자동차 소음 제거 - jadongcha so-eum jegeo

[데일리포스트=김정은 기자] 자동차 주행 소음은 도로 주변의 환경뿐 아니라 자동차 내부에도 영향을 미친다. 이스라엘 '사일렌티움(Silentium)'이 주행 소음을 혁신적으로 줄이는 노이즈 캔슬링 기능을 개발했다.

사일렌티움은 자사가 개발한 노이즈 캔슬링 소프트웨어가 20Hz~1kHz까지의 넓은 주파수에서 발생하는 불필요한 잡음의 90%를 제거할 수 있다고 설명한다. 이 기능은 재규어 랜드로버 차량에 세계 최초로 탑재될 예정이다.

◆ 노이즈 제거 원리는?

회사의 노이즈 캔슬링 기능은 기본적으로 하이엔드 노이즈 캔슬링 헤드폰과 동일한 구조를 채택하고 있다. 기능이 활성화되면, 우선 차량 섀시에 탑재된 최대 6개의 가속도계가 주행 중에 생기는 불필요한 노이즈를 감지해 차량에 탑재된 제어 장치에 신호를 보낸다.

사일렌티움이 개발한 소프트웨어는 노이즈 신호와 반대되는 안티노이즈를 생성하고, 차량 내부 스피커 시스템에 전송함으로써 탑승자의 귀에 주행시 소음 파동 형태와 정반대인 파동이을 가진 안티노이즈가 동시에 도착한다. 즉 두 가지 노이즈가 서로를 상쇄하는 방식이라고 할 수 있다.

◆ 이미 상용화 단계...대중화 시대 오나?

실제로 사일렌티움이 개발한 노이즈 캔슬링 기능인 '액티브 어쿠스틱스(Active Acoustics)'를 사용하는 모습은 아래 동영상에서 확인할 수 있다.

이번 테스트는 시속 50km 주행시 소음을 검증한 것이다.

노이즈 캔슬링을 작동한 상태의 주행 중 차량 소음은 58~60dB 정도다. 스마트폰으로 노이즈 캔슬링 기능을 해제하자 그 즉시 차내에 울리는 주행 소리가 커졌다. 소음은 8dB 정도 높아져 66dB 정도를 기록했다.

8dB는 근소한 차이로 보일 수 있지만 8dB이 증가하면 소리가 가진 에너지의 양은 6배 이상 증가한다. 다시 노이즈 캔슬링 기능을 선택하면 주행시 소음이 순식간에 감소하는 것을 확인할 수 있다.

사일렌티움은 "노이즈 캔슬링 기능은 탑승자에게 조용하고 세련된 주행 경험을 제공하고 드라이버의 피로를 방지한다. 또 차량에 탑재되는 기존 방음 흡음재에 대한 의존도를 줄여, 차체 무게의 경감으로도 이어질 수 있다"고 주장했다.

사일렌티움 자동차 부문 최고책임자인 앤서니 마니아스(Anthony Manias)는 "액티브 어쿠스틱스는 자동차의 차내 소음 제거 및 개선 방향, 아울러 드라이버의 소리 인식과 반응 방법을 변화시킬 것"이라고 언급했다.

이미 액티브 어쿠스틱스 소프트웨어는 상용화 단계에 있으며, 재규어 랜드로버가 채택을 결정했다.

재규어의 NVH (소음, 진동) 기술 전문가 이안 수필드(Iain Suffield)는 "이 새로운 기술은 차내의 불필요한 노이즈를 제거할 수 있다. 더 조용한 환경에서 승객의 만족도를 높이고, 인지 부하 및 반응 시간을 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대된다"고 말했다.

또 재규어 랜드로버의 최고 의료책임자 스티브 일리(Steve Iley) 박사는 "노이즈 캔슬링 기술은 교통안전의 향상은 물론, 고객의 건강 및 삶의 질을 높일 수 있다. 큰 변화를 맞은 코로나19 이후의 시대는 개인 이동에 대한 고객의 기대가 변화할 것"이라며 앞으로 차내의 쾌적함이 한층 강조될 것임을 시사했다.

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자동차에서 발생하는 소음을 줄이기 위한 연구는 과거부터 지금까지 현재진행형으로 이루어지고 있다. 특히 자동차의 탑승 공간이 외부로부터 완전히 밀폐되는 형태로 발전해 오면서, 차내에서 발생하는 소음을 줄이기 위한 연구에 가속이 붙었다고 봐도 무방하다.

통상적으로 자동차에서 발생하는 소음을 줄이기 위한 방편으로는 주로 수동적(Passive)인 방법들을 사용해 왔고, 지금도 이러한 방법론이 기본이다. 즉, 엔진이나 추진축 등, 차량의 각종 구동부에서 발생하는 소음을 잡기 위해 엔진 마운트와 같은 부싱류를 개량하고, 소음이 발생하는 부위 주변에 흡음재와 방음재를 적극적으로 사용하는 것이다. 최근에는 기술의 발달로, 무작정 차량을 흡/차음재로 메우는 것이 아니라, 적재적소에 필요한 만큼의 흡/차음재만 적용하는 '최적화'의 개념이 발달하면서 더욱 조용한 차내 환경을 조성하면서도 생산성 향상 및 제조원가 상승 억제를 동시에 추구하고 있다.

또한 최근 들어 출시된 자동차들에 적용되는 기능 중에는 이렇게 수동적으로 소음을 잡아내는 것 외에도, '능동적'으로 소음을 잡아 내는 기술이 적용되고 있다. 바로 '능동 소음 제어' 기술이다. 능동 소음 제어 기술은 '액티브 노이즈 캔슬레이션(Active Noise Cancelation)', 혹은 '액티브 노이즈 캔슬링(Active Noise Canceling)'이라고 불린다. 항공 분야에서 먼저 사용되기 시작한 이 기술은 현재는 휴대전화는 물론, 오디오 시스템 등에 널리 사용되고 있다. (이하 편의 상 '노이즈 캔슬링'으로 갈음한다)

노이즈 캔슬링의 핵심은 소음을 인위적으로 상쇄시킨다는 데 있다. 소음(소리)이란, 기본적으로 '파동'이고, 다른쪽에서 이와 반대되는 위상의 파동을 내보내 '상쇄간섭'을 일으켜 소음을 제거, 혹은 가청영역 밖의 파동으로 만들어버리는 것이다.

따라서 특정한 소음을 상쇄시키기 위해서는 이 소음을 수집할 마이크가 필요하게 된다. 이를 '2차 마이크'라 하며, 노이즈 캔슬링을 실현하기 위한 핵심 부품 중 하나다. 따라서 노이즈 캔슬링 기술이 적용된 자동차들은 차내에 몇 개의 2차 마이크들이 숨어 있어, 차내에서 발생하는 소음들의 파장을 수집한다. 그리고 이렇게 수집된 파장은 제어 시스템 내에서 역위상으로 전환, 이를 스피커를 통해 송출시켜, 차내에서 발생하는 소음을 상쇄시키는 것이다.

자동차의 노이즈 캔슬링 기술은 자동차에서 발생하는 소음을 능동적으로 잡아내는 것 뿐만 아니라, 차량의 제조원가 상승이나 생산성 하락을 막기 위한 수단으로도 각광받고 있다. 보다 적은 양의 흡/차음재만 사용해도 기존과 동등하거나 그 이상의 정숙성 향상 효과를 거둘 수 있고, 차량의 경량화에도 일조할 수 있기 때문이다. 물론 아직까지는 소음억제 기술에 필요한 장비들의 단가가 기본적으로 매우 높기 때문에 고급 차종을 중심으로 적용되고 있다.

초기의 자동차용 노이즈 캔슬링 기술은 1992년, 닛산의 소형차 블루버드에 적용된 것을 최초 사례로 본다. 하지만 이 당시에는 소음 억제기술 자체의 완성도가 떨어져, 효과는 미미했다고 전해진다. 비교적 규칙적인 엔진의 소음은 어느 정도 잡아낸 반면, 풍절음 등, 주변의 소음은 발생 빈도나 시기, 혹은 파동 자체가 불규칙하기 때문에, 이를 실시간으로 분석해서 역파장을 내보내기에는 당시의 자동차용 컴퓨터의 연산능력이 받쳐주지 못했기 때문이라고 한다.

하지만 컴퓨터 공학의 발전에 따라 자동차용 컴퓨터의 연산능력이 크게 뛰어 오르면서 오늘날의 자동차용 노이즈 캔슬링 기술은 차내에서 발생하는 소음을 상당한 수준으로 잡아낼 수 있게 되었다. 최근에는 다수의 2차 마이크를 동원해 소음을 실시간으로 잡아내는 정도까지 발전했다.

국내 완성차업계에서 노이즈 캔슬링 기술을 적용한 양산차로는 쉐보레 말리부(E-터보 한정), 쉐보레 트레일블레이저, 르노삼성 QM6, 르노삼성 SM6(TCe 300) 등이 있다. 이 차량들은 모두 BOSE의 사운드 시스템을 공통적으로 사용하는데, 실제로 BOSE는 오디오 뿐만 아니라 이 분야에서 가장 두각을 드러내고 있는 기업이며, 노이즈 캔슬링을 위한 자동차용 2차 마이크 등의 장비도 공급하고 있다.