[카N테크]차량 내부소음을 줄여라…GV80에 최초 적용된 능동형 노면소음 저감 기술

500㎐ 이하 영역의 노면소음 0.002초 만에 인지해 상쇄
'가속계(진동)·마이크(내부소음)→DSP(소음분석)→스피커(반대음파 출력)'…가속계 최적 위치가 핵심
풍절음 등 500㎐ 이상 소음 저감위한 연구 지속

현대자동차가 세계 최초로 개발해 제네시스 GV80에 처음으로 적용된 노면소음 저감 장치 RANC/제공 = 현대자동차

노면소음·엔진소음·풍절음 등은 자동차 탑승자들에게 불쾌감을 주는 여러 요인 중 하나다. 아무리 승차감이 좋은 차라도 차량내부 소음을 잡지 못하면 소비자들의 평가는 박하기 마련이다. 차량 내로 유입되는 소음은 주로 저주파 영역의 소리이기 때문에 이런 상황에 장시간 노출되면 사람들은 스트레스·피로감을 호소할 수 있다. 결국 차량내부 소음을 어떻게 컨트롤하는가에 따라 자동차 전반에 대한 평가는 달라지게 된다. 특히 차량 정숙성과 승차감에 상대적으로 민감한 국내 소비자들에게는 더욱 그렇다.

완성차 업계에서 소음 저감 기술은 더욱 중요한 영역이 되고 있다. 미래차 시장을 주도할 전기차의 경우 엔진음 등 차량 자체적으로 발생하는 물리적 소음이 내연기관차에 비해 상대적으로 낮다는 점에서 비용을 절감하면서 효과적인 소음 차단 기술의 중요성은 더욱 크다.

전통적인 소음 저감 기술은 엔진룸과 차량 바닥에 차음제·흡음제를 적용하고 차체 여러곳의 접합부 충격흡수소재를 넣는 방식이 주를 이뤘다. 또 충격을 완충해줄 알루미늄 합금 같은 특수소재를 이용해 진동으로 발생하는 소음을 줄이는 데 집중됐다. 하지만 이런 수동형 소음 제어(Passive Noise Control) 기술은 차량 무게 증가로 인한 연비 하락, 제조비용 증가로 인한 차량 가격 상승 등의 문제가 동반되는 단점이 있다.

이에 업계는 음향을 이용해 소음을 상쇄시키는 기술로 눈을 돌리기 시작했다. 그렇게 개발된 것이 능동형 소음 저감 기술(Active Noise Control, ANC)이다. 헤드폰 등에 적용되고 있는 ANC는 자동차 업계에서도 차량 소음 저감을 위해 이미 일반적으로 사용되고 있는 기술이다. ANC는 현대자동차 팰리세이드와 기아자동차 K9, 르노삼성 QM6 등에도 적용되고 있다. 하지만 ANC는 비교적 일정한 소음 발생 타이밍만을 인지하고 대응할 수 있다는 점에서 엔진소음 이외에 차량 아래쪽에서 올라오는 노면소음에는 효과적이지 않다.

서스펜션과 차체의 진동에 의해 발생하는 부밍음(20~150㎐)과 타이어공명음(150~250㎐), 거친 노면을 주행할 때 타이어로부터 차내에 전달되는 럼블음(250~500㎐)등 노면소음은 엔진음(65~125㎐)보다 주파수 영역이 더 높거나, 같은 수준이어도 소음이 불규칙해 ANC로는 대응하는데 한계가 있다.

RANC 개념도/제공 = 현대자동차

이를 해결하기 위해 개발된 것이 능동형 노면소음 저감 기술인 RANC(Road-noise Active Noise Control)다. RANC는 현대차가 6년간 공을 들여 세계 최초로 개발·상용화한 기술이다. RANC의 구조는 간단하다. 차량 하부 진동 전달 경로에 설치된 가속도계가 진동을 인지하고 차량 내부에 설치된 마이크가 실내 소음을 측정한 값을 음향신호분석 제어컴퓨터(DSP)가 분석해 최적의 주파수로 소음과 반대되는 음파를 발생시키는 구조다.

현대차 관계자는 “RANC의 핵심은 진동을 측정하는 가속도계를 차량 어느 부분에 배치하는가가 핵심”이라며 “정확한 위치는 특허사항이라 공개하기는 힘들다”고 설명했다. 실제 현대차는 최적의 센서 위치를 찾기 위해 반복적인 테스트를 시행했다. RANC는 가속도계·DSP·마이크로로 구성되고 무게는 1㎏ 수준이다. 기존 흡·차음제 등을 사용하는 수동적 소음 저감 기술에 비해 차체 무게를 현저히 줄일 수 있는 셈이다.

RANC가 소음을 상쇄하는 음파를 생성해 내는 시간은 0.002초로, 일반적으로 노면소음이 실내로 유입돼 운전자에게 전달되는 시간인 0.009초보다 4배 이상 빠르다.

RANC는 지난 15일 공개된 제네시스 GV80에 처음으로 적용됐다. 1열과 2열에서 노면 소음을 최소화할 수 있다. 노면소음이 주로 발생하는 80㎞/h 구간뿐만 아니라 노면이 좋지 않은 도로에서 100㎞/h 이상의 고속주행 상황에서도 우수한 소음 저감 능력을 갖췄다. 현대차 관계자는 “GV80에 적용된 RANC는 200㎞/h의 속도까지 소음 저감 능력을 갖췄다”고 설명했다.

한편 현대차는 현재 500㎐ 이하 주파수 영역의 소음을 줄여주는 RANC를 에어컨·통풍시트·풍절음 등과 같은 500~1만㎐ 영역대의 소음도 제어할 수 있게 확대할 계획이다.