자동차 소음의 범주와 소음원·감소 요인 살펴보니

[IT동아 김동진 기자] 자동차 부품이 유발하는 실·내외 소음과 차량 내·외부에서 발생하는 진동, 불규칙한 충격으로 인한 소음과 진동, 노면 스트레스의 전달로 인한 거슬림 등은 차량 부품에 악영향을 끼칠 뿐만 아니라 운전자와 탑승자의 피로를 유발한다. 각 제조사가 만족스러운 운전 경험을 위해서 소음(Noise)과 진동(Vibration), 불쾌함(Harshness)을 결합한 NVH 성능 강화에 매진하는 이유다.

그렇다면 제조사는 어떻게 NVH 성능 강화에 나서고 있을까. 최근 개최된 컨퍼런스에서 자동차 소음의 범주와 원인, 감소 요인에 관한 힌트를 얻을 수 있었다. 프랑스 소프트웨어 기업, 다쏘시스템이 이달 개최한 연례 컨퍼런스, ‘3D익스피리언스 컨퍼런스 2023’에 고객사인 현대자동차가 참여해 관련 사례를 공유했다.

‘3D익스피리언스 컨퍼런스 2023’에서 자동차 소음을 주제로 기조강연에 나선 이동건 현대자동차 책임연구원은 “자동차 소음은 크게 3가지 카테고리가 있는데 하나는 변속기와 파워트레인, 기타 기계적인 소음을 포괄한 ‘엔진 소음’과 지면에서 타이어를 통해 들어오는 ‘노면 소음’, 창을 닫고 통상 시속 100km 이상 고속으로 달릴 때 들리는 높은 주파수음인 ‘윈드노이즈’로 구분한다”며 “노면 소음의 경우 타이어 외에도 차량이 어떤 구조적 특성을 보였는지, 취약점이 있는지 등 외부 소음을 막아주지 못하는 여러 가지 상황에 의해 달라진다. 윈드노이즈의 경우, 다른 소음과 달리 구조적으로 전달되는 부분이 거의 없고 공기 전파로만 전달되는 특징이 있다”고 말했다.

이동건 책임연구원은 이어 “엔진이 있는 차나 없는 차 모두 노면 소음과 윈드노이즈가 고속에서 결합해 있는 형태는 같은 패턴을 보인다”며 “그렇기 때문에 윈드노이즈가 전기차라서 더 잘 인지된다는 주장은 이론상 맞지 않는 측면이 있다”고 전했다.

이동건 책임연구원은 “현대차에서 윈드노이즈로 규정하는 범주는 크게 3가지로 ‘풍절음’과 ‘흡출음’, ‘공동소음’이다”라며 “풍절음이 발생하는 경우는 차량의 어떤 형상이 있고 차량 주위를 흘러가는 유동들의 박리들로 인해 소음이 발생하는 경우, 예컨대 사이드미러나 안테나에서 발생하는 소음이다. 흡출음은 차량을 실링할 때 막은 밀폐 구조가 완벽하지 않은 탓에 공기가 유출입하는 과정에서 나는 소리다. 공동소음의 경우 대표적인 예는 선루프를 열었을 때 헬리콥터 소리가 나면서 실내 고유 음장(음이 존재하는 공간)과 외부 이동 상황이 맞물려 소음이 나는 경우다. 차량 주위 예컨대 테일게이트 사이에서 유발되는 소리도 공동소음으로 칭하며, 엔진과 쿨링팬, 에어컨 블로우 소음도 윈드노이즈 카테고리에 포함하고 있다”고 말했다.

이동건 책임연구원은 이어 “차량에서 가장 시끄러운 것은 상부다. 전체적으로 보면 차량에서 돌출물이 가장 많은 지역이 차량의 상부이기 때문이다. 사람의 머리나 귀와 가장 가까운 곳도 차량 상부에 위치해 있다”며 “따라서 사이드미러가 윈드노이즈에 큰 영향을 주는 요인으로 알려져 있다. 또 하부 소음이 윈드노이즈에서 배제되는 경우도 있는데, 실제로 차량이 유발하는 윈드노이즈의 40~60% 정도를 차지한다”고 말했다.

현대차는 윈드노이즈를 줄이기 위한 방안을 최근 출시한 차량 설계에 적용했다. 윈드실드 부위에 이중 접합 차음 글라스와 보닛 및 팬더 내부에 흡·차음재 보강하고 사이드미러의 관절 부위 틈을 메우는 컷라인 씰로 주행풍이 그사이를 통과하지 못하도록 작업하는 방식이다. 차체 측면 하단(로커 패널)에 로어씰도 추가했다.

로드노이즈를 줄이기 위해서는 흡음 패드를 활용함과 동시에 리어 서스펜션에 하이드로 CTBA 부싱을 적용했다. 하이드로 부시란 특정 노면의 진동에 대한 감쇠력을 높여 불쾌감을 줄 수 있는 잔진동을 줄이고, 핸들링 성능 저하는 최소화하는 데 도움을 주는 부품이다.

이동건 연구원은 “최근에는 카메라를 활용한 디지털 사이드미러를 채택하면서 사이드미러 사이즈가 작아지고 있기 때문에 실제 실험에서도 일반 사이드미러 대비 소음이 많이 준 것을 확인할 수 있었다”며 “자율주행차 개발 과정에서도 소음을 고려하지 않을 수 없다. 차에 외부 마이크를 설치해야만 하는 기술적 요인 등이다. 예컨대 자율주행으로 가다가 뒤에서 응급차가 오면 비켜줘야 하므로, 사이렌 소리를 감지하는 기능을 의무적으로 넣어야 한다. 그 역할을 하는 외부 마이크를 설치해야 하는데 실험 결과, 뒤쪽 번호판에 설치하는 게 가장 윈드노이즈를 덜 유발한다고 판단해 해당 위치에 설치하는 식이다. 향후 기술적인 요구사항이 늘어날수록 소음을 잡기 위해 해야 할 일이 많아질 것으로 판단한다”고 말했다.

현대자동차와 프랑스 소프트웨어 기업 다쏘시스템은 자동차 소음원을 찾아내기 위해 3D 시뮬레이션 기술을 활용하는 방식으로 협력하고 있다. 시뮬레이션 과정에서 확보한 데이터를 바탕으로 소음 감소 방안을 도출하고 다시 시뮬레이션을 거쳐 실제 차량에 적용하는 과정에 디지털 기술을 사용하고 있다.

다쏘시스템 파워플로우(PowerFLOW) 시뮬레이션으로 유동 소음원을 추출하는 모습.

정운성 다쏘시스템코리아 대표는 “앞으로도 자사 기술력을 활용해 기업의 시행착오를 줄여 업무 현장의 문제점을 개선하고, 나아가 지속 가능성을 실현하는 데 중추적 역할을 할 것”이라며 “더 나은 주행 경험을 위해 현대차와도 지속해서 협력할 것”이라고 말했다.

글 / IT동아 김동진 (kdj@itdonga.com)