능동소음제어를 활용한 블루오션 전략(22)(한국아파트신문 2009.12.31 > 칼럼

능동소음제어를 활용한 블루오션 전략(22)

기하급수적으로 늘어나는 자동차, 이로 인해 가장 문제가 되고 있는 도로소음문제, 소음저감에 한계성을 보이는 방음벽과 관련 공무원, 이러한 답답한 현실에서 실제 피해자는 많은 비용을 들여 어렵게 아파트를 구입한 소비자이다. 향후 더 증가될 이러한 소음문제를 전혀 해결할 방법은 없는 것일까. 혹자들은 곧 조용한 전기 자동차가 도로를 다니게 되므로 이러한 문제들은 없어지게 된다고 한다. 그러나 이들이 모르는 사실은 과거 방음벽이 도로 위를 점령하기 전에도 많은 전문가와 관련자들이 도로소음은 방음벽으로 해결될 것이라며 주장을 했다는 것이다. 과연 그들의 주장처럼 해결이 되었는가. 필자는 현 시점에서 소음문제를 근본적으로 해결하기 위한 접근방법이 필요하다고 주장하는 것이다.

도로소음저감의 가능성

Lueg의 시스템은 한 개의 loudspeaker를 사용하기 때문에 monopole 시스템이라고 불리며 이 시스템이 잡음의 주파수에 영향을 받는 약점을 해결하기 위하여 두개 혹은 세 개의 스피커를 사용하는 dipole 혹은 tripple 시스템이 제안되었다. 그러나 이와 같은 시스템은 스피커의 위치에 제한을 받기 때문에 최근에는 발달된 제어기술과 반도체 기술을 바탕으로 넓은 주파수 대역에서도 사용이 가능한 monopole 시스템을 많이 연구하고 있다. DSP Processor 등 고속연산이 가능한 processor의 발달로 적응제어기법을 이용한 덕트의 능동소음제어기와 active muffler가 미국의 Noise Cancellation Technologies (NCT) 사 등에 의해 실용화되고 있으며 3차원 문제에서도 ANC기법에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 영국 Southampton 대학의 Instiㅅute of Sound and Vibration Research (ISVR)을 중심으로 비행기의 propeller[9], 자동차의 엔진, motor 등의 회전기에 의한 3차원 공간에서의 소음제어에 관한 연구가 최근 10년간 활발히 이루어져 비행기 내부, 자동차 내부 등의 잡음제어에 괄목할 만한 성과를 이루었고 이를 이용한 승용차가 영국, 일본 등에서 생산되고 있으며 1991년에는 ANC 기법을 이용한 소리없는 냉장고가 일본 Toshiba에 의해 시판되었다. 적응필터의 구성을 위한 적응 알고리즘으로는 계산양의 문제 때문에 Least Mean Square(LMS) 알고리즘[20]이 많이 쓰이고 있으나 수렴 속도가 느리고 바람직한 특성을 얻기 위해서는 차수가 커야 하는 단점이 있으며, 최소 자승법은 수렴 속도는 빠르나 차수가 큰 경우에 계산양이 많으므로 실시간 처리가 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위하여 고속 칼만 알고리즘(Fast Kalman Algolithm;FKA), 격자 알고리즘( Lattice Algolithm ) 등 고속 알고리즘을 이용하는 연구와 Fuzzy logic을 이용한 개선된 LMS algorithm에 관한 연구가 행해지고 있다.

연구동향

현재의 연구동향을 보면 미국의 NCT 사 및 Nelson Industry 사의 Eriksson을 중심으로 engine exhaust, HVAC(central Heating, Ventilation and Air Conditioning) duct 및 공장의 굴뚝 등 1차원 공간에서 음속이나 시스템의 특성 등이 변하는 경우에도 잘 적응하는 적응 능동 제어에 관한 연구가 이루어지고 있으며 영국의 ISVR을 중심으로 3차원 공간에 대한 소음제어에 관한 연구가 활발히 진행되고 있고 일본의 Toyota, Nissan, Toshiba 등을 중심으로 이의 실용화가 이루어지고 있는 추세에 있다. 최근에는 능동방음벽(active noise barrier)을 이용하여 실내 소음을 원천적으로 제어하는 연구도 활발히 이루어지고 있다.