잡음을 줄이는 방법에는 발생한 잡음을 잡음으로 덮는 방법이 있다. 이것을 능동 잡음 소거 기술이라고 한다. 디지털이 대세인 시대에, ams는 헤드셋 시장에서 아날로그 기반의 능동 잡음 소거 기술을 통해 시장을 넓혀가고 있다.

세계보건기구(WHO)는 올 2월 25일자 보도자료에서, 전 세계 11억 명의 10대 청소년과 젊은 세대가 스마트폰을 포함해 개인용 오디오 장치를 불안전한 오디오 환경에서 사용함에 따라 청력 손상의 위험에 노출돼 있다고 경고했다.

매일 8시간씩 85데시벨(dB) 이상의 소음에 노출되면 청력에 손상이 생길 수 있는데, 헤어드라이어를 사용할 때 나오는 소음이 85 dB 정도다. 대개 소음이 심한 장소에서는 오디오 이어폰 볼륨을 지나치게 높여서 듣게 된다. 이 때 능동형 잡음 소거 기능이 있는 이어폰(또는 헤드셋)을 사용하게 되면 주변 잡음을 최소한으로 줄여줌으로써 오디오 볼륨을 낮출 수 있어 청력을 보호할 수 있다. 미세한 음악소리도 감지할 수 있다.

능동형 잡음 소거(Active Noise Cancellation, ANC)를 목적으로 하는 기술은 크게 두 가지가 있다. 하나는 아날로그 회로에 의해 반전 위상을 산출하는 방법이고, 다른 하나는 DSP에 의해 FFT/IFFT를 이용해 역 위상을 산출하는 방법이다. 각 ANC 기술의 선택 기준은 비용과 성능, 유연성이다.

아날로그 회로에 의한 방법은 마이크로폰으로 잡음을 포착해 아날로그 필터와 증폭기를 사용해 신호를 처리한다. 이 방법의 경우 회로 설계는 쉬운 반면, 위상을 반전할 때 파워 스펙트럼을 정확하게 반전하기 어렵고 지연을 정확하게 제공할 수 없다는 점이 지적되고 있다.

DSP를 이용하는 방법은 잡음을 디지털화함으로써 정확한 데이터를 기초로한 잡음 소거가 가능하다. 따라서 아날로그 처리보다 정밀한 잡음 소거 성능을 제공한다. 디지털 처리 방식은 아날로그에서 얻을 수 없는 치밀한 필터 특성에 의해 잡음 소거 기능을 대폭 향상시킬 수 있다. 디지털 이퀄라이저는 이상적인 주파수 특성을 실현하며 정적속에서 고음질의 사운드를 재생한다.

또한 특성이 다른 환경 소리에 맞춰 소거 양을 조절하는 필터 특성의 전환이 가능하고 잡음 대상의 확대에도 쉽게 대응할 수 있다. DSP 방식의 최대 장점은 한 마디로 유연성에 있다. 반면 단점이 있다. 가격이 비싸다.

ams 코리아 이종호 차장은 “스피커의 출력 신호를 생성할 수 있는 소프트웨어를 구동하기 위해 DSP를 포함하고 있는 기존의 잡음 소거 회로에서는 전파 지연 현상이 발생해 시스템의 대역폭이 제한적이며, 정상 동작 시 DSP의 전력 소모량이 매우 높다”고 지적했다.

고품질 ANC 솔루션은 스피커 및 마이크로폰 선택이 중요하다. 소비전력이 낮고 적절한 통합성을 비롯해 지연 현상이 적어야 한다. 또한 사용자 친화적인 설계 툴이 지원돼야 한다.

ams 스피커 드라이버 IC

ams의 피드포워드(feed-forward) 방식 ANC 스피커 드라이버 IC(AS3415)는 순수하게 아날로그 블록만으로 구성돼 있으며 잡음 소거를 위해 필요한 모든 기능을 통합했다. 따라서 매우 적은 수의 소형 부품만이 필요하기 때문에 전체적인 BOM(bill of materials) 비용을 낮추고 헤드셋에서 필요한 공간을 줄여준다. 또한 이 차장에 따르면, 전력소모량도 디지털 ANC 시스템 전력량의 절반 이하다. AS3415의 일반적인 소비전력은 정상 동작 시 1.5 V 전원일 때 10 mW이다.

AS3415의 하이파이 사운드 재생 성능은 프리미엄급 음질을 지원한다. 총 고조파 왜곡이 0.004%에 불과하며, 110dB(32 Ω 부하에 34 mW 출력)을 초과하는 신호 대 잡음비(SNR)를 제공한다.

AS3415에는 ams의 독자적인 기술이 반영돼 있다. 이 차장은 “ams의 스피커 드라이버는 기기를 끄거나 기기에 전원이 공급되지 않게 되면, 증폭기를 우회하여 스피커로 라인-인(line-in) 연결기능을 제공한다”며 “이 같은 특징은 외부 스위치를 없애 주어, 비용 및 PCB면적을 줄여준다”고 말했다.

AS3415는 ams의 최첨단 아날로그 반도체 특허 기술이 적용되어, 3.5 kHz의 폭넓은 오디오 주파수 대역폭에서 최고 30 dB까지 잡음 소거 성능을 제공한다.

AS3415를 통해 달성되는 일반적인 능동 잡음 소거 효과는 95 %라고 한다.

또한 연산 증폭기를 위한 새로운 아키텍처를 도입하고 마이크로폰 전원 회로에서 만들어지는 잡음을 더욱 증가시켜 시스템 잡음을 현저하게 낮춘다.
ams에 따르면, AS3415는 레노버 자회사 ZUK의 스마트폰 Z1용 잡음 소거 이어폰과 화웨이 스마트폰의 Ascend Mate7에 제공되는 헤드셋에 탑재됐다.
이 외에 뱅앤올룹슨(B&O) 플레이 H8헤드폰과 젠하이어 모멘텀 헤드폰에 각각 ams ANC 솔루션이 탑재됐다.

이 차장은 “향후 자동차 캐빈 소음 저감 장치, 오토바이 헬멧, 전문가용 파일럿 헤드셋 등에도 ams ANC 솔루션이 적용될 것”이라고 말했다.
ams는 모노, 스테레오, 유선, 무선, 인이어, 온이어, 오버이어 솔루션에 맞게 능동형 잡음 소거 솔루션의 폭넓은 포트폴리오를 보유하고 있다. 이와 함께 시뮬레이션 패키지 및 신속한 프로토타입 툴을 이용한 독자적인 개발환경을 지원하며 샘플 및 트레이닝 패키지를 제공한다.