소리로 소리를 지운다?! iPad로 노이즈 캔슬링의 마법을 눈으로 보다

안녕하세요, 사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일매일이 즐거운 실험의 연속이죠!

도심의 소음이나 비행기의 굉음이 순식간에 사라지고, 정적 속에서 감미로운 음악 소리만 들려오는 경험… 마치 마법 같은 이런 순간을 만들어주는 ‘노이즈 캔슬링 기능’, 다들 잘 쓰고 계시나요? 이제는 스마트폰이나 이어폰에 당연하다는 듯 들어가 있는 기술이지만, 사실 그 이면에는 ‘파동의 성질’을 이용한 놀라운 과학 원리가 숨어 있습니다. 오늘은 이 눈에 보이지 않는 ‘소리를 지우는 힘’을 교실에서 학생들과 함께 생생하게 목격할 수 있는 특별한 실험 방법을 소개해 드릴게요!

파동과 파동을 충돌시켜 ‘무(無)’를 만드는 과학

‘소리’의 정체는 공기가 떨리며 전달되는 파동입니다. 노이즈 캔슬링의 원리를 한마디로 요약하면 소리를 소리로 없앤다는 것입니다.

마이크가 주변 소음을 감지하면, 그 소음의 파동과 완전히 반대 모양을 가진 파동(역위상 파동)을 순식간에 만들어 내보냅니다. 그러면 두 파동의 마루와 골이 서로 맞물려 평평해지면서 소리가 사라지게 되죠. 물리학에서는 이를 파동의 중첩이라고 부릅니다. 용수철을 이용해 시각화해보면 이런 느낌입니다.

수업 시간에 제가 아끼는 헤드폰을 학생에게 씌워주고 전원을 켜면… 에어컨의 “웅~” 하는 소음이 싹 사라지고 갑자기 찾아온 고요함에 학생들은 “우와, 대박!”이라며 눈을 동그랗게 뜨고 놀라곤 합니다. 소음이 사라지니 공부에 집중하고 싶을 때도 정말 최고겠죠?

‘나 혼자’의 감동을 클래스 전체로 넓히는 아이디어

하지만 헤드폰 실험은 한 번에 한 명만 체험할 수 있다는 단점이 있습니다. 다른 학생들은 구경만 해야 하니 그 감동이 온전히 전달되기 어렵고, 그렇다고 학생 수만큼 헤드폰을 준비하기엔 비용 부담이 크죠. 그래서 ‘이 마법 같은 현상을 어떻게 하면 모두가 눈으로 직접 확인(시각화)할 수 있을까?’ 고민하다가, 태블릿 PC의 마이크를 활용한 실험을 고안해냈습니다. 결과는 대성공! 그 비법 레시피를 공개합니다.

과학 레시피

준비물: 노이즈 캔슬링 헤드폰, iPad(태블릿 PC)

방법: 먼저, 아래 영상을 통해 극적인 변화를 확인해 보세요.

앱을 사용해 소리의 파형을 관찰해 보니 결과가 아주 명확했습니다. 기능을 껐을(OFF) 때는 주변 소음을 인식해 파형이 격하게 움직입니다.

하지만 기능을 켠(ON) 순간, 파형이 눈에 띄게 작아지는 것을 볼 수 있습니다.

태블릿을 ‘정밀 측정기’로 바꾸는 꿀팁

이번 실험에는 소리를 감지해 파형으로 보여주는 ‘Soundbeam’이라는 앱을 사용했습니다. iPad 같은 태블릿은 보통 카메라 근처에 마이크가 달려 있는 경우가 많은데요.

마이크 부분을 헤드폰으로 완전히 덮도록 세팅하는 것이 포인트입니다. 이 상태에서 스위치를 조절하며 변화하는 파형을 프로젝터로 띄워주면, 소리가 상쇄되는 찰나의 순간을 반 친구들 모두와 공유할 수 있습니다. 참고로 스마트폰은 마이크가 여러 곳에 분산되어 있어 실험이 잘 안 될 때가 많으니, iPad 같은 태블릿으로 도전해 보시는 걸 추천합니다.

우리 곁의 기술 속에 숨겨진 물리 법칙. 태블릿 하나만 있으면 교실은 금세 흥미진진한 실험실로 변신합니다. 여러분도 꼭 이 ‘정적의 파형’을 직접 관찰해 보세요!

참고: 그 외의 파동 반사 사례

자유단 반사

고정단 반사

종파와 횡파

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