기존 소음 제어기술의 한계 극복… 불규칙적으로 발생하는 노면소음 저감
타이어에서 발생되는 노면소음 분석해 0.002초 만에 반대음파로 상쇄
엔진 없는 수소전기차와 전기차 등에 적용 시 소음 감소 체감효과는 더욱 상승
◆…GV80콘셉트카를 바탕으로 한 RANC기술 개념도. 사진=현대차그룹 제공
현대자동차그룹은 11일 도로에서 발생해 실내로 유입되는 노면소음을 크게 줄여주는 RANC(Road-noise Active Noise Control; 능동형 노면소음 저감기술) 을 세계 최초로 개발해 앞으로 나올 제네시스의 신차에 적용한다고 밝혔다.
RANC는 다양한 유형으로 여러 곳에서 동시에 나타나는 노면소음을 실시간으로 분석해 이를 상쇄시키는 반대 위상의 음파를 발생시켜줌으로써 실내 정숙성을 대폭 향상시켜준다.
기존 수동적인 소음 차단 방식은 차음재, 다이나믹 댐퍼 등을 사용함에 따라 차 무게가 증가돼 차의 연료소비효율에 불리했다. 그리고 웅웅 거리는 저주파 소음의 차단도 불완전했다.
그에 반해 ANC(능동형 소음 저감기술)는 마이크 등 상대적으로 가벼운 부품을 쓰면서 저주파 소음도 개선할 수 있어 일부 차량에는 도입됐지만, 기술적 한계로 소음의 유형이 일정하고 소음이 언제 발생할 지를 예측할 수 있는 상황에 한정돼 효과가 제한적이었다.
노면소음은 약 0.009초만에 실내로 전달되는 데다 불규칙적이어서 이를 측정하고 분석한 뒤 상쇄 음파를 즉시 발생시켜 소음을 줄이는 것이 기술적으로 힘들었다. 그래서 연소시기를 통해 소음 발생 타이밍을 미리 알 수 있으며 소음 유형도 일정한 엔진 소음에 한해 주로 이 기술을 적용했다.
하지만 RANC기술은 소음 분석부터 반대 위상 음파를 발생하는데 까지 걸리는 시간이 고작 0.002초에 불과하기 때문에 동시다발적으로 발생하는 불규칙한 노면소음을 효과적으로 줄이는 것이 가능하다.
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.
현대차그룹은 6년여의 개발기간을 거쳐 RANC를 양산 적용에 성공했다. 특히 선행개발 단계에서 KAIST, 번영, ARE, 위아컴 등 이 참여하는 산학협력 오픈이노베이션 형태로 진행됐다. 또한 양산 단계에서는 글로벌 차량 오디오 전문업체인 하만과 협업해 완성도를 높였다.
RANC 적용으로 감소하는 약 3dB의 소음은 이를 적용하지 않았을 때보다 실내 소음에너지가 절반 수준으로 줄어드는 효과를 내는 것으로, 누구라도 쉽게 소음 저감을 체감할 수 있으며 한 체급 더 높은 차의 정숙성을 갖춘 수준이라고 할 수 있다.
RANC의 개발로 다양하고 불규칙한 노면소음까지 줄이는 것이 가능해져 기존 NVH저감 기술의 한계를 넘어 조용한 자동차 실내의 구현이 가능해질 것으로 기대된다. 특히 수소전기차와 전기차는 파워트레인 소음이 거의 없기 때문에 상대적으로 노면소음이 두드러질 수 밖에 없어 RANC가 적용되면 더욱 효과가 클 것으로 보인다.
현대자동차그룹은 RANC의 핵심 요소기술인 센서 위치 및 신호 선정 방법에 대해 한국과 미국에 특허 출원을 완료했다.
