[생활TECH] 시끄러운 자동차, 노이즈 캔슬링 적용 방식은?

[편집자주] 디지털 전환 가속은 우리 생활에도 많은 영향을 미치고 있습니다. 지금까지 익숙했던 환경의 변화도 무시할 수 없습니다. [생활TECH]에서는 대수롭지 않게 지나치던, 쉽게 접할 수 있는 IT 기술을 소개하고 어떤 원리로 동작하는지, 그리고 개선할 부분은 없는지를 살펴보고자 합니다.

[테크월드뉴스=박예송 기자] 노이즈 캔슬링은 이어폰에 흔히 쓰이는 기술입니다. 주변의 소음을 차단하고 소리를 더 또렷하게 듣기 위해 노이즈 캔슬링을 채택하고 있습니다. 자동차에서도 주행 시 여러 요인으로 인해 소음이 발생하게 되는데요. 운전자의 주행 안전을 위해 자동차에도 노이즈 캔슬링 기능이 탑재되고 있습니다.

▶교통수단에 효과적인 노이즈 캔슬링

노이즈 캔슬링은 주변 소음을 차단하는 기술로 물리적으로 소음을 줄이는 패시브 노이즈 캔슬링과 파동을 이용해 소음을 줄이는 액티브 노이즈 캔슬링으로 나뉩니다.

흔히 말하는 노이즈 캔슬링은 액티브 노이즈 캔슬링 방식을 의미합니다. 소리는 위아래로 진동하는 파동이기도 합니다. 액티브 노이즈 캔슬링은 이 파동을 이용하는데요. 마이크로 외부 소음을 수집하고 연산 장치로 소음을 분석한 후 반대 파형을 쏘아 사람의 귀에서 소음을 느끼지 못하게 합니다.

노이즈 캔슬링은 소음을 수집 및 분석하고 반대 파동을 생성하는 과정을 거치기 때문에 실시간으로 주변 소음에 대응하기 어렵습니다. 시차가 발생하는 것입니다. 이런 이유로 버스나 지하철 안에서 발생하는 소음처럼 규칙적이고 지속적인 소음에 효과적입니다.

반대로 순간적으로 발생하는 문 여닫는 소리, 자동차 경적 소리 등 불규칙하고 지속적이지 않은 소음은 걸러내지 못합니다. 내부 회로가 대응하기 전에 소리가 사라지기 때문입니다. 사람 말소리도 마찬가지입니다. 노이즈 캔슬링 기능을 활성화해도 주변 사람 대화가 들리는 이유입니다.

▶노이즈 캔슬링 기능도 담당하는 차량 부품

자동차 노이즈 캔슬링도 패시브, 액티브 방식으로 구분할 수 있습니다. 패시브 노이즈 캔슬링은 소음이나 진동이나 발생하는 부품 주위에 차음재나 흡음재를 덧대는 방식으로 구현합니다. 엔진룸과 차량 내부 사이, 차체 바닥 같은 곳이 대표적입니다.

액티브 노이즈 캔슬링은 마이크나 센서를 이용해 소음을 감지하고 분석합니다. 이를 통해 엔진에서 들려오는 구동계 작동음이나 바퀴에서 차체를 타고 유입되는 소리를 줄입니다.

자동차 액티브 캔슬링 기술은 가속도 센서, 디지털신호프로세서(DSP), 마이크, 스피커 등의 부품이 사용됩니다. 가속도 센서로 소음의 원인, 진동을 측정하고 진동 데이터는 컴퓨팅 연산 프로세서인 DSP로 전송됩니다. DSP에서 소리를 분석하고 반대 파형을 만듭니다. 차량 내부 오디오 시스템을 통해 반대 파형이 나오면서 소음을 상쇄합니다.

마이크는 차량 내부 소음을 수집하는 역할을 합니다. 차량 내부 소음이 잘 줄어들었는지 확인해 DSP에 필요한 데이터를 전달합니다. 제대로 소음을 제거하도록 마이크가 계속 피드백을 주는 것입니다.

▶전기차에 적용하기엔 아직 부족해

패시브 노이즈 캔슬링의 경우 자동차에 적용하기엔 단점이 큽니다. 소리를 막기 위해 추가 재료를 차량에 더하는 것이기 때문에 무게가 늘어납니다. 차량이 무거워지면 연비가 줄어들고 주행 거리가 감소하기 때문에 경량화가 관건인 전기차에는 적용하기 어렵습니다.

액티브 노이즈 캔슬링도 전기차에서는 어려운 면이 있습니다. 내연기관차는 엔진의 소음이 노면 소음 등 실내로 유입되는 다른 소리들을 어느정도 상쇄시키는데요. 전기차는 내연기관차와 달리 외부 소음을 상쇄시킬만한 요소가 없어 상대적으로 노면 소음이 크게 느껴집니다. 노면소음은 아직 액티브 노이즈 캔슬링으로 제어하기 어려운 범위에 있어 오히려 내연기관차보다 더 민감하게 반응할 수 있습니다.

전기차뿐만 아니라 자율주행차의 개발로 차량 내부는 하나의 디지털 공간으로 바뀌고 있는데요. 자동차 안에서 통신 및 엔터테인먼트를 가능하게 하는 미래차 관점에서 자동차 노이즈 캔슬링 기술 개발의 요구는 더욱 커질 것으로 보입니다.