공기전도 골전도 차이: 전달 경로 5갈래와 8000Hz에서 뒤집히는 누음 상쇄

귀를 막지 않는 이어폰은 두 계열로 갈립니다. 진동자가 두개골을 떨어 소리를 보내는 골전도, 그리고 일반 드라이버의 음파를 열린 이도로 흘려보내는 개방형(오픈이어) 공기전도입니다. “주변 소리가 함께 들린다”는 결과는 같지만, 소리가 달팽이관(와우)까지 가는 물리 경로는 겹치지 않습니다.

경로가 다르면 한계가 나타나는 자리도 다릅니다. 오픈이어의 저음 부족은 열린 이도의 음향 임피던스에서 오고, 골전도의 저음 부족은 진동 변위에서 옵니다. 둘 다 제품을 덜 만든 결과가 아니라 구조에서 따라오는 귀결입니다.

다만 종착점은 하나입니다. Zhao와 Stenfelt의 와우 진동 유한요소 해석(Scientific Reports)에 따르면 골전도는 외이·중이를 우회하지만 최종적으로 유모세포를 흥분시키는 지점은 공기전도와 동일합니다. 경로가 아니라 와우에 도달하는 레벨이 안전을 가른다는 뜻입니다.

한 줄 요약: 골전도는 저역일수록 작은 힘에서 진동촉각이 먼저 나타나 저음에 천장이 생기고, 개방형 공기전도는 열린 이도에서 압력을 쌓지 못해 저음을 잃으며, 누음을 지우는 음향 다이폴조차 약 8000Hz를 넘으면 단일 점음원보다 더 새어 나갑니다.

사진: Mathias Reding / Pexels

공기전도와 골전도는 무엇이 다른 문제를 푸나?

귀를 막지 않는다는 결과는 같고, 소리가 지나는 길이 다르다

골전도 이어폰은 유양돌기(귀 뒤쪽 뼈의 돌출부)에 골진동자를 대는 데서 출발합니다. 스타키보청기 부천센터 김천식 원장은 지역내일 기고에서 골전도를 “뼈를 통해 진동에너지로 소리를 바로 내이로 전달”하는 방식으로 설명하며, 귀 안에서 소리를 증폭하는 일반 기도형과 구분합니다. 개방형 공기전도는 반대로 드라이버가 만든 음파를 막지 않은 이도로 그대로 흘려보냅니다.

골전도는 외이·중이를 건너뛴다

구조 차이는 쓸모의 차이로 이어집니다. 외이·중이를 우회하는 성질 때문에 골도 보청기는 외이나 중이에 문제가 있고 내이 청각세포는 정상인 전음성 난청에 적용됩니다. 골전도의 구조적 장점은 음질이 아니라 막힌 구간을 건너뛰는 것입니다.

경로가 달라도 마지막에 흔드는 것은 같은 세포다

한계가 갈리는 구간은 와우에 닿기 전까지이고, 와우에 도달한 뒤의 부담은 두 방식이 같습니다. 골전도가 건너뛰는 것은 외이와 중이까지이며, 와우 안에서 유모세포를 흥분시키는 마지막 단계는 공기전도와 다르지 않습니다.

골전도와 개방형 공기전도의 구조 비교

구분	골전도	개방형 공기전도
와우까지 보내는 매개	두개골·연부조직의 진동	열린 이도를 지나는 음파
외이·중이 통과 여부	우회(건너뜀)	그대로 통과
저음이 제약되는 원인	변위가 커지면 진동촉각이 먼저 발생	열린 이도의 복사 임피던스가 지배해 압력이 쌓이지 않음
폐쇄효과 저역 이득	해당 없음(이도를 막지 않음)	폐쇄효과 이득(300Hz에서 5~17dB)을 포기한 상태로 설계
출력이 규정되는 단위·규격	진동력, IEC 60318-6·ISO 389-3	음압(dB SPL)
좌우 분리	양이 간 감쇠가 0.5~1.8kHz에서 거의 0dB로 불리	열린 이도로 음파가 전달되는 구조
누음이 생기는 경로	하우징 진동이 공기를 밀어냄	개구에서 직접 복사, 다이폴 역위상으로 상쇄

골전도는 어떤 경로로 달팽이관까지 가나?

전달 경로는 하나가 아니라 다섯 갈래다

Stenfelt와 Goode의 2005년 리뷰와 앞의 유한요소 해석은 골전도 지각에 관여하는 성분을 다섯으로 정리합니다. (1) 외이도로 복사된 음압, (2) 중이 이소골의 관성, (3) 와우 림프액의 관성과 유체 압력, (4) 와우 공간 자체의 압축·팽창 변형, (5) 두개내(뇌척수액) 공간에서의 압력 전달입니다.

가장 지배적인 것은 와우 림프액의 관성

Stenfelt와 Goode는 이 다섯 중 림프액 관성이 가장 중요하다고 봅니다. 저역에서는 유체 관성이 지배하고, 고역에서는 유체 관성과 와우 공간의 압축·팽창이 결합해 응답을 만듭니다. 이소골 관성은 이소골 공진 주파수인 약 1.5kHz 근처와 그 약간 위에서 기여합니다.

두개골 자체도 대역마다 다르게 움직인다

진동을 받는 두개골의 거동도 한 가지가 아닙니다. 약 400Hz 이하에서는 두개골이 강체처럼 통째로 움직이고, 1kHz 부근까지는 질량-스프링계로 모델링되며, 1~2kHz 이상에서는 두개골 내 파동 전파(약 400m/s)가 지배합니다.

여기서 한계가 드러납니다. 같은 진동력을 넣어도 대역에 따라 와우에 전달되는 방식이 바뀌므로, 골전도 응답은 평탄할 수 없습니다.

열린 이도에서는 왜 저음이 먼저 무너지나?

닫힌 이도는 작은 밀폐 체적이라 임피던스가 크다

폐쇄된 외이도는 작은 밀폐 체적이어서 음향 임피던스가 큽니다. 작은 체적속도 변화만으로도 고막 앞에서 큰 음압이 생깁니다. 끝을 막은 주사기는 조금만 밀어도 압력이 오르지만, 끝이 열려 있으면 공기가 그냥 빠져나가는 것과 같은 조건입니다.

열린 이도는 복사 임피던스가 지배한다

반면 열린 외이도에서는 주변으로의 훨씬 작은 복사 임피던스가 지배하므로 압력이 쌓이지 않습니다. 오픈이어에서 저음이 빠지는 원인은 드라이버의 출력이 아니라 이 임피던스 조건입니다.

폐쇄효과 저역 이득이 얼마나 큰지는 보청기 연구가 보여준다

같은 논리를 역으로 보면 폐쇄 구조가 공짜로 얻던 저역 이득의 크기가 드러납니다. Winkler·Latzel·Holube의 개방형 대 폐쇄형 피팅 리뷰(Trends in Hearing, 2016)는 벤트 구성에 따라 300Hz에서 객관적 폐쇄효과가 5~17dB로 보고되고, 벤트 지름이 1mm 커질 때마다 저역 레벨이 약 4dB 감소한다고 정리합니다. 개방형은 이 이득을 전량 포기하는 설계입니다.

덧붙여 폐쇄효과의 음원은 외이도 벽의 진동으로 이도 공동에 생기는 음압입니다. 외이도가 열려 있으면 저주파에서 이 외이 경로는 무시할 수 있어, 자기 목소리가 울리는 현상도 함께 줄어듭니다.

오픈이어는 소리가 새는 것을 어떻게 막나?

진동판 앞·뒷면을 두 개구로 내보내는 음향 다이폴

보스가 2021년 8월 17일 등록한 개방형 오디오 기기 특허(US 11,095,966 B2)는 전면 개구와 후면 개구가 진동판 앞면과 뒷면의 소리를 각각 복사해 ‘음향 다이폴’에 상당하는 방사를 만든다고 기술합니다. 두 소리는 서로 역위상이고, 한 개구는 이도 근처에, 다른 개구는 멀리 둡니다.

원거리에서는 상쇄되고 귀 가까이에서는 남는다

음향 다이폴 누음 상쇄의 조건은 거리입니다. 원거리에서 두 음원의 음로차가 사실상 무시될 수 있을 때 두 신호가 서로 상쇄되고, 음로차가 남는 근거리에서는 들립니다. Shokz가 2023년 4월 11일 등록한 누음 억제 특허(US 11,627,419 B2)는 역위상 상쇄가 성립하는 유효 위상차 범위를 120°~240°로 기술합니다.

다이폴 유효 길이 — 저역에는 긴 간격, 고역에는 짧은 간격

다이폴의 유효 길이는 해당 주파수에서 음향 복사에 가장 크게 기여하는 두 개구 사이의 거리입니다. 같은 특허는 큰 간격이 중저역(1500~2000Hz)에, 작은 간격이 고역(3000Hz 이상)에 유리하다고 적습니다.

그래서 하나의 간격으로 전 대역을 동시에 최적화할 수 없습니다. 고역용과 저역용 다이폴을 나누거나, 두 음원 사이에 배플을 두어 먼 음원에서 청취 위치까지의 음로를 늘려 근거리 상쇄만 줄이는 설계가 나오는 이유입니다.

두 방식이 기대만큼 통하지 않는 조건은?

약 8000Hz를 넘으면 상쇄가 역효과로 돌아선다

Shokz의 ‘Open earphones’ 특허(US 12,477,280 B2, 2025년 11월 18일 공개)는 이도를 향한 출음구와 반대편 압력 해소 구멍을 두 단극 음원으로 보면서, 약 8000Hz를 넘는 주파수에서는 누음이 단일 점음원보다 오히려 커진다고 명시합니다. 개구 간격이 파장에 비해 무시할 수 없게 되면 역위상 쌍이 특정 방향에서 더해지기 때문입니다.

골전도 저음을 올리면 소리보다 간지러움이 먼저 온다

골전도 진동촉각 역치를 B71·B81 진동자로 측정한 찰머스공대 연구에 따르면, 진동촉각 역치에 도달하는 힘 레벨은 125Hz에서 500Hz까지 주파수와 함께 증가하고 그 위 2kHz까지는 일정하게 유지됐습니다. 저역일수록 더 작은 힘에서 촉각이 먼저 발생한다는 뜻이고, 500Hz까지는 진동촉각 역치가 골전도 청력 역치와 혼동될 정도입니다.

골전도 양이 간 감쇠가 0dB에 가까운 탓에 좌우 분리가 약하다

Canadian Audiologist에 실린 Bill Hodgetts의 정리에 따르면 골전도의 양이 간 감쇠는 0.5kHz 이하에서 약 3~5dB, 0.5~1.8kHz에서는 평균적으로 0dB에 가깝고, 더 높은 주파수에서 약 10dB로 올라갑니다. 한쪽 진동자에 넣은 소리가 반대쪽 와우에도 거의 그대로 도달하는 구간이 넓습니다.

골전도 누음도 존재한다

‘뼈로 전달되니 새지 않는다’는 통념은 성립하지 않습니다. 앞의 Shokz 누음 억제 특허는 골전도 스피커의 하우징 진동이 공기를 밀어내며 공기전도 누음을 만들어 별도 억제가 필요하다고 기술합니다.

밀폐 공동이 없어 ANC가 구조적으로 어렵다

오픈이어에서 ANC가 어려운 것은 ANC가 전제하는 밀폐 공동이 아예 없기 때문입니다. 관련 특허(US 11,842,717 B2)는 오픈이어 구조에 ANC 구현을 위한 이어버드와 고막 사이의 밀폐 공동이 없다고 적고, 누음 레벨이 움직임과 환경에 따라 크게 변하며 스피커 응답이 착용 상태에 따라 크게 달라진다고 기술합니다. 소음이 피부·연골·뼈를 통해서도 들어오므로 피드포워드 마이크 신호가 고막에서의 실제 소음을 대표하지 못한다는 점도 함께 지적합니다. 마이크 배치와 지연 예산이 전제대로 작동하는 경우는 노이즈 캔슬링 원리: 마이크 두 개가 나눠 맡는 일과 50µs라는 지연 예산에 정리해 두었습니다.

주변 소음 자체를 제거할 수 없으므로 소음이 커지면 목표 소리가 묻힙니다. 소니 그룹 연구진(Kotani·Miyazaki·Suzuki)은 음압을 올리는 대신 한쪽 귀에 위상 반전 음성을 넣는 양이 언마스킹으로 체감 레벨을 약 6dB, 모든 조건에서 5dB 이상 끌어올렸다고 보고했습니다.

제품 스펙의 숫자가 내 머리에서 그대로 나오지 않는 이유는?

골전도 출력은 음압이 아니라 진동력으로 규정된다

골전도 기기의 출력은 dB SPL이 아니라 진동력으로 규정·측정됩니다. IEC 60318-6:2007은 골진동자의 출력 힘을 재기 위한 기계적 커플러를 규정하며, 평면 원형 접촉면 면적 175mm² ± 25mm²를 갖는 골진동자를 대상으로 커플러의 기계 임피던스를 125Hz~8000Hz 범위에서 지정합니다.

측정 규격의 개정 흐름

1990년 — IEC 60373 발행. 골진동자 측정용 기계적 커플러 규격입니다.
2007년 — IEC 60318-6:2007 발행. 125Hz~8000Hz 기계 임피던스와 접촉면 175mm² ± 25mm²를 규정하며 IEC 60373:1990을 대체했습니다.
2016년 — ISO 389-3:2016 발행(현행). 순음 골전도 청력검사용 기준 등가 역치 진동력 레벨(RETVFL)과 피검자·커플러 결합 방법, 차폐 소음 규격을 규정합니다.

커플러 위의 값과 사람 머리 위의 값은 같지 않다

ISO 389-3:2016의 RETVFL은 유양돌기 돌출부 위치에서의 정상 청력 역치에 해당하는 전압으로 구동했을 때 규정된 특성의 기계적 커플러에 전달되는 진동력 레벨로 정의됩니다. 그리고 IEC 60318-6은 골진동자가 발생시키는 진동력이 일반적으로 커플러 위에서와 사람의 유양돌기 위에서 같지 않다고 명시합니다. 착용 위치와 압착력이 달라지면 실제 전달도 달라진다는 뜻입니다.

자주 묻는 질문

골전도 이어폰이 고막을 안 쓰니까 청력에 더 안전한가요?

경로가 다를 뿐이고 최종적으로 흥분시키는 세포는 같습니다. 외이·중이를 건너뛰는 성질이 유용한 쪽은 전음성 난청 보청처럼 그 구간이 막힌 경우이며, 레벨 관리와는 다른 축의 이야기입니다.

골전도는 정말 옆 사람에게 소리가 새지 않나요?

하우징이 진동하면 그 표면이 공기를 밀어내므로 공기전도 누음이 생깁니다. 관련 특허도 골전도 구조에서 이 공기전도 누음을 따로 억제해야 한다고 기술합니다.

오픈이어 이어폰의 저음은 펌웨어나 이퀄라이저로 보완할 수 있나요?

저음이 빠지는 원인이 신호 쪽에 있지 않습니다. 벤트 지름이 1mm 커질 때마다 저역이 약 4dB 줄어든다는 보고처럼, 개구 조건이 저역 레벨을 직접 정하는 구조입니다.

골전도에서 스테레오 분리감이 약하게 느껴지는 건 제품 결함인가요?

구조에서 오는 특성입니다. 양이 간 감쇠의 개인차는 최대 40dB에 이르고 같은 사람 안에서도 주파수에 따라 크게 달라지므로 체감 차이도 사람마다 다릅니다. 임상에서는 진동자 위치와 무관하게 양쪽 와우에 같은 진동 에너지가 도달한다고 가정합니다.

지하철처럼 소음이 큰 곳에서 오픈이어를 쓰면 왜 볼륨을 계속 올리게 되나요?

차음 구간이 없어 주변 소음이 목표 소리를 가리기 때문입니다. 소니 연구진은 이 문제를 볼륨이 아닌 양이 언마스킹으로 다루면서, WHO-ITU 기준으로 물리 음압을 6dB 낮추면 성인의 주당 안전 청취 시간이 약 15시간 늘어난다는 점을 근거로 들었습니다.

골전도 제품 스펙에 dB 음압이 잘 안 적혀 있는 이유는 무엇인가요?

규격이 음압이 아니라 진동력을 재도록 정해져 있기 때문입니다. 기준이 되는 커플러의 기계 임피던스 지정 범위도 125Hz~8000Hz이고, 접촉면 175mm² ± 25mm²라는 전제가 붙습니다. 이 규격 체계는 1990년판 IEC 60373에서 IEC 60318-6으로 이어진 결과물입니다.

공기전도 골전도 차이: 전달 경로 5갈래와 8000Hz에서 뒤집히는 누음 상쇄