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KEMAR를 이용한 능동 소음 제거(ANC) 및 블루투스 헤드폰 회로 히스 노이즈의 정밀 측정(Active Noise Cancellation, IEC 60318-4 ear simulator, Low-level noise, Anechoic chamber) 본문
KEMAR를 이용한 능동 소음 제거(ANC) 및 블루투스 헤드폰 회로 히스 노이즈의 정밀 측정(Active Noise Cancellation, IEC 60318-4 ear simulator, Low-level noise, Anechoic chamber)
FAMTECH 2025. 4. 30. 09:01
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KEMAR를 이용한 능동 소음 제거(ANC) 및 블루투스 헤드폰 회로 히스 노이즈의 정밀 측정
현대의 무선 오디오 기기, 특히 ANC(Active Noise Cancellation) 기능이 포함된 블루투스 헤드폰 및 헤드셋은 매우 정숙한 환경에서도 사용되는 경우가 많다. 이러한 상황에서는 종종 기기 내부의 전자 회로에서 발생하는 미세한 노이즈(hiss noise)가 사용자에게 인지될 수 있다. 이 히스 노이즈는 ANC 기능이 작동 중이거나 블루투스 회로가 활성화된 상태에서, 음악이나 외부 소리 없이도 사용자가 감지할 수 있는 낮은 수준의 소리다.
이와 같은 히스 노이즈는 주관적 청감 시험(subjective listening test)을 통해서는 확인할 수 있으나, 이를 객관적인 수치로 측정하고 기록하는 것은 기존 측정 시스템으로는 매우 어렵다. 그 이유는 일반적으로 사용되는 IEC 60318-4 표준 귀 시뮬레이터(소위 “711 커플러”)나 표준 측정 마이크로폰이 갖고 있는 노이즈 플로어가 약 20 dBA에 달하기 때문이다. 반면, 실제 ANC나 블루투스 회로에서 발생하는 히스 노이즈는 이보다 훨씬 낮은 수준인 경우가 많아, 측정 장비 자체의 노이즈가 오히려 신호를 덮어버리는 문제가 생긴다.
이 문제를 해결하기 위한 효과적인 대안으로, GRAS 43BB-1 저잡음(로우 노이즈) 귀 시뮬레이터의 사용이 제시된다. 이 장비는 10.5 dBA까지 측정이 가능한 초저잡음 특성을 갖추고 있어, 기존 장비로는 측정 불가능했던 수준의 히스 노이즈까지 정밀하게 측정할 수 있다. 특히, 이 시뮬레이터는 KEMAR HATS(Head and Torso Simulator) 시스템에 장착하여 사용 가능하다. KEMAR은 인체 모형의 머리와 몸통 구조를 기반으로 설계되어 있으며, 실제 사용자가 오디오 기기를 착용한 상태를 시뮬레이션하는 데 최적화되어 있다.
KEMAR과 GRAS 43BB-1을 조합하여 ANC 헤드폰을 테스트한 실제 사례를 제시하고 있다. 실험 조건에서는 헤드폰을 켜고 ANC 기능을 작동시킨 상태에서, 주변의 무향실(an-echoic chamber) 배경 소음과 헤드폰의 히스 노이즈를 측정하였다. 측정 결과는 다음과 같은 사실을 명확하게 보여준다.
- 기존의 표준 귀 시뮬레이터(711 커플러)의 노이즈 플로어는 테스트 대상보다 높아서 정확한 측정이 불가능하다. 해당 커플러의 노이즈 플로어는 그래프 상에서 오렌지색 곡선으로 나타난다.
- GRAS 43BB-1이 장착된 KEMAR 시스템에서는 히스 노이즈가 명확하게 측정된다. ANC 회로의 작동 상태(예: Low ANC, High ANC)에 따라 측정된 히스 노이즈 프로파일이 달라지는 점도 확인할 수 있었다.
- ANC가 꺼져 있을 때, 켜져 있을 때, 그리고 주변 소음만 존재할 때 각각의 상태를 측정한 곡선이 다르게 나타나며, 이를 통해 회로의 작동 유무와 설정에 따른 노이즈 변화도 정량적으로 파악할 수 있다.
이처럼 GRAS 43BB-1 저잡음 귀 시뮬레이터는 단순히 소리를 ‘듣는’ 수준을 넘어, 극도로 민감한 회로 노이즈까지 객관적 수치로 변환하는 계측 도구로서 매우 중요한 역할을 한다. 이 장비는 KEMAR뿐만 아니라, GRAS 45CA 테스트 픽스처와 같은 별도의 테스트 플랫폼에도 장착 가능하며, 필요에 따라 독립형(standalone) 형태로도 활용될 수 있다.
결론적으로, 능동 소음 제거 기능이 있는 블루투스 오디오 기기에서 발생하는 히스 노이즈는 기존 측정 방식으로는 정확히 평가할 수 없다. 이러한 측정의 한계를 극복하고, 실제 사용자 청감과 일치하는 정량적 분석을 가능하게 하기 위해서는, KEMAR HATS와 GRAS 43BB-1과 같은 초저잡음 귀 시뮬레이터의 결합이 필수적이다. 이 조합은 오디오 기기의 품질 검증, 제품 개발, 회로 설계 최적화 등에 있어 매우 유용한 평가 도구로 활용될 수 있으며, 향후 고성능 오디오 시스템의 표준 측정 방식으로 자리 잡을 수 있을 것이다.
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