이어 노이즈 캔슬링 헤드폰 기준으로 이어컵 바깥쪽에 한쌍은 절대적으로 필요하고, 노이즈 캔슬링 성능이 준수하다는 평을 듣는 헤드폰 기준으로는 이어컵 외부에 두쌍 이상의 마이크가 들어간 모델도 있다. 여기에 요즘 노이즈 캔슬링 헤드폰 중 좋다는 물건들은 대부분 하이브리드라 이어컵 안쪽에 한쌍도 웬만하면 들어간다. 이어컵 내부의 소음 환경과 외부의 소음 환경을 비교해서 상쇄 파장을 일으키기 위해서 내부 소리도 측정해야 하기 때문이다. 이렇게 소음상쇄파장을 만들어내기 위해서는 DSP도 들어간다는 말이다. 어떤 상쇄 파장 신호를 낼지 연산해야 하기 때문이다. 여기에 DSP를 거쳐야 하기 때문에 디지털 신호가 필요하므로 유선 헤드폰의 경우엔 3.5mm 잭을 통해서 받은 신호를 디지털로 도로 바꾸기 위한 ADC가 당연히 들어가며, 무선 모델도 마이크에서 받은 소리는 아날로그이므로 디지털화 시키기 위해서 ADC는 빠질 수가 없다. 물론 이를 도로 드라이버에 재생하기 위한 DAC도 다 들어간다. 결국 마이크 여러 쌍 + DSP + ADC + DAC가 다 들어가야 한다. 이걸 다 기동시켜야 하다 보니 전력소모가 많으므로 3.5mm 등에서 나오는 전력공급으로는 택도 없다 보니 별도의 배터리도 들어가는 게 일반적이다. 예외적으로 독자규격이나 그에 가까운 단자, 혹은 애플의 라이트닝 케이블 같은 케이블을 쓴다면 전력공급을 더 많이 당겨오는 것을 통해 배터리를 없앨 수 있지만 절대다수의 노이즈 캔슬링 이어폰이나 헤드폰은 그렇게 하지 않고 배터리를 내장한다.

여기에 튜닝 난이도가 덤으로 얹어진다. 노이즈 캔슬링 튜닝도 만만치 않은데, 노이즈 캔슬링 기능을 잘못 튜닝하면 외부에서 바람불거나 하는 불규칙한 소음이 들려올 때 그 소리를 상쇄시키기 위해서 생성한 소리가 불규칙한 소음이다보니 소음을 상쇄시키지 못하고, 역으로 또다른 생성된 소음으로서 들리는 소음 증폭의 문제가 있기 때문이다. 이 노이즈 캔슬링으로 인해 잘못 증폭된 소음 문제를 줄이기 위해선 튜닝에 신경을 써서 해야한다. 노이즈 캔슬링 성능도 마찬가지. 즉, DSP와 마이크 설계, 그리고 튜닝을 통해서 이런 문제를 완화시키면서 노이즈 캔슬링 성능을 끌어올려야 한다는 말이다. 또한 내부에서 재생되는 노래소리는 상쇄시키면 안 되므로 냅다 그냥 들리는 소리를 다 노이즈 캔슬링으로 상쇄 처리해서는 안 된다는 문제도 존재한다. 즉, 내부의 노랫소리는 정상적으로 재생시키면서, 외부의 소음의 일부를 잘못 상쇄시키거나 증폭시키는 일이 없는 채로, 나머지 외부 소음은 비교적 잘 상쇄시켜야 한다. 이 세 가지 사이에서 절묘하게 줄타기를 하면서 튜닝해야 한다. 당연한 말이지만 헤드폰의 음질을 튜닝하는 것은 별도의 문제다. 다른 헤드폰처럼 음질 튜닝은 음질 튜닝대로 해야 하는데 덤으로 얹어지는 튜닝 난이도가 이 정도인데다 부품도 더 들어가야 하니 제대로 만들었다면 다른 이어폰이나 헤드폰보다 더 비쌀 수 밖에 없다. 노이즈 캔슬링 이어폰이나 헤드폰과 비견될만한 가격대의 비싼 헤드폰은 음질에 그만큼 많은 시간과 돈을 들여서 개발을 할 수 있는 반면, 노이즈 캔슬링 헤드폰 제조사는 그 이외에 신경쓸 것이 많으므로 그럴 수가 없다. 

다만 음질에 신경을 쓰는 하이엔드 이어폰/헤드폰은 노이즈 캔슬링을 사용하지 않는 점을 고려해보면 딱히 튜닝 난이도가 높다고 하기에는 힘들다. 보스나 소니의 노이즈 캔슬링 이어폰/헤드폰은 일반적으로 다이나믹 드라이버(DD)를 하나 사용한다. 그러나 같은 소니에서도 음질은 신경을 쓴 고가 이어폰은 일반적으로 더 고급 방식으로 여겨지는 밸런스드 아마추어(BA)를 여러 개 사용하고, DD와 BA를 함께 사용하는 하이브리드 방식도 있다. 이런 경우에는 크로스오버 네트워크 설계 등 추가적인 튜닝이 더 들어간다.

그나마 배터리+DAC+DSP 등은 블루투스 이어폰이나 헤드폰에도 들어가야하는 부품이다 보니 의도치 않게 부품 공유가 가능해서 근래에는 블루투스화가 빠르게 이루어지는 분야이기도 하다. 2017년 말 기준 40만원 안팎으로 형성된 비싼 노이즈 캔슬링 이어폰이나 헤드폰 신제품은 대부분 블루투스 라인업으로 넘어온 상태라고 해도 과언이 아니다. 근데 이 경우에도 튜닝 난이도는 더 높아지는 문제가 생기는데, 노이즈 캔슬링 그 자체가 DSP를 통해서 소리에 영향을 주는 것이다 보니, 음질을 맞출려면 노이즈 캔슬링을 감안해서 튜닝해야 한다. 요즘 40만원 넘어가는 고가 무선 노이즈 캔슬링 헤드폰들은 노이즈 캔슬링을 끈 상태에서 듣는 기능이나 유선 모드 등도 지원하는데, 이 말은 노이즈 캔슬링이 기동 안 할 때의 음질 튜닝을 또 따로 해 줘야 하며, 유선모드에선 보통 3.5mm를 쓰므로 DAC/DSP를 안 거친 상태이므로 그 상태에서의 소리 또한 무선에서 노이즈 캔슬링을 켠 경우랑 소리가 다르다. 결국 여기에 맞춰서도 튜닝을 해줘야한다. 여기에 유선모드에서 노이즈 캔슬링만 켠 경우라던지, 무선모드에서 노이즈 캔슬링만 켠 상태라던지 하는걸 전부 다 해 주려면 결국 튜닝해 줘야 할 모드가 최대 4개나 된다는 말이다. 헤드폰 제조사 입장에서 생각한다면 이는 과장 좀 붙여서 음질 튜닝에만 최대 헤드폰 4개 어치의 음질 튜닝을 헤드폰 하나 만드는데 해 줘야 한다는 말이다.

당장 BOSE의 ANC 제품군들 같은 경우 수입사의 폭리를 감안하더라도 선뜻 지불하기가 어려운 가격이며(국내 가격이 무려 40~50만 원에 육박한다.) 다른 회사의 제품들도 비슷한 체급의 다른 헤드폰보다 훨씬 비싸다. 가격이 낮은 노이즈 캔슬링 헤드폰은 음질을 기대하기 이전에 역으로 소음을 잘못 증폭시키다 보니 노이즈 캔슬링이 아니라 노이즈 앰플리파잉이 되므로 돈이 안되면 아예 안 사는 게 낫다고 보는 관점이 매우 많다. 개발비는 제품 단가랑 달리 1대당 깨지는 액수가 아니므로 애플이나 삼성전자, 하다못해 LG전자 등의 대기업들이 노이즈 캔슬링 이어폰이나 헤드폰 시장을 메인스트림 시장으로 끌어내린 뒤 막대한 판매량을 구현한다면 저렴해지는게 가능할 수도 있지만 그런 것이 아니라면 저렴한 노이즈 캔슬링은 애매한 물건이 될 가능성이 높다. 아무래도 개발비가 높고 제품 단가도 높을법하니 그럴수 밖에... 상대적으로 저렴한 제품이 없는 것은 아니지만 노이즈 캔슬링 성능과 음질 둘다 잡는 것은 힘들수 밖에 없다. 일단 최근에는 중국산 초저가형 ANC 제품들이 나와 1~2만원 정도의 가격으로 맛보기 정도는 해 볼 수 있으므로 음질은 둘째 치고 막귀나 ANR가 뭔지 궁금한 사람들이 써 보기에는 괜찮다.

그리고 조용하다고는 해도 완벽한 소음 차단은 불가능하다. 엔진 소리는 잘 잡는데 불규칙적인 사람 떠드는 소리나 규칙적이라 하더라도 고음역대 소리엔 무지 약한 편이다. 위에서 언급했다시피 오히려 소음을 상쇄할려다가 역으로 잡음이 노이즈 캔슬링을 위한 드라이버에서 소음을 증폭시켜 버리는 문제도 있다. 잘 만든 노이즈 캔슬링일수록 이 문제를 더 신경써서 만들어서 대부분의 환경에서 약간 거슬리는 정도에 불과하도록 만들 수는 있지만, 못 만들면 못 만들수록 노이즈 캔슬링이 역으로 소음 내는 물건으로 만드는 치명적인 문제를 일으킨다. 좀 과장하자면 못만든 액티브노캔 이어폰을 지하철에서 쓰면 지하철소음은 지하철소음대로 제대로 안잡히고 사람 목소리는 차단이고 자시고 그냥 그대로 들려버리니 사실상 의미가 없는수준. 오히려 사람 목소리에 반응해 화이트노이즈까지 발생해 귀가 더 시끄러워져 소음이 2배로 늘어나는 뭣같은 사태가 발생한다.

그 이외의 단점을 언급하자면 조용해지는 것 때문에 사람 목소리에 더 신경이 쓰이게 된다는 역설적인 단점도 생긴다. 도서실에서 작은 소음만 듣더라도 거슬리는 현상과도 같다. 게다가 원래 노이즈 캔슬링이라는 게 주변 환경을 조용하게 유지해 주는 것이기 때문에 내가 얼마나 시끄러운 소리를 내는지 모르는 단점도 포함된다. 예를 들어 식당에서 이 기능을 사용한다면 나에게는 의자 끄는 소리 등의 소음이 작게 들리겠지만 남에게는 시끄러운 소리가 될 수 있다는 것이다. 근데 이건 커널형 이어폰이면 다 갖고가는 문제다.

그리고 개인차가 좀 있기는 하나 노이즈 캔슬링 작동 중에 기묘한 이압이 생긴다. 마치 차타고 터널에 들어간 것 처럼 귀가 먹먹한 느낌이 든다. 노캔 최대의 진입장벽(?)이라고 할 수도 있겠는데, 이 먹먹함 때문에 노캔을 싫어하는 사람도 많다. 그냥 먹먹하고 이상한 느낌으로 끝날 수도 있겠지만 민감한 사람의 경우에는 어지럼증, 메스꺼움, 심지어 멀미까지 겪기도 한다. 한 번도 ANC 제품을 써 본 적이 없는데 사고는 싶다면 청음샵 같은 곳에서 못해도 30분 이상은 들어보는 게 좋다. 먹먹한 느낌은 모든 노캔 음향기기의 종특이고 노캔 기능이 강할수록 더 압박감이 심해지기 때문에 노캔을 쓰려면 내가 이압(먹먹한 느낌)에 익숙해 지던지 아니면 포기를 해야 한다.

음악을 더 잘 듣기 위해서라지만, 주변 소리를 차단하기 때문에 주변에서 부르는 사람의 소리를 못 듣거나 교통 관련 소음을 못 들을 수 있으므로 사람들과 소통할 가능성이 있는 환경 및 아웃도어에서 좋지 않을 수 있다. 순전히 음악에 집중하기 위한 환경에서 착용하는 것을 권한다.

그나마 최근에 들어서는 QCY를 비롯, 여러 중소기업들이 액티브 노이즈 캔슬링 기술을 도입한 무선 이어폰을 내놓기 시작하면서 에어팟 프로 이후로 또다른 대중화가 이루어지고 있는 중이다.

 

 

패시브 노이즈 캔슬링

작동 방식
물리적 차단, 즉, 귀마개. 소리가 새거나 들어오지 않는 밀폐형 하우징과 확실하게 밀착하는 이어패드, 이도 내부로 깊숙하게 들어오거나 밀도 있는 소재로 이루어진 이어팁 같은 순수 물리적 차폐로 실현된다. 

오픈형 이어폰이나 헤드폰은 차음성이 매우 낮고, 커널형 이어폰이나 밀폐형 헤드폰이 차음성이 좋은 특성을 지닌다. 참고로 액티브 노이즈 캔슬링을 지닌 이어폰이나 헤드폰들은 대개 커널형이나 밀폐형으로, 준수하거나 그 이상 성능의 패시브 노이즈 캔슬링 성능도 내는게 일반적이다. 이유는 간단한데, 액티브 성능을 높이려면 고도의 기술과 고가의 부품으로 조금이라도 소음 감소를 끌어올려야 하는 판인데, 큰 투자가 필요하지 않은 패시브 노이즈 캔슬링을 굳이 이용하지 않아 전체적인 노이즈 캔슬링 성능을 깎아먹을 이유가 없기 때문이다. 특히 헤드폰 경우엔 종합적으로 높은 소음경감을 위해 차음성에도 신경을 많이 쓰다보니 밀폐형 중에서도 차음성이 높은 오버이어 헤드폰의 비중이 높다.

헤드폰의 경우엔 대체로 장력과 이어패드 재질, 이어컵의 사이즈가 사실상 차음성을 좌우한다. 이어폰의 경우엔 커널형 이어폰처럼 귓 구멍을 밀폐하는 이어폰이 차음성이 좋은편이며, 그 중에서도 삽입깊이가 깊은 물건일수록 차음성이 좋다. 헤드폰은 차이가 많이 나지만, 깊이 삽입하는 이어폰은 ANC가 필요없을 정도로 소음 차단 성능이 좋을 수도 있다.

 

 

장점/단점
단가가 저렴하다. 마이크와 DSP 외 여러 부품이 필요한 ANC와 달리, 패시브 노이즈 캔슬링은 귀를 물리적으로 막는 일만을 필요로 한다. 무대에서 사용하기 위한 제품인 인 이어 모니터(IEM)의 경우에는 ANC보다 나은 소음 차단 능력을 제공하는 경우도 있다. innerfidelity 측정 결과 보스의 ANC 이어폰인 qc20은 보통 25~30db, 가장 많이 차단하는 음역대는 생활 소음의 주성분인 100Hz대로 35db의 소음을 차단한다. 에티모틱 사의 ER4는 ANC 없이 귀를 막는 것만으로 38~42db, 인간의 청력이 가장 예민한 3kHz대에서는 65db까지 소음을 차단한다. 100Hz대를 제외하고는 소음 차단 능력이 압도적이다. 커스텀 IEM도 ER4와 비슷한 수준이다. ANC는 외부에서 음악 감상 시 노이즈를 제거하기 위해 역위상파를 쏘는데, 타이밍이 맞지 못하면 외부의 소음과 같은 양의 노이즈가 음악에 더해지는 셈이다. 실제로 ANC를 낀 상태에서 문이 닫히는 것처럼 갑자기 큰 소리가 들리면 음악을 듣다가 퍽 소리가 난다(anc의 방식을 생각하면 어쩔 수가 없는 일이다). 또 ANC는 주로 외부에서 사용할 것을 전제하고 만들기 때문에, 저음을 두껍게 튜닝해서 실내에서 들으면 답답하게 느껴질 수 있다. 

 

 

 

How does active noise canceling work?

We’ve already covered how noise canceling headphones work, and in a nutshell, noise cancellation is based on the principle of phase cancellation. Sound waves that are 180 degrees out of phase, or the inverse of one another, cancel out when summed together. Think of it as adding -1 to +1, and you end up with zero. The idea with noise cancellation is to record the background noise, invert the noise signal to create “anti-noise,” and then add it to your output signal, which includes your music. The anti-noise signal cancels out the actual background noise at the point it reaches your ear. The idea is surprisingly simple and dates back to the 1930s, but it’s easier said than done.

The biggest issue with ANC is sampling ambient sounds accurately enough to provide the maximum degree of attenuation. Microphones must capture the noise, and the phase of the cancellation waveform leaving the headphone drivers needs to perfectly line up with the phase of the noise when it reaches your ear. These systems need to be finely tuned, but even then you won’t ever see 100% cancellation. Instead, between 20-40dB of noise reduction is quite common, which cuts the background noise level you hear to between one-quarter to one-sixteenth its original level. A considerable amount.

 

 

 

Another key point to consider is that the noise you hear on the inside and outside of headphones is very different. Compare the passive isolation of closed-back headphones versus earbuds, for example. This difference in sound capture substantially changes the quality and capabilities of active noise cancellation between the two types of headsets. This begs the question, where do you best position the microphone in order to capture and cancel out noise? Outside the headphones, inside, or perhaps a little bit of both works best?

What is feedforward active noise canceling?

Feedforward ANC is, arguably the simplest type of active noise cancellation. With feedforward technology, the noise-capturing microphones are placed on the outside of the headphones. This is pretty handy for ANC earbuds, where there is limited real estate for a mic inside the wearer’s ear.

 

 

 

 

Feedforward ANC uses a digital signal processor (DSP), or dedicated ANC processing hardware to map the noise signal to what the user will actually hear on the inside of the headphones. However, it’s not as accurate as placing a mic inside the ear cup (something we’ve seen from premium headsets like the Bose QuietComfort 45 and Sony WH-1000XM4). Also, noise canceling properties change a bit between wearers. A loose fit, for example, may allow extra high-frequency noise to bleed through, which the processing can’t account for.

Placing the microphone outside the headphones has its share of pros and cons. The external microphone has the best noise sensitivity, making it good for mid-frequency noise canceling. As such, it can be used to isolate specific sounds, such as speech or traffic, for more advanced ANC and ambient sound control technologies. However, feedforward ANC is more sensitive to wind howl and other forms of incidental noise. These unpredictable noises may actually get amplified as they are not picked up inside the ear cup to be canceled out.

What is feedback active noise canceling?

 

 

With feedback ANC, the microphone is located inside the ear cup, or inside the wearer’s ear with earbuds. Picking the right place within the ear cup’s interior presents a new set of difficulties. The major benefit to feedback ANC is that noise captured by the microphone more accurately reflects noise the wearer hears, regardless of the exact positioning and fit of the headphones. You can think of feedback ANC as a self-correcting mechanism. This also makes the headphones more resistant to wind howl, but devices can lose high-frequency noise canceling sensitivity, as less of this noise is likely to pass through the headphones from the outside. 

This technology type still requires a processor to handle noise filtering. For instance, feedback noise canceling has to contend with the fact that the user’s audio (the wanted signal) is also likely to be captured by the internal microphone. This needs to be filtered out and also corrected for the frequency profile of the headphones when being worn. 

 

 

\As with all feedback systems, runaway amplification can occur. There’s a small risk of the system picking up its own anti-noise signal and increasing the level of amplification in a bid to cancel it out; this can actually increase the amount of noise or even produce a ringing feedback sound. This is very rare but can happen in models that don’t take adequate precautions. There’s also less processing time with the feedback design, as it’s working on audio already very close to the ear. As such, feedback ANC is most effective at low frequencies, which have longer wavelengths. 

What is hybrid active noise canceling?

Hybrid active noise cancellation offers the best of both worlds. As you may have guessed, it combines both feedforward and feedback microphones and processing to cover all the bases.

You’ll receive the best noise attenuation frequency coverage and the lowest chances of feedback issues with hybrid technology. Furthermore, hybrid ANC can still be used for ambient noise and sound isolation features, while retaining the benefits of accurate, tailored ANC. 

The drawback is that hybrid ANC is more expensive. Not only are there two microphones but these microphones need to be of high quality to avoid introducing extra noise. Headphones also require more powerful dedicated processing hardware to handle the extra math. Developers also double up on all the frequency and performance testing to maximize noise canceling performance. These products make up the most expensive headphones on the market, but they offer the best quality ANC around. 

Does noise canceling matter?

 

 

While manufacturers seldom talk about the ins and outs of their noise canceling technology, knowing more about the three main types can help inform your purchasing decisions. If you’re having problems with feedback or not enough high-frequency cancellation, you may want to switch from the feedback to the feedforward type. Alternatively, noise cancellation that seems a bit temperamental could be a sign to switch from feedforward to something else. While not an automatic guarantee of quality, keeping an eye out for hybrid ANC should ensure a nice quiet listening environment free from issues.

Finally, keep an eye out for our noise canceling performance charts in our reviews. These give you the best picture of all about how headphones perform at canceling noise and can help us to infer a bit about the technology on board.

 

How do the different types of ANC compare?

Now that we’ve gotten that out of the way, here’s a handy table that offers the main points at a glance.

Attenuation typeMic locationStrengthsWeaknesses

Isolation (passive)	N/A	No extra power necessary Avoids sensory issues	Low end attenuation very poor
Feedback active noise cancellation	Inside ear cup	Better at canceling wind noise	Poorer high-end attenuation
Feedforward active noise cancellation	Outside ear cup	Better at canceling mids	Poorer incidental noise attenuation
Hybrid active noise cancellation	Outside and inside ear cup	Best of both types, drawbacks of neither	Usually more expensive
(Adjustable) active noise cancellation		Allows you to turn down ANC effect	Requires interaction

If you look at this table and conclude “hey, maybe I should find hybrid ANC headphones”—you’d probably not be surprised that these are becoming more common now that the market has had enough time to mㄴature and grow as a segment. Headphones have needed to improve ANC performance to stay competitive, and that’s led to more and more manufacturers adopting a hybrid approach.