ANC 최초 탑재된 차량 닛산 블루버드(U13) (출처: 닛산)
에어팟에 있는 노이즈 캔슬링 기능을 사용해보셨나요? 노이즈 캔슬링 기능을 켜면 주변 소음이 차단되는 신기한 경험을 할 수 있죠. 소음을 차단하는 기술이 이어폰에만 들어가는 건 아닙니다. 운전자가 운전에만 집중하도록 차량에도 ‘능동형 노이즈 캔슬링 기능(ANC)’이 적용되고 있어요. 전기차는 물론 전통적인 내연기관차까지 두루 아우르며 말이죠.
그렇다고 차량에 ANC를 적용하는 일이 마냥 쉬운 일은 아니에요. 이어폰은 양쪽 귀 하나씩인데다가 귀의 고막과 스피커로부터 거리도 가까워 비교적 적용하기 쉬워요. 반면 차량은 귀의 고막과 장치의 거리가 멀기도 하고 처리해야 할 소음의 종류도 훨씬 다양하기 때문에 복잡할 수 밖에 없어요.
노이즈 캔슬링 기능은 항공기의 엔진음을 줄이기 위해 1970년대 본격적으로 개발되다가 1980년대에 독일의 루프트한자 항공의 비행기에 처음 적용됐어요. 그 이후로 우리가 흔히 아는 이어폰과 차량에 각각 적용되기 시작했죠.
그렇다면 차량에 적용된 노이즈 캔슬링 기능은 어떻게 구현될까요?
ANC 원리 (출처: 현대자동차)
눈에는 눈, 소음에는 소음
ANC는 소음으로 소음을 제거하는 일명 ‘맞불 전략’을 구사해요. 공기의 진동으로 파형이 일어나면 공기 밀도가 높아지는 부분과 낮아지는 부분이 나타납니다. 이때 특정한 소음의 파형과 반대되는 소음의 파형을 추가하면 그 둘이 부딪히면서 소음은 상쇄돼요.
구체적으로 디지털 제어장치(DSP)가 마이크와 엔진으로부터 정보를 받은 후 연결된 스피커로 파장을 발생시키는 원리를 사용해요.
차량에 적용된 ANC는 마이크를 이용해 엔진음을 수집합니다. 그 다음 디지털 제어장치로 수집된 소음을 전달합니다. 연결된 디지털 제어장치는 엔진음의 회전수와 속도 등에 대한 정보를 분석해요. 수집된 정보를 바탕으로 디지털 제어장치는 소음과 반대되는 파형을 조수석 하부의 스피커로 내보냅니다.
주파수의 종류 (출처: 현대자동차)
저주파와 고주파를 가르는 기준 ‘500Hz’
우리는 차량에서 다양한 소음과 마주하게 돼요. 우리가 차량 안에서 듣게될 소음의 가청 주파수는 보통 20~20000Hz 범위에 있다고 해요.
소리 주파수는 500Hz를 기준으로 고주파와 저주파로 분류돼요. 500Hz 이상인 고주파에는 자동차 실내의 에어컨, 풍절음 등이 포함돼요. 노면 소음과 관련된 소음은 주로 500Hz 이하 저주파에 포진해있어요. 타이어가 노면과 접촉해 발생하는 소음은 20~500Hz 범위에 있어요. 부밍음(20~150Hz), 타이어 공명음(150~250Hz), 럼블음(250~500Hz)도 모두 저주파 소음이죠.
현대자동차의 노면소음 저감해주는 RANC 기술 (출처: 현대자동차)
ANC가 지닌 한계…대안은?
하지만 ANC는 주로 65~125Hz 저주파에 해당하는 소음만 잡아줍니다. 차량 안에서 듣게되는 소음 범위보다 ANC가 커버하는 범위가 더 좁은 셈이죠. 결국 모든 소음을 차단하지 못한다는 말이에요. 게다가 규칙적인 저주파 소음이라면 몰라도 갑작스러운 소음에는 잘 대처하지 못해요.
ANC 기술의 한계를 극복하고자 기업에서는 해결책을 내놓고 있어요. 현대자동차가 대표적인데요. 바로 현대자동차의 능동형 노면소음 저감 기술인 RANC예요. RANC 기술은 가속도 센서로 소음을 실시간으로 측정하고 반대 주파수를 생성해 빠르게 소음을 상쇄하죠. 일반적으로 탑승자의 귀에 노면소음이 들리기까지는 0.009초가 걸리는데 현대자동차의 RANC 기능은 이보다 훨씬 빠른 0.002초 만에 제어음을 만들어요. 2020년형 제네시스 GV80에 적용된 바 있어요. RANC는 엔진이 없어 노면소음이 유독 크게 들리는 전기차에 효과적이에요.
제네시스 GV80 (출처: 현대자동차)
차량 속으로 들어간 노이즈 캔슬링 기술은 저주파를 잡아 운전자에게 미치는 영향을 최소화시켜주는 유용한 기능이에요. 물론 모든 저주파를 완벽하게 잡아주진 못하지만 다양한 소음으로 고통받던 운전자의 고충을 한결 덜 수 있어요.
(출처: giphy)
정리
-ANC 기능은 주로 65~125Hz 저주파에 해당하는 소음을 잡아줘요.
-ANC 기능은 반대되는 파형 신호를 만들어 소음을 상쇄시키는 원리예요.
-하지만 ANC 기능은 차량에서 발생하는 모든 저주파 소음을 완전히 차단해주진 못해요.
-현대자동차는 세계 최초로 노면소음을 최소화할 수 있는 기술을 개발했어요.
테크플러스 에디터 최현정
tech-plus@naver.com
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