산업현장 발생 소음 '전천후 물질'로 잡는다

KAIST, '복소 임피던스 타일' 기술 개발

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 산업 현장의 소음 문제를 해결하고, 항공택시와 같은 도심 항공 교통수단에서 발생하는 소음을 효과적으로 낮출 가능성을 제시했다.

KAIST는 전원주 기계공학과 교수 연구팀이 구조물 틈새나 개구부를 통한 열 교환과 공기의 흐름은 자유롭게 허용하면서도 소음은 차단하기 위해 음향 임피던스를 원하는 복소수 값으로 조절할 수 있는 음향 메타물질인 ‘복소 임피던스 타일’을 개발했다고 6일 밝혔다.

KAIST 연구팀.(왼쪽부터) 전원주 교수, 양은진 박사과정, 김지완 박사과정.(사진=KAIST)

음향 임피던스란 소리가 전파되는 매질(공기, 물)이 가진 고유의 음향학적 특성이다. 일반적으로 매질의 밀도와 음속의 곱셈으로 표현되기 때문에 그 값이 실수이며 매질이 정해지면 원하는 값으로 자유롭게 조절할 수 없다.

연구팀이 개발한 복소 임피던스 타일은 소리가 경계면에 부딪혀서 반사될 때 반사되는 소리 크기뿐만 아니라 방향까지도 조절할 수 있다. 기존 기술과는 달리 소리 크기와 방향을 적절하게 조절해 소리가 틈새로 거의 빠져나가지 않고 구조물 내에서 가둬진 채 줄어들도록 하기 때문이다.

연구팀은 전산 시뮬레이션을 통해 복소 임피던스 타일을 적용하면 밖으로 빠져나가는 소리를 90% 이상 저감할 수 있다고 예측하고, 실험을 통해 소음 저감 성능을 검증했다.

전원주 교수는 “복소 임피던스 타일은 개구부나 틈새를 전혀 막지 않으면서도 소리는 밖으로 빠져나가지 못하게 할 수 있다”며 “얇은 두께를 갖기 때문에 상대적으로 협소한 공간을 갖는 시스템에도 적용할 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 기계공학 분야 국제 학술지 ‘메카니컬 시스템 앤 시그널 프로세싱(Mechanical Systems and Signal Processing)’에 지난 3월 1일자로 게재됐다.

강민구 (science1@edaily.co.kr)