노이즈 캔슬링
노이즈 캔슬링(Noise Canceling)은 외부 소음을 차단하거나 역파장으로 상쇄시키는 기술이다. 자동차의 편안한 승차감을 제공한다.
개요
노이즈 캔슬링은 기존 헤드셋이나 이어폰 등에서 사용되던 소음 제어 기술을 차량 오디오 시스템이 접목시킨 소음 절감 기술이다. 노이즈 캔슬링 프로세서가 차량 내부로 들어오는 소음 중 불필요한 소음을 자동으로 감지하여 차량의 오디오를 통하여 반대 파장을 발생시켜 해당 소음을 상쇄한다. 고급차의 기능 중 가장 중요한 것 중 하나가 소음 차폐이다. 정숙하여 주변의 소음을 완전히 차단한 듯한 느낌을 주는 고급차의 정숙도가 그 차의 등급을 나타내는 하나의 지표가 된 셈이다. 따라서 제조업체에서도 차량의 정숙성을 높이기 위해 첨단 기술을 동원하고 있다.[1] 최초로 노이즈 캔슬링 기능을 개발한 회사는 이스라엘 기업 사일렌티움(Silentium)이다. 사일렌티움이 개발한 노이즈 캔슬링 소프트웨어는 20Hz~1kHz까지의 넓은 주파수에서 발생하는 불필요한 잡음의 90%를 제거할 수 있다. 이 기능은 재규어 랜드로버 차량에 세계 최초로 탑재되었다.[2] 자동차의 노이즈 캔슬링 기술은 자동차에서 발생하는 소음을 능동적으로 잡아내는 것뿐만 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.[3]
발전
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 때문이다. 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.
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 흡음재·차음재로 메우는 것이 아니라, 적재적소에 필요한 만큼의 흡·차음재만 적용하는 최적화의 개념이 발달하면서 더욱 조용한 차내 환경을 조성하면서도 생산성 향상 및 제조원가 상승 억제를 동시에 추구하고 있다. 또한 첨단 자동차들에 적용되는 기능 중에는 이렇게 수동적으로 소음을 잡아내는 것 외에도, 능동적으로 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. 축약해서 노이즈 캔슬링이라고 한다. 항공 분야에서 먼저 사용되기 시작한 이 기술은 현재는 휴대전화는 물론, 오디오 시스템 등에 널리 사용되고 있다.[2][3]
원리
노이즈 캔슬링 기능은 기본적으로 하이엔드 노이즈 캔슬링 헤드폰과 동일한 구조를 채택하고 있다. 핵심은 소음을 인위적으로 상쇄시킨다는 데 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 파동을 가진 안티노이즈가 동시에 도착한다. 즉 두 가지 노이즈가 서로를 상쇄하는 방식이라고 할 수 있다.[2] 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 전환하고 이를 스피커를 통해 송출시켜, 차내에서 발생하는 소음을 상쇄시키는 것이다.[2][3]
관련 기업
사일렌티움
사일렌티움은 노이즈 캔슬링 기능인 액티브 어쿠스틱스(Active Acoustics)를 개발했다. 시속 50km 주행시 소음을 검증한 테스트에서 노이즈 캔슬링을 작동한 상태의 주행 중 차량 소음은 58~60dB 정도였다. 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.[2]
현대자동차㈜
현대자동차는 65~125Hz 대의 저주파 소음을 줄여주는 능동형 소음 저감 기술인 ANC(Active Noise Control)을 개발했다. 이 기술은 기아 K9, 현대 팰리세이드에 적용된 바 있다. ANC는 기존의 자동차엔 엔진소음에 국한돼 적용됐다. 엔진소음은 예측 가능한 범위 내에서만 발생하기 때문인데 반면, 노면소음은 약 0.009초만에 실내로 전달되는 데다 차단하기에는 처리해야 할 타이어 종류, 노면 상태 등 변수가 너무 많기 때문에 ANC 기술을 적용할 수 없었다. 그러다 이를 보완한 노면 소음 절감 기술인 능동형 노면소음 저감 기술인 RANC(Road-noise Active Noise Control)를 세계 최초로 개발해 2020년 제네시스 GV80에 적용시켰다. RANC는 가속도 센서로 다양한 소음을 실시간으로 계측해 반대되는 주파수를 생성하는 방법으로, 빠르게 소음을 제어하는 것이 특징이다. 모든 과정이 소리보다 빠른 0.002초 안에 이루어지는 것이 RANC의 강점이다. 시스템은 가속도 센서, DSP(Digital Signal Processor, 음향신호 분석을 위한 제어 컴퓨터), 마이크, 앰프, 오디오 등으로 구성된다. 시스템을 최대한 단순하게 하기 위해 오디오는 별도의 오디오 시스템이 아닌 차에 원래 내장된 오디오를 활용한다. RANC의 원리는 반응이 빠른 가속도 센서를 이용해 노면에서 차로 전달되는 진동을 계측하면 DSP(Digital Signal Processor)라는 제어 컴퓨터가 소음의 유형과 크기를 실시간 분석한 뒤 역위상 상쇄 음파를 생성해 오디오 시스템의 스피커로 내보내는 방식이다. 그리고 RANC용 마이크는 노면소음이 제대로 상쇄되고 있는지를 지속적으로 모니터링해 DSP가 소음 저감 효과를 높이도록 도와준다. 이 모든 과정은 소리보다 빠르게 이뤄져야 한다. 자동차의 실내공간에 따라 다르겠지만 보통 노면소음이 승객에게 닿기까지는 약 0.009초가 걸린다. 그러나 RANC가 진동과 소음을 파악해서 제어음을 만드는 데에는 불과 0.002초 밖에 걸리지 않는다. 거의 찰나에 가까운 시간 안에 실시간으로 소음을 측정하고 분석해 반대 위상의 소리를 만들어 주는 것이 바로 RANC의 핵심 기술이다. 특히 RANC는 기존의 흡음재와 ANC로 잡아내지 못했던 저주파 대의 노면소음을 3dB 저감 가능하다. 포장된 지 오래된 아스팔트 노면 및 교량의 연결부를 통한 부밍 소음 등을 효과적으로 제어할 수 있다.[4][5]
한계
노이즈 캔슬링에서도 적용하기 어려운 종류의 소음이 있다. 엔진 소음과 같이 비교적 일정하고 예측하기 쉬운 정규적인 파동의 경우는 컨트롤하기 쉽고 성능도 우수하다. 그러나 매번 다르게 부는 바람의 소음과 자동차 경적음, 사람의 목소리 등 불특정하고 무작위하게 발생하는 소리는 사실상 반대 파장을 발휘하여 소음을 상쇄하기 어려운 측면이 있다. 이를 보완한 여러 기술들이 개발 중이며, 일부 차량에 탑재되고 있기도 하다. 하지만 만약 운전자가 꼭 들어야 할 중요한 소리까지 차단해 버려서 문제가 발생할 수도 있다. 이를 위해서 운전자가 듣고자 하는 특정 소리의 패턴을 등록하여 예외적으로 차량 내부로 소음이 들어와서 운전자가 들을 수 있게 하는 것이 가능하다. 예를 들면 안전과 관련된 응급차의 사이렌 소리나 특정 인물의 목소리, 경적 소리 등 선택적으로 소음을 들을 수 있다.[1]
각주
- ↑ 1.0 1.1 리뷰클라쓰 님, 〈자동차에 적용되는 노이즈 캔슬링 기술의 놀라운 발전〉, 《티스토리》, 2021-05-29
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 김정은 기자, 〈(동영상) 차내 주행 소음 획기적으로 줄인다...'노이즈 캔슬링' 개발〉, 《데일리포스트》, 2020-11-10
- ↑ 3.0 3.1 3.2 〈소음을 능동적으로 잡는다! - 자동차용 노이즈 캔슬링 기술〉, 《모토야》, 2020-08-10
- ↑ 〈소음은 이제 그만! 자동차도 노이즈 캔슬링이 필요해〉, 《한라 디지털허브》, 2021-12-24
- ↑ 정형우 기자, 〈현대차, 세계 최초 노면소음억제 기술 RANC 상용화… No 소음시대 '성큼'〉, 《인더스트리뉴스》, 2019-11-11
참고자료
- 리뷰클라쓰 님, 〈자동차에 적용되는 노이즈 캔슬링 기술의 놀라운 발전〉, 《티스토리》, 2021-05-29
- 김정은 기자, 〈(동영상) 차내 주행 소음 획기적으로 줄인다...'노이즈 캔슬링' 개발〉, 《데일리포스트》, 2020-11-10
- 〈소음을 능동적으로 잡는다! - 자동차용 노이즈 캔슬링 기술〉, 《모토야》, 2020-08-10
- 〈소음은 이제 그만! 자동차도 노이즈 캔슬링이 필요해〉, 《한라 디지털허브》, 2021-12-24
- 정형우 기자, 〈현대차, 세계 최초 노면소음억제 기술 RANC 상용화… No 소음시대 '성큼'〉, 《인더스트리뉴스》, 2019-11-11
같이 보기
