적응형 ANC 솔루션, 우수한 오디오 성능 제공

액티브 노이즈 캔슬링(ANC)은 오랫동안 오디오파일의 필수 요소였지만, 2019년 캘리포니아의 한 선도 브랜드가 ANC를 탑재한 최초의 이어버드를 출시한 이후 오늘날 시장에서 그 역할이 극적으로 확대되었습니다. 이 이정표는 광범위한 인식을 촉발하여 ANC를 진정한 무선(TWS) 이어버드와 헤드셋의 필수 불가결한 기능으로 만들었습니다.

정적 ANC 솔루션

지난 10년간 대부분의 헤드셋은 개별 부품에 의존했습니다. 당시에는 소수의 반도체 기업만이 ANC 전자회로의 소형화에 투자하여 혁신이 제한적이었습니다. 그림 1은 일반적인 정적 ANC 회로를 보여줍니다: 모든 필터 단계가 고정되어 있으며, 유일한 튜닝 옵션은 양산 시 전기음향 공차를 보정하기 위해 설정되는 기계적 포텐셔미터뿐입니다.

그림 1: 일반적인 개별 부품 기반 정적 ANC 회로.

지난 5년간 디지털 ANC 솔루션이 확산되어 여러 이점을 제공합니다: 납땜된 RC 부품 불필요, 펌웨어 업데이트를 통한 성능 개선 가능, 필드 테스트 중 더 나은 안정성. 그러나 핵심 기능은 크게 변하지 않았고, 설계자들은 여전히 아날로그 설계 대비 더 높은 전력 소비와 증가된 레이턴시에 직면해 있습니다.

주변 소리 감지를 위한 적응형 ANC

실리콘 노드의 발전으로 전력 소비는 줄면서 DSP 능력은 향상되어, 주변 환경에 맞춰 반응을 조정하는 적응형 ANC의 길을 열었습니다. 업계 전반에서 용어는 다양하지만, 가장 일반적인 적응형 ANC 형태는 주변 소리 감지를 기반으로 필터 특성을 조정하는 것입니다.

상업용 항공편과 번잡한 카페의 소음 프로필을 비교해 보세요. 저주파 제트 엔진 럼블이 전자를 지배하는 반면, 고주파 잡담이 후자를 지배합니다. 적응형 ANC 시스템은 지배적인 소음 주파수 대역을 감지하고 ANC 필터 계수를 그에 맞게 재구성하며, 종종 보조 DSP를 통해 수행합니다. 그림 2는 이 과정을 보여줍니다.

그림 2: 주변 소리 감지를 위한 적응형 ANC.

일부 공급업체는 여러 프리셋 프로필(예: 사무실, 카페, 비행기)을 제공하며, 이는 MCU나 사용자 인터페이스를 통해 선택 가능합니다. 더 진보된 솔루션은 신경망 기반 장면 감지를 사용하여 헤드셋이 최적의 ANC 필터를 자동으로 선택하고 특정 환경에 대한 청각 프로필을 증강하기도 합니다.

자동 누설 보정을 위한 적응형 ANC

고품질 ANC는 적절한 이어핏(earfit)에도 달려 있습니다: 불량한 밀봉은 수동적 감쇠를 감소시켜 필터의 목표 전달 함수를 방해합니다. 그림 4는 누설 수준에 따른 ANC 성능 저하를 보여줍니다.

그림 4: 다양한 이어버드 누설 수준에 따른 ANC 성능 손실.

적응형 미스핏 보정은 실시간 누설 측정을 기반으로 피드포워드와 피드백 ANC 필터를 동적으로 조정하여 이 문제를 해결합니다. 이는 즉석에서 전달 함수를 재구성할 수 있는 저레이턴시 DSP, 핏을 감지하고 불안정성을 피하기 위한 추가 센서(마이크로폰, 근접, 가속도계), 피드백 진동을 방지하기 위한 알고리즘적 안전장치를 요구하는 정교한 아키텍처입니다.

그림 5는 무누설 대 고누설 시나리오에 대한 목표 이득과 위상 곡선을 보여주며, 정적 설계가 이어버드가 느슨할 때 왜 실패하는지 강조합니다.

그림 5: 다양한 누설 수준에 대한 ALC 예시의 목표 필터 곡선.

그림 6의 고수준 블록 다이어그램은 추가 구성요소를 보여줍니다: 듀얼 DSP, 보조 MCU, 센서 인터페이스. 핵심은 ANC를 안정적으로 유지하면서 핏 변화에 적응하는 연속적인 저레이턴시 재구성입니다.

그림 6: 미스핏 보정을 위한 적응형 ANC 시스템.

그림 7은 실제 결과를 보여줍니다: 적응형 ANC를 사용하는 느슨한 핏의 TWS 이어버드가 누설 수준 전반에서 우수한 성능을 유지하며, 스피커 전력 제약으로 인해 극저주파 대역에서만 약간의 딥이 발생합니다. 이러한 결과는 적응형 미스핏 보정이 다양한 사용자에게 ANC 품질을 신뢰성 있게 높일 수 있음을 확인시켜줍니다.

그림 7: 다양한 누설 수준에 따른 ALC 성능 곡선.

향후 버전에서는 미스핏 보정과 신경망 장면 감지가 결합되어 환경과 핏 모두에 자동으로 적응하는 통합 솔루션을 제공할 것으로 보입니다.

적응형 ANC 시스템이 타당한가?

개인 취향이 역할을 합니다: 일부 사용자는 자동으로 조정되는 핸즈프리 성능을 선호하는 반면, 다른 사용자는 수동 제어를 선호합니다. 적응형 ANC는 모두에게 맞는 단일 기능은 아니지만, 많은 청취자에게 실질적인 이점을 제공합니다. 제품에서 원한다면 이 기능을 비활성화할 수도 있습니다. 적응형 ANC 솔루션 프로토타입을 원하는 엔지니어는 AS3460 디지털 증강 청각 프로세서 기반의 ams AG 개발 플랫폼을 탐색할 수 있습니다. 맞춤형 도구는 요청 시 제공됩니다.

자세한 정보는 ams-osram.com을 방문하세요.

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