2009년 10월 23일 금요일

능동 소음 제거 기술로 조용한 휴대폰 통화 실현한다

By David Monteith
VP Business Development
Wolfson Microelectronics

능동 소음 제거 기술은 하이엔드 휴대폰 제조업체에 있어서 매력적인 기술이다. 시끄러운 기차역이나 분주한 레스토랑에서 비즈니스 통화를 위해 굳이 밖으로 나가지 않고도 깨끗한 음질로 통화하는 것을 상상해 보라.

통신사업자와 저가형 휴대폰 제조업체도 관심을 보이고 있다. 사용자는 시끄러운 거리에서 통화하는 경우도 많기 때문이다. 고성능의 깨끗한 음질로 통화할 수 있는 기술을 사용하려면 동일한 인프라 장비로 보다 많은 고객이 휴대폰을 사용하도록 하거나, 새로운 인프라 장비를 선보이는 것을 줄이는 등 통신 네트워크를 좋은 신호 품질 수준으로 끌어 올려야 한다.

이런 기술을 휴대폰에 구현하는 데는 상당한 어려움이 따른다. 기술 자체의 구현뿐 아니라, 수천만 대의 기기가 만들어지기 위한 설계 비용의 효율도 감안해야 하는 것이다. 이는 결코 쉬운 일이 아니다.

능동 소음 제거 기술

수동 소음 제거 방식에서는 절연 및 흡수 등의 기술이 이용된다. 특히 귀 주위를 덮는 컵이나 캔의 형태가 사용된다. 이런 방식은 헤드폰으로 음악을 듣는 것에서는 문제가 없으나, 비행기에서는 원하지 않는 소리도 함께 하게 된다. 결론적으로, 수동 소음 제거 기술은 휴대폰에 적합하지 않다. 능동 소음 제거 기술에는 피드백 방식 혹은 피드포워드 방식이 있다. 헤드폰에서는 전형적으로 피드백 접근이 수동 소음 제거 기술과 함께 사용된다. 헤드폰의 캔은 청취자의 귀를 덮는다. 캔 안의 소음은 마이크로폰으로 감시되며 캔 내부에서 널 생성을 통한 소음 제거 신호를 발생시키는 전자 피드백 회로가 사용된다. 이렇게 귀를 덮는 장치는 휴대폰에서는 전혀 실용적이지 않다.

울프슨의 능동 소음 제거 기술은 전통적인 피드백 방식이 아닌 피드포워드 방식의 아키텍처를 사용한다. 마이크로폰도 함께 사용해 주위 소음도 동시에 해결한다. 그러나, 널을 생성하는 피드백 대신, 소음 신호를 전도시킴으로써 고막에 도달하는 소음을 제거하기 위한 사운드 구간을 형성한다. 이를 통해 헤드폰 주위의 캔을 굳이 사용하지 않아도 되며, 수동 소음 제거에 대한 필요성 또한 없어진다. 그러나, 이런 방법에는 기술 혹은 비즈니스적으로 민감한 사안이 있다. 신호 처리, 신호 전도, 필요한 시간 이동에 대한 계산, 그리고 스피커를 위한 출력 파형 생성 등의 시간은 제한되어 있다. 이들 프로세스는 주변 소음 신호가 소음을 제어하는 마이크로폰을 통과하는 시간 안에, 그리고 같은 신호가 귀로 전달될 때까지 이루어진다. 생성되는 제거 신호는 소음과 동일한 파장 위상을 가져야 정확히 제거될 수 있으며 주위 소음과 상관없는 깨끗한 통화 음질을 가지게 된다.

다른 문제는 비즈니스에 대한 것이다. 휴대폰에는 다양한 종류의 마이크로폰과 스피커가 쓰이는데 어떤 휴대폰에서든지 이런 시스템이 쉽게 설계되어야 한다. 신호 처리가 최적화될 수 있도록 여러 변수를 사용해 쉽게 다양한 휴대폰이 프로그래밍될 수 있는 구성 요건은 사용자 경험에 차이를 줄 수 있는 성능 수준을 달성하는데 결정적으로 중요하다. 저가형 휴대폰의 경우, 가격 효율성도 충족되는 솔루션을 제시해 휴대폰의 BOM에 가격이 높은 부품이 추가되지 않도록 해야 한다.

휴대폰에서 베이스밴드 프로세서를 통해 많은 프로세싱 전력이 공급되지만, 휴대폰을 통해 신호를 프로세서로 라우팅해 양호한 능동 소음 제거 레벨을 달성할 수 있는 시간이 충분하지는 않다. 이 프로세싱 전력은 오디오 신호 체인에 비용 효율적인 방법으로 추가되어야 하며 기존 음질 혹은 배터리 수명에도 영향을 주지 않아야 한다. 전통적 피드백 능동 소음 제거 헤드폰은 신호 처리에 전원을 공급하기 위해 추가 배터리를 사용한다. 그러나 휴대폰 설계자는 배터리를 추가할 만한 여력이 없다. 휴대폰에서 능동 소음 제거 방법은 통화 시간 및 대기 시간에 거의 전혀 영향을 주지 않는다.


 

검은 색은 울프슨의 능동 소음 제거 기술이 동작 될 때의 소음 신호 형태이다.


피드포워드 방식

울프슨 마이크로일렉트로닉스는 휴대폰 및 휴대형 가전기기 제조업체의 요구에 맞는 새로운 피드포워드 방식에 대한 특허 및 특허 응용 제품을 가지고 있다. 이런 특허 혹은 특허 응용 제품에는 신호 체인에서 대기 시간을 제거하는 시간 정렬 및 신호 처리 기술이 포함되며, 주변 소음 및 소음 제거 신호의 시간 및 위상이 정렬될 수 있도록 구현된다.

휴대폰 가장자리의 양쪽 이어폰 스피커에 있는 2개의 마이크로폰을 사용해 구현하는데, 먼저 주변 소음을 차단하고 신호 프로세서로 전달해 반 소음 신호를 생성하고 이를 이어폰 스피커로 전달한다. 신호 프로세서는 스피커가 얼마나 빨리 특정 주파수에 반응하는지 고려해 모든 주파수가 시간 및 위상이 잘 정렬되도록 한다.

울프슨의 능동 소음 제거 기술은 이미 작고 가벼운 ear-bud 이어폰에 사용되고 있으며 휴대폰 설계에도 적용되고 있다. 미래에는 PMP와 같은 휴대형 기기에도 사용되어 게임이나 비디오의 음질을 개선하는데 사용될 것이다. 사용자 테스트에 의하면 시스템의 오디오 성능이 개선되는 경우 전반적으로 사용자 경험도 대폭 증진되는 것으로 나타난다.

향후 트렌드

휴대폰의 비용 및 크기를 지속적으로 줄이기 위해서는 통합을 통해 더 많은 기회를 적극 모색해야 한다. 예를 들어 송신 경로 잡음 제거 기능을 통합하는 것이 하나의 기회가 될 수 있다. 휴대폰에 진입하거나 통신 네트워크로 전달되는, 그리고 휴대폰 사용자의 음성 통화를 방해하는 동일한 잡음에 대해 칩 솔루션을 단일화함으로써 휴대폰 벤더의 편의성을 도모하기 때문이다. 또한, 반도체 마이크에 신호 처리를 통합할 가능성도 있다. 통합 과정을 통해 시스템 내부의 잡음을 줄이고, 성능을 개선하며, 전력 소비를 감소시키고, BOM 및 휴대폰 설계의 복잡성을 줄일 수 있다.

능동 소음 제거 기술은 휴대폰 사용자의 경험을 증진하기 위한 강력한 도구이다. 그리고, 휴대폰 통신에 대한 경제성 및 휴대폰 사용자의 만족도도 높여준다. 그러나 피드백 방식의 능동 소음 제거 기술의 경우, 청취자의 귀 주변을 덮어야 하는 필요성이 있기 때문에 휴대폰에 적용하기에는 역부족이다. 그러나, 피드포워드 방식으로 새로 특허 받은 시간 정렬 조정과 신호 처리 기술을 결합한 울프슨의 아키텍처는 고사양 휴대폰과 저사양 휴대폰을 망라한 효과적인 소음 제거를 가능하게 해준다.


 

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