안녕하세요 소리웨이 입니다!

여러분은 빔포밍 이라는 용어를 들어보신 적이 있나요?

요즘 전자기기 홍보로도 자주 등장하는 단어라  한 번쯤 들어보셨을 것 같습니다.

최근에는 무선이어폰과 스마트 스피커 등  오디오 기기에서 자주 등장하는 단어인데요?

알게 모르게 우리와 밀접한 기술, 빔포밍에 대해 알아보도록 할까요?

먼저 단어부터 짚어볼까요?

Beam-Forming



레이저 빔과 철도 빔(레일)© karsten116, 출처 Unsplash



빔포밍(Beam-formin)이란 광선을 뜻하는 빔(Beam)과 모양을 만들어 낸다는 뜻의 포밍(Froming)의 합성어입니다.

레이저와 철도도 '길쭉한 모양'이기 때문에 레이저빔/철도 빔이라고 부릅니다.

빔포밍 기술은 무선 통신, 오디오 등의 '전파'를 한 방향으로 보내고 받을 때 사용됩니다!

그런데 꼭 '전파'를 '길쭉한 모양'으로 모아야 하는 이유가 있을까요?

파동을 제어하는 기술

모양과 방향을 마음대로



무선 통신에서 쓰는 전파는 파동입니다. 

파동은 사방으로 퍼지는 성질을 가지고 있습니다.

전파와 음파는 눈에 보이지 않지만 쉽게 설명하기 위해 보통 물에 떨어지는 파동의 모습으로 많이 설명합니다.

물에 생긴 파동은 장애물을 만나지 않는 이상 사방으로 퍼져나가고 이는 소리와 전파의 모습과도 매우 비슷합니다.



파동이 모든 방향으로 퍼지는 모습(좌) 두 개의 파동이 간섭을 일으키는 모습(우)

 

빔포밍 기술은 파동의 모양과 방향 원하는 대로 바꾸는 기술입니다.

방향성이 없는 파동도 다른 파동을 이용하면 방향을 만들 수 있습니다 바로 간섭효과를 이용하는 것입니다.

위쪽에 있는 사진 중 오른쪽의 벌이 물 위에 있는 사진을 잘 보게 되면 두 개의 원형 파동이 일그러진 부분을 볼 수 있습니다.

파동과 파동이 만나 간섭효과가 일어난 것인데요, 이를 이용하면 원하는 방향의 파동만 남겨 방향을 지정한 것처럼 만들 수 있습니다.

간섭은 파동이 많을수록 더욱 강한 효과, 제어가 가능합니다.

빔포밍 기술이 적용된 TV 수신용 야기-우다 안테나© designbytholen, 출처 Unsplash



이러한 빔포밍 기술이 적용된 안테나 중 하나인 야기-우다 안테나는 수많은 안테나를 배치하여 강력한 간섭 효과를 내도록 설계되었습니다.

이 안테나는 강한 방향성을 가지고 있어 물체를 탐지하기 위한 레이더의 안테나로 활발하게 사용되었습니다.

이후에는 80~90년대에 TV 안테나로 사용되어 건물 위에서 흔히 보이던 안테나입니다.

파동을 특정 방향으로 주고받는 기술, 처음에는 통신 분야에서 활발하게 사용되었고 

지금도 Wi Fi 같은 무선 통신 기술에도 꾸준하게 사용되고 있습니다.

왜 전파의 모양을 바꿀까?

뭉치면 강해진다

뭉치면 강해지는 신문지 / 빛을 모아 불을 붙이는 모습© Joa70, 출처 Pixabay

신문지는 우리 주변에서 볼 수 있는 종이 중에서도 특히 약한 편에 속합니다.

이런 약한 종이라도 돌돌 말거나 여러 장을 뭉치면 꽤나 강해지는 것을 다들 경험으로 알고 있으실 겁니다!

또한 돋보기를 사용해 햇빛을 모으면 불을 붙일 수 있다는 사실을 학교에서 배워서 다들 알고 계실 텐데요.

이 또한 햇빛을 모으게 되면 좁은 영역에 에너지가 집중되어 불이 붙을 정도로 강해지기 때문입니다.

햇빛을 뭉친다고도 할 수 있겠네요!

이처럼 빔포밍 기술은 통신 전파를 강화하기 위해 개발된 기술로 1940년대부터 오랫동안 연구되었습니다!

안테나에서 신호를 일종의 막대 형태(Beam)로 뭉쳐서 보내는 기술입니다!

그래서 빔포밍(Beam-forming)이라고 부르게 되었습니다.

빔포밍 안테나의 대략적인 예시

일반 안테나는 전파를 '균일'하게 보내기 때문에 상대적으로 '넓고 약한 신호'를 송출합니다.

기기가 '여러 방향'에 있을 때 적합합니다. 

하지만 신호가 넓게 퍼지므로 노이즈의 영향이 큽니다.

빔포밍 안테나는 전파를 '한 방향'으로 보내기 때문에 상대적으로 '좁고 강한 신호'를 송출합니다.

기기가 '한 방향'에 있을 때 적합합니다.

신호가 좁게 뻗어 노이즈의 영향이 적습니다.

 

빔포밍 기술의 발전



처음에는 빔포밍 안테나의 수신 범위가 한 방향으로만 고정되어 있었습니다.

빔포밍 방식의 장점이자 단점인 좁은 범위를 극복하기 위해 여러 안테나의 간섭을 실시간으로 조정하는 기능이 생기게 되었습니다.

이를 이용하여 수신기를 따라가는 빔 트래킹 기능이나 여러 개의 수신기에 각각 빔을 줄 수 있는 멀티 빔 기술이 발전하게 되었습니다.

이 기술은 Wi Fi 공유기에도 사용되어 알게 모르게 우리 주변에서 찾아볼 수 있게 되었습니다.

그리고 이 빔포밍 기술은 전파뿐 아니라 오디오에도 사용하게 되었습니다.

그 이유가 무엇일까요?

 빔포밍 마이크의 등장

원하는 소리만 골라내기



무선 이어폰에서의 빔포밍 마이크(좌) 출처 강의 및 회의용 빔포밍 마이크(우) 출처 2

빔포밍 기술은 파동을 제어하는 기술입니다.

그렇기에 파동인 '소리'에서도 그대로 적용할 수 있지 않을까요?

빔포밍 마이크, 어디선가 많이 들어본 적 있으신가요? 

요즘 오디오 관련 전자 기기 홍보에서도 자주 등장하는 말이라 익숙하실 수도 있겠습니다.

빔포밍 기술의 주요 장점을 다시 짚어보자면

1. 신호를 모아서 멀리 보내거나 받음

2. 신호를 모아서 크게 만듦

두 가지로 볼 수 있는데요.

한마디로 '먼 거리의 원하는 소리를 크게 듣는 것'이 가능해집니다.

이런 특징은 최근 스마트 기기에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

스마트폰, 무선 이어폰, 스마트 스피커, 강의용 마이크, 회의용 마이크 등등.. 

멀리 떨어진 소리를 수음해야 하는 경우에는 필수로 들어가 있다고 해도 과언이 아닌데요

다음 포스트에서는 빔포밍 마이크에 대해 설명해 보도록 하겠습니다!

지금까지 소니 프로 오디오 총판 소리웨이였습니다 감사합니다