[자동차] 소음으로 소음 지운다? 시끄러운 엔진소리 잠재우는 첨단 기술 눈길

중앙일보

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자동차 매니어들이 열광하는 스포츠카의 엔진음, 배기 사운드도 누군가에게는 소음이다. 자동차에는 소음을 최대한 줄이기 위한 다양한 장치들이 마련돼있다.

ANC 기술, 1991년 닛산 첫 도입 #차량 안 마이크 설치해 소음 수집 #스피커로 반대 신호 내보내 상쇄 #갑작스런 노면 소음엔 효과 없어

　수동적 소음방지 장치로는 머플러가 기본이다. 엔진의 배기가스가 발생하는 소음을 흡음재와 반사판으로 감소시킨다.

　높은 주파수의 소리는 직진성이 강해 흡음재에 의해 쉽게 감소된다. 그러나 파장이 길고 낮은 주파수의 소리는 흡음재로 막기에는 한계가 있다. 틈새로 빠져나가는 성질을 갖기 때문이다. 파장이 길고 낮은 주파수의 소리를 낮추려면 머플러의 크기를 키워야 하는데, 제한된 규격 안에서 만들면 효율성이 떨어진다. 또한 무게의 증가, 배기압력의 손실로도 연결된다. 이렇게 외부 소음을 차단하는 것을 노이즈 아이솔레이션(Noise Isolation)이라 한다.

아우디 A8에 장착된 ANC 기술. 스피커가 잡음을 상쇄시키는 음파를 만들어 소비자가 느끼는 소음을 줄여준다. [사진 아우디]

　반면 노이즈 캔슬레이션(Noise Cancellation)은 능동적인 기술이다. 이 기술은 외부 소음의 반대 신호를 발생시켜 소음을 상쇄시킨다. 액티브 노이즈 캔슬레이션(ANC)이라는 명칭으로 더 유명하다. 최근 ANC 기술이 쓰이는 영역이 많아졌지만 사실 이는 지난 1930년대부터 이론적으로 검토됐었다.

　소리는 약 섭씨 15도의 온도를 기준으로 초당 340m의 속도로 전달된다. 우리는 고막을 통해서 공기의 진동을 감지하고 그것을 소리라고 부른다. 물체가 진동하면 공기는 진동에 의해 압축되고 이 속에서 밀도가 높아지는 부분과 낮아지는 부분이 생긴다. 소리의 파형이다.

　ANC는 소음으로 소음을 지우는 개념이다. 특정한 소음의 파형을 수집한 후 여기에 반대되는 파형의 소음을 추가한다. 그 결과 기존의 공기의 밀도가 높은 구간에 낮은 공기가 겹쳐진다. 마찬가지로 낮았던 공기 밀도의 구간에는 높은 공기가 겹쳐져 공기의 밀도를 균일하게 만든다. 이렇게 특정 소음을 막아낸다.

　이를 활용한 기기로 익숙한 것은 헤드폰, 이어폰 등이다. 지난 1986년, 미국의 오디오 음향기기 전문 제조사 보스(BOSE)는 ANC 기술을 담은 프로토타입 헤드셋을 내놨다. 처음 기술 개발에 들어간 것은 1978년, 이후 양산형 제품이 1989년에 나왔다. 보스가 ANC 기술 개발에 투자비용만 약 5000만 달러(한화 약 554억 5000만원)에 이른다.

　자동차에도 ANC 기술이 쓰인다. 이 기술을 처음 사용한 업체는 닛산이다. 1991년 출시된 9세대 블루버드(U13)에 처음 달았다. 블루버드의 전기형이었던 ARX-Z 시리즈에 기본 탑재됐다. 차량의 천장에 4개의 마이크를 달아 내부 소음을 수집하고 이를 통해 유입된 소음 정보를 디지털화 시킨 후 제어장치로 모은다. 엔진도 이 시스템에 연결되는데 엔진의 회전수 및 속도 정보를 전해준다. 그리고 조수석 하부에 위치한 스피커에서 소음의 반대되는 위상 신호를 발생시켜 소음을 상쇄시킨다. 이 기술은 현재 출시되는 신차에도 쓰인다.

　물론 극복하지 못한 기술적 한계도 있다. ANC는 지속적인 위상을 가지는 소음을 상쇄시키는데 도움을 주지만 갑자기 발생한 소음에는 대처하지 못한다. 노면에서 발생하는 갑작스러운 변수까지 대처하지는 못한다.

　ANC가 원만하게 대처할 수 있는 것은 디젤 엔진, 항공기 엔진, 보일러 배기처럼 수백 헤르츠 이하의 저주파 소음들이다. ANC가 처리하지 못하는 소음은 저주파가 아닌, 소음의 원인으로부터 3차원으로 퍼져 나가는 소음, 급격하게 변화하는 소음 등이다. 같은 이유로 ANC를 통해 시끄러운 실내를 조용하게 할 수는 없다. 다양한 변수를 가진 소음이 발생되기 때문이다.

　ANC가 장착된 차량들은 애프터마켓 오디오 시스템으로 튜닝할 때 주의가 필요하다. 엔진 RPM 또는 속도에 따라 왜곡된 음향이 스피커에서 나올 수 있어서다. 때문에 오디오 튜닝이 필요하다면 ANC 기능을 해제하는 작업까지 감안해야 한다.

오토뷰=전인호 기자