[Tech 스토리] 정숙한 자동차 만드는 능동형 소음 저감 기술

기사입력 : 2023년04월02일 07:11

최종수정 : 2023년04월02일 07:36

현대차그룹, 능동형 노면소음 저감기술 세계 최초 개발
정숙성 중요한 전기차에 활용 기대
풍절음 줄이기 위한 기술도 개발 중

기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 정승원 기자 = 자동차는 사람이 구입할 수 있는 것 중 집 다음으로 비쌉니다. 그렇기 때문에 사람들은 자동차를 구매할 때 여러 가지 요소를 살펴봅니다. 주행 성능이 중요한 차라면 최대 출력과 토크를, 공간이 중요하다면 휠베이스를 살펴보겠죠.

'정숙성' 역시 자동차를 고를 때 중요한 요소입니다. 자동차 안이 개인적인 공간이고, 도로를 달릴 때 외부 소음이 클 수 있기 때문에 그만큼 정숙성이 중요합니다. 완성차 브랜드들이 차내 소음을 줄이는 기술 개발에 공을 들이고 있는 이유입니다.

RANC가 적용된 현대자동차 '디 올 뉴 그랜저' [사진=현대차]

현대자동차그룹은 세계 최초의 능동형 노면소음 저감 기술(Road Active Noise Control)을 개발했습니다. 이는 노면 소음과반대되는 음파를 차내에 발생시켜 소음을 줄이는 기술입니다. 마치 이어폰이나 헤드폰에 적용되는 노이즈 캔슬링 기술과 흡사합니다.

기존의 소음 제거는 흡음재나 차음재 등 물리적인 자재를 덧대는 방식이었습니다. 흡차음재는 후드 안쪽은 물론 엔진룸과 실내 사이의 격벽에 들어가며 소리를 줄입니다. 유리를 이중으로 만드는 것도 소음을 줄이는 방법입니다. 고속으로 주행 시 차 안으로 들리는 풍절음을 줄이기 위해 자동차의 전면과 측면 유리를 이중접합 방식으로 만드는 것입니다.

이렇게 물리적인 자재를 사용하는 방식은 소음 저감에는 분명한 효과가 있지만 차체의 무게를 늘리게 됩니다. 무게가 늘어나면 비용은 늘어나고 연비가 떨어집니다. 이는 고효율/고연비를 위해 공기저항계수를 낮추고 차를 가볍게 하는 완성차업계의 최신 경향과는 완전히 배치됩니다. 저주파에서 발생하는 타이어 공명음 등 노면 소음을 완전히 막기 힘들다는 단점도 있습니다. 이러한 단점은 이어폰이나 헤드폰에 적용되던 능동형 소음 저감기술(Active Noise Control, ANC)을 자동차에 적용한 계기가 됐습니다.

하지만 차내에 ANC를 적용한다고 해도 완전히 소음을 줄이는 것은 쉽지 않았습니다. 자동차에서 발생하는 소음은 헤드폰이나 이어폰 등 음향기기 외부에서 발생하는 소음과 달리 전방위적이고 종류가 다양하기 때문입니다. 이에 현대차그룹은 ANC를 넘어 RANC(Road-noise Active Noise Control)라는 기술을 개발했습니다.

RANC은 주행 중 발생하는 노면 소음을 ANC를 이용해 줄여줍니다. 이를 위한 시스템은 가속도 센서, DSP(Digital Signal Processor, 음향신호 분석을 위한 제어 컴퓨터), 마이크, 앰프, 오디오 등으로 구성됩니다. 가속도 센서가 진동의 전달 경로에 위치해 노면소음을 유발하는 진동을 취득합니다. 이 때 진동 전달 경로를 정확히 파악하기 위해 센서의 위치가 매우 중요한데 현대차그룹 연구팀은 이를 찾아냈습니다.

능동형 노면소음 저감기술의 작동 원리 [사진= 현대차그룹]

DSP는 취득된 진동 정보를 바탕으로 실내로 유입되는 소음을 예측하고 그에 반대되는 위상의 음파를 만들어냅니다. 반대 위상의 음파가 실내로 전파되면 노면 소음과 만나 서로 상쇄가 되는 것입니다. 마이크는 소음의 저감 정도를 확인하기 위해 실내 소음 수준을 실시간으로 모니터링합니다. 모니터링된 정보는 다시 DSP로 보내져 소음에 대응하도록 합니다.

이러한 과정에는 0.002초가 소요됩니다. 노면 소음이 승객에게 들리기까지 0.009초가 걸리는데 RANC의 작동이 더욱 빠른 것이죠. 그 덕분에 실내로 들어온 노면 소음은 승객의 귀에 들어가기 전에 반대 위상의 음파에 상쇄돼 줄어들게 됩니다. 현대차그룹에 따르면 RANC를 제어하는 전기 신호는 1초에 30만km를 이동하는 빛의 속도로 이동합니다. 그만큼 빠르게 노면 소음에 대응할 수 있다는 것입니다.

RANC의 장점은 탁월한 소음 저감 능력과 함께 시스템 자체의 가벼움입니다. 가속도 센서, DSP, 마이크, 앰프, 오디오로 구성된 RANC는 1kg 수준입니다. 흡차음재를 사용할 때 차가 무거워지는 점을 생각해보면 크게 무게를 늘리지 않고 저주파의 소음을 줄일 수 있는 것입니다.

RANC는 전동화 시대를 맞이해 현대차그룹의 소음 저감 기술에 더욱 힘을 실어줄 수 있을 것으로 보입니다. 내연기관차는 엔진소음으로 인해 노면소음과 풍절음이 상대적으로 작게 들리지만 엔진이 없는 전기차는 상대적으로 노면 소음이 크게 들리게 됩니다. 현대차 아이오닉5, 아이오닉6, 기아 EV6, EV9 등 전기차 출시에 박차를 가하고 있는 현대차그룹에 RANC가 적극 사용될 수 있는 이유입니다.

현대차그룹은 RANC로 저주파인 노면 소음을 줄이는 데 그치지 않고 500~5000Hz의 주파수의 풍절음을 저감하는 ANC 기술도 개발 중입니다. 노면 소음과 풍절음을 모두 ANC 기술로 줄일 수 있게 된다면 전동화 시대 현대차그룹의 경쟁력은 더욱 올라갈 수 있을 것으로 보입니다.

능동형 노면소음 저감기술의 작동 원리 [사진= 현대차그룹]

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