침묵은 만드는 게 아니라
제때 맞히는 것이다
귀를 세로로 갈라 이어버드가 꽂힌 자리를 봅니다. 반대 파형을 만드는 건 쉽습니다 — 어려운 건 제때 만드는 것이고, 60도만 늦으면 소음은 하나도 안 줄어듭니다. 손잡이를 움직이면 고막이 실제로 밝아지거나 어두워집니다.
손잡이를 안 만져도 결론은 이겁니다
아래 표는 위 손잡이의 모든 조합을 같은 식으로 미리 계산해 둔 것입니다. 가로가 시스템 지연, 세로가 소음 주파수, 칸의 값이 고막에 남는 소리입니다. 초록이 지워진 것, 빨강이 되레 커진 것입니다.
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왜 사람 목소리는 안 지워지나
같은 지연이라도 주파수가 높을수록 위상이 더 밀립니다(θ = 360·f·Δt). 위 손잡이에서 지연을 150μs에 두고 주파수만 바꿔 보세요 — 저음에서는 고막이 어두워지고, 고음에서는 오히려 밝아집니다. 목소리의 알맹이인 300~3,000Hz는 딱 그 사이에 있습니다. 기능을 덜 넣은 게 아니라 시간이 없는 것입니다.
지연이 0이어도 벽이 하나 더 있습니다. 드라이버에서 고막까지 30mm를 반대 파형도 날아가야 합니다 — 87μs입니다. 소음과 반대 파형이 서로 다른 길로 오기 때문에 완벽한 상쇄는 한 지점에서만 성립합니다. 그래서 이어버드는 고막 앞을 겨냥합니다.
이 87마이크로초를 나눠 갖는 회사들
마이크(놀스), ANC 칩·코덱(퀄컴·시러스로직), 완제품(애플·소니)이 각자 이 예산의 일부를 씁니다. 누가 몇 마이크로초를 쓰는지는 공개 스펙이 없어 이 페이지에서는 수치로 주장하지 않습니다.
기준일을 100으로 놓고 그린 선입니다. 통화가 서로 달라 지수로 겹쳤습니다.
실물은 이렇게 생겼다
위 단면은 제가 블렌더로 구운 모식도입니다. 거기 그려 넣은 두 물건이 실제로 어떻게 생겼는지, 라이선스가 확인되는 사진으로 짚습니다.
① 반대 파형을 쏘는 물건
헤드폰에서 꺼낸 드라이버입니다. 주름 잡힌 반투명 막이 진동판이고, 가운데 구릿빛 고리가 보이스 코일입니다. 전류가 흐르면 이 코일이 앞뒤로 밀리고, 그 힘으로 막이 공기를 밀어 소리가 납니다.
여기서 이 판의 손잡이가 왜 있는지 나옵니다 — 코일이 물리적으로 움직여야 하니 명령과 소리 사이에 시간이 걸립니다. 그게 시스템 지연이고 기본값이 20 μs입니다.
200 Hz 소음에서 20 μs는 위상으로 1°밖에 안 늦습니다. 그래서 고막에 남는 소리가 −32.0 dB, 원래의 3%까지 지워집니다. 그런데 같은 장치가 60° 늦으면 0.0 dB — 하나도 안 줄어들고, 180°면 +6.0 dB로 오히려 커집니다. −20 dB를 내려면 5.73° 안으로 들어와야 하고요. 이 물건이 얼마나 좋은가보다 얼마나 제때인가가 전부입니다.
② ANC 가 일하기 전에 먼저 막는 것
이도에 꽂히는 실리콘 팁입니다. 우산처럼 세 겹으로 겹쳐 있는데, 겹마다 이도 벽에 닿아 틈을 막습니다.
이건 전기를 안 씁니다. 그냥 막아서 줄이는 것이고, 위 계산에는 안 들어 있습니다. 실제 제품에서 조용해지는 몫의 상당 부분이 여기서 나옵니다 — 특히 고음은 이 물리적 밀폐가 대부분을 잡습니다. ANC 는 그걸로 안 잡히는 낮은 소리를 맡습니다.
그리고 이 팁이 귀에 들어가면 위 단면의 거리가 정해집니다 — 드라이버에서 고막까지 30 mm, 반대 파형도 그 길을 87 μs 걸려 날아갑니다. 지연은 회로에서만 생기는 게 아닙니다.