펄스(pulse)는 영어 단어 "pulse"에서 유래한 용어로, 원래 의미는 맥박(脈搏)을 가리킨다. 현대 과학기술 용어로서는 파동이나 신호가 짧은 시간 동안 급격하게 변화하는 현상 또는 그러한 형태의 신호를 지칭한다. 이 문서에서는 물리학과 신호 처리 분야에서의 의미를 중심으로 서술한다.
물리학에서의 펄스
물리학에서 펄스는 매질을 통해 이동하는 단일 교란(single disturbance)을 설명하는 일반적인 용어이다. 이때 매질은 진공(전자기파의 경우) 또는 물질일 수 있으며, 무한히 크거나 유한할 수 있다. 펄스의 전파와 변화는 파동 방정식과 같은 편미분 방정식(PDE)으로 기술된다.
탄성 매질을 통해 이동하는 변형 펄스는 매질의 끝에서 반사될 때 경계 조건에 따라 서로 다른 거동을 보인다. 자유로운 끝에서 반사될 경우 펄스는 반사 전과 동일한 변위 방향으로 돌아오며, 고정된 끝에서 반사될 경우 반대 방향의 변위, 즉 반전된 형태로 돌아온다.
광학 분야에서는 강한 연속파 배경에 비해 강도가 국부적으로 감소하여 형성되는 암흑 펄스(dark pulse) 가 연구되어 왔다. 2008년에는 양자점 다이오드 레이저에 포화 흡수체를 사용한 최초의 암흑 펄스 레이저가 보고되었으며, 이후 광섬유 레이저 및 자유 공간 레이저에서도 관련 연구가 진행되었다.
신호 처리에서의 펄스
신호 처리 분야에서 펄스는 신호의 진폭이 기준값에서 더 높거나 낮은 값으로 급격하고 일시적으로 변화한 후 기준값으로 빠르게 돌아오는 것을 의미한다. 아주 짧은 시간 동안 큰 진폭을 내는 전압·전류 또는 파동을 총칭하며, 1회 발생하는 경우와 일정한 주기를 두고 반복되는 경우로 구분할 수 있다.
펄스 파형의 주요 유형은 다음과 같다.
- 구형 펄스(square pulse): 높은 레벨과 낮은 레벨 사이를 급격히 전환하는 형태로, 디지털 신호에서 상승 및 하강 에지(edge)를 구성한다.
- 나이퀴스트 펄스(Nyquist pulse): 나이퀴스트 ISI(부호 간 간섭) 기준을 만족하는 펄스로, 데이터 전송에서 중요하다. 싱크 함수(sinc function) 형태가 대표적인 예이나 인과성 문제로 실제 발생기는 구현이 어렵다.
- 디랙 펄스(Dirac pulse): 디랙 델타 함수의 형태를 가지며, 무한한 진폭과 단위 적분값을 지닌 이상적인 모델이다. 실제로는 정확히 생성할 수 없으며 필터의 임펄스 응답 테스트 등에 이론적으로 사용된다.
- 가우스 펄스(Gaussian pulse): 가우스 함수 형태를 가지며, 오버슈트 없이 최대 전환 기울기와 최소 그룹 지연의 특성을 가진다.
일상 및 대중문화에서의 쓰임
'펄스'라는 단어는 과학기술 용어 외에도 다양한 분야에서 사용된다. 맥박을 가리키는 의학적 의미가 기본이며, 소설·영화·게임 등의 대중문화 작품 제목으로도 쓰이고 있다. 예를 들어 2000년대 한국 공포 영화 《펄스》, 파이널 판타지 XIII의 가상 세계 '그랜 펄스(Gran Pulse)' 등이 있다. 또한 핑크 플로이드 등 음악가들의 음반 제목으로도 사용되었다.
어원
'펄스'의 어원은 라틴어 'pulsare'(두드리다, 치다)에서 파생한 영어 단어 'pulse'로, 본래 심장 박동에 따라 동맥에서 느껴지는 주기적 파동, 즉 맥박을 의미했다. 이 의미가 확장되어 과학기술 분야에서 짧고 주기적인 신호 전반을 가리키는 용어로 쓰이게 되었다.
펄스(Pulse) 및 임펄스(Impulse)와 관련된 용어는 전자공학, 통신공학, 광학, 의학 등 다양한 학문 분야에서 폭넓게 사용되는 실질적인 개념이다.
