[CCTV뉴스=이나리 기자] 액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Cancelling, ANC)은 항공기의 엔진 소음을 감쇠시키기 위해 주로 고가의 헤드셋에 사용되던 기술이다. 원하지 않는 주변 잡음을 감쇠시키는 이 기법은 지난 세기에 개발된 조금은 오래된 기술이지만, 헤드셋 업계는 일반적인 상용 헤드셋과 차별화하기 위해서 향상된 청취 경험을 제공하는 ANC의 장점에 주목하고 있다.

ANC는 반도체 업계에서는 틈새 시장이었기 때문에 [그림 1]의 간략화된 아날로그 블록 다이어그램에서 보이는 것처럼, 주로 독립형 헤드폰 증폭기, 연산 증폭기, 마이크로폰 전치 증폭기와 함께 디스크리트 형태로 사용되는 기술 구현이 이뤄졌다. 

아날로그 방식으로 다소 복잡하게 구현된 블록 다이어그램을 본 사람은 “디지털 기반 솔루션을 사용해 모든 디스크리트 부품을 대체해 보라”고 제안할 수도 있을 것이다. 무어의 법칙은 ANC에도 잘 적용되므로 디지털 신호 프로세서(DSP)에 점점 더 많은 컴퓨팅 성능을 제공한다면 이런 제안은 충분히 타당할 수도 있다. 하지만 점점 더 디지털이 지배하는 세계에서 아날로그 솔루션을 정당화하는 다른 고려사항들도 분명 존재한다. 

ANC 시스템을 디지털로 구현한 [그림 2]의 블록 다이어그램을 보면 아날로그 솔루션의 모든 간단한 증폭기들이 아날로그-디지털 컨버터(ADC)와 디지털-아날로그 컨버터(DAC)로 대체된 것을 알 수 있다. DAC와 ADC 사이에는 ANC 알고리즘 실행을 위한 몇 가지 신호처리 과정이 포함돼 있다.

이런 모든 블록이 갖는 공통점은 동작을 수행하는 데 클럭을 필요로 한다는 것이며, 좀 더 중요하게는 각 블록이 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 이렇게 변환된 신호를 ANC 알고리즘으로 스레드한 다음, 다시 이를 DAC에서 아날로그 신호로 변환하기 위해 다양한 클럭 사이클을 필요로 한다는 것이다. 신호가 아날로그 입력에서부터 아날로그 출력까지 거치는 동안 경험하는 전체 전파 지연은 ANC 필터에 중요한 요소이며, ANC 성능에 직접적인 영향을 미친다. 

전파 지연이 ANC 시스템에 미치는 영향

전파 지연이 ANC 성능에 미치는 부정적인 영향은 [그림 3]에서 볼 수 있다. 녹색 선은 아날로그 하이브리드 ANC 헤드셋의 일반적인 ANC 성능 곡선을 간략하게 보여준다. 

DAC, ADC, ANC 알고리즘의 디지털 신호 처리로 인해 ANC 신호 경로에 일정한 지연이 발생하기 때문에 추가적인 위상 편이(Phase shift)가 발생하고, 이에 따라 달성 가능한 ANC 대역폭이 감소된다. 이유는 매우 간단하다. 잡음 신호가 수신자의 귀를 통과한 ‘후’ 잡음 방지 신호가 재생된다면, 원하는 180° 위상 편이가 더 이상 주변 잡음을 적절하게 제거할 수 없기 때문이다.

특히 피드백 시스템의 경우 줄어든 위상 마진으로 인해 불안정성(음향 공명)의 위험이 증가한다.