잡음[Noise]에 대해서

이 글에서는 Noise에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 먼저 잡음에 대한 정의를 알아보도록 할까요? 네이버에서 잡음을 검색하게 되면 아래와 같은 내용이 나옵니다.

잡음이란?

(1) 전자 회로에서의 본래 의도된 이외의 전류, 전압 등.

(2) 통신계에서 송신 신호와 수신 신호와의 차이.

(3) 정보 검색에서 검색에 의해 얻어지며 목적의 정보를 포함하고 있는 출력. 

이와 같은 잡음은 적절한 장치나 차단, 절연 등에 의해 제거되는 것이 가능하지만, 우주선에 의한 영구 잡음이나 원자의 양자적 효과에 의해 생기는 잡음 등은 제거가 어렵다. 특히 LSI 등의 고밀도화가 진행, 배선의 폭이 좁아져 생기는 잡음에 대한 대책도 필요하다.

컴퓨터에서는 고전압과 저전압의 두 종류의 전압만 취급되기 때문에 어떤 값 이상의 전압은 고전압으로 취급된다. 이 값을 임계값(threshold)이라고 한다. 예를 들어, 어떤 이유로 저전압의 장소에 임펄스 성질의 노이즈가 발생하여 이 전압이 임계값보다 크면 고전압의 데이터로 된다. 또 컴퓨터 네트워크 등의 데이터 전송(data transmission)에서는 전송 기기 내의 앰프에 의해 잡음과 케이블 간의 유도(誘導)와 혼선, 또한 교환기(switch system) 스위치의 기계적 진동에 의한 잡음 등 매우 많은 잡음이 생긴다. 이 때문에 데이터 전송에서는 이와 같은 잡음에 의한 데이터의 변화를 방지하기 위해 전송하는 문자마다 초기에 체크 하는 방법을 사용한다. 

<참조 :  잡음 [noise] (컴퓨터인터넷IT용어대사전, 2011.1.20, 일진사)>

이상적인 전기적 회로는 자신의 회로에서의 잡음을 만들지 않습니다. 이상적인 회로에서 생성되는 출력 신호는 기존 신호에 있던 잡음만을 가지게 됩니다. 그러나 실제 전기 회로와 컴포넌트는 특정 레벨의 고유 잡음을 만들어냅니다. 심지어 간단한 레지스터도 잡음을 만들어 냅니다. 

위의 그림 a는 이상적이고 잡음이 없는 저항의 등가 회로를 보여줍니다. 고유 잡음은 그림 b를 통해서 표현이 됩니다. 이 그림은 잡음이 없는 저항 Ri 와 잡음의 원인인 전압 Vn 이 직렬로 연결이 되어 있습니다. 

절대 온도 0도 이상 일 때, 어떠한 물질에서는 전자는 일정한 임의의 움직임을 가집니다. 그러나 고유의 임의의 움직임으로 인해, 특정 방향으로 흐르는 전류를 찾을 수 있는 방법은 없습니다. 전자의 이동은 통계학적으로 연관성을 찾을 수 없습니다. 그러나 물질 내부에서 만들어지는 연속적인 임의의 펄스가 존재합니다. 이 펄스를 외부에서 보게 되면 잡음으로 보여지게 됩니다. 이 신호는 존슨 잡음(Johnson Noise), 열교란 잡음(Thermal Agitation Noise), 열 잡음(Thermal Noise)과 같이 다양한 이름으로 불리고 있습니다.

이 잡음은 매우 광대 역의 스펙트럼 밀도(거의 가우스)를 가지고 있기 때문에 화이트 노이즈(White Noise)이라고 불립니다. 이 열 잡음의 스펙트럼은 104 에서 105 Hz사이의 주파수로 인해 주도되고, 근본적으로 평탄한 주파수의 특성을 가지고 있습니다. 

열 잡음이란?

수신기, 전송 선로 또는 전파 매체 내에서 열교란에 의해 발생하는 잡음. 열교란 잡음이라고도 한다. 열 에너지에 의해 발생하는 것이므로 온도가 높을수록 잡음 전압이 커지며 주파수 분포가 넓은 범위에 이른다. 저항기에서 많이 발생하며 기기 내부 잡음의 주요한 원인이 된다.

<참조 : IT 용어사전>

선형 직접회로와 다른 반도체 증폭기 내 에는 화이트 잡음과는 다른 잡음이 존재합니다. 예를 들어 양자 수준의 전류 흐름은 흐름상 원활하지 않고 예측이 불가능하기 때문에 간헐적으로 폭발 현상이 발생합니다. 이 잡음은 팝콘 잡음이라 말합니다. 이 잡음은 수 밀리초 기간 동안의 펄스로 이루어져 있습니다. 

팝콘 잡음(Popcorn Noise)이란?

플레이너 확산형 트랜지스터 등에서 볼 수 있는 일종의 버스트성 잡음으로, 스피커로 들으면 팝콘이 튀는 소리가 난다. 발생 원인은 알려져 있지 않다.

<참조 : 전자용어사전>

또 다른 잡음은 Schottky 잡음이라 불리는 산탄 잡음입니다. 산탄이라는 용어는 B-B 탄을 금속 표현에 쏘았을 때 발생하는 소리와 비슷해서 만들어졌습니다. 산탄 잡음은 어떠한 컨덕터에서 전류가 흘러 발생되는 결과입니다. 

산탄 잡음(Shot Noise) 이란?

 산탄 잡음 전류는 대개 시간의 함수이며 신호 레벨에 의존한다. 디지털 전송에는 마이크 수신시와 스페이스 수신시의 잡음 전력이 서로 다르며, 그 값은 부호 패턴, 수신 광전력, 수신 파형 및 수신계의 특성에 의존한다. 보통 수신계에서는 식별점에서의 부호 간 간섭을 제거하거나 억압하도록 신호 파형에 대하여 등화가 행해지는데, 이 경우에도 잡음은 완전히 제거ㆍ억압되지 않는다.

<참조 : 컴퓨터인터넷 IT용어 대사전>

또다른 잡음으로는 핑크 잡음이라 불리는 플리커 잡음이 있습니다. 일부 시스템에서는 하나의 소음이 다른 소음들을 지배하여 다른 소음들의 영향이 미치지 않을 수 있지만, 특정 장비 시스템의 잡음 스펙트럼은 여러 종류의 노이즈에 대한 요소들이 포함될 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 단일 소스로부터 나오는 잡음은 전압의 진폭을 RMS 취한 값으로 처리합니다. 아래의 그림은 1/f 잡음, 열 잡음 혹은 화이트 잡음, 몇몇의 고 주파수 잡음을 포함하는 일반적인 시스템을 위한 잡음 스펙트럼 프로파일을 나타냅니다. 

이 글에서는 노이즈에 대해서 알아보았습니다.

이 글이 도움이 되셨나요? 그렇다면 아래의 그림을 클릭해주세요.