KAIST 연구진, 틈새로 빠져나가는 소음 잡는 기술 개발

음향 임피던스 조절 '복소 임피던스 타일' 고안

개방형 구조의 소음 저감을 위한 복소 임피던스 타일(a), 복소 임피던스 타일 적용 전/후의 음압 레벨 지향성(b).(KAIST 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 틈새로 빠져나가는 소음까지 잡는 기술을 개발해 주목된다.

한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 전원주 교수 연구팀이 구조물의 틈새나 개구부를 통한 열 교환과 공기의 흐름은 자유롭게 허용하면서도 소음은 효과적으로 차단하기 위해, 음향 임피던스를 원하는 복소수 값으로 조절할 수 있는 신개념 음향 메타물질인 ‘복소 임피던스 타일’을 개발했다고 6일 밝혔다.

음향 임피던스는 소리가 전파되는 매질(예 공기, 물)이 가진 고유의 음향학적 특성이다. 일반적으로 매질의 밀도와 음속의 곱셈으로 표현되기 때문에 그 값이 실수이며 매질이 정해지면 원하는 값으로 자유롭게 조절하는 것이 불가능하다.

반면 연구팀이 개발한 복소 임피던스 타일은 소리가 경계면에 부딪혀 반사될 때 반사되는 소리의 크기뿐만 아니라 방향까지도 조절하는 것이 가능하다.

이는 구조물 벽면에서 소리를 흡수만 하는 기존 기술과는 달리 소리의 크기와 방향을 적절하게 조절해 소리가 틈새로 거의 빠져나가지 않고 구조물 내에서 가둬진 채 줄어들도록 한다.

연구팀은 복소 임피던스 타일을 적용해 밖으로 빠져나가는 소리를 90% 이상 저감할 수 있음을 정밀한 전산 시뮬레이션을 통해 예측한 후 제작과 실험을 통해 소음 저감 성능을 검증하는 데 성공했다.

또 구조물 내벽에서 소리를 100% 완벽하게 흡수하는 경우보다도 복소 임피던스 타일을 사용했을 때 밖으로 빠져나가는 소리를 훨씬 더 큰 폭으로 저감할 수 있음을 확인했다.

왼쪽부터 KAIST 기계공학과 전원주 교수, 양은진 박사과정, 김지완 박사과정

전원주 교수는 “복소 임피던스 타일은 개구부나 틈새를 전혀 막지 않으면서도 소리는 밖으로 빠져나가지 못하게 할 수 있고 얇은 두께를 갖기 때문에 상대적으로 협소한 공간을 갖는 시스템에도 적용 가능하다는 특징이 있다"고 말했다.

이어 "재료가 아닌 구조의 형상적인 특징을 이용하기 때문에 습도나 온도 변화에 따른 유지 보수가 쉬울뿐더러 제작도 용이하다는 장점을 가지고 있어 전자제품(헤어드라이기, 청소기 등)부터 향후 미래 교통수단으로 각광받는 도심 항공 모빌리티까지 다양한 시스템의 소음 저감에 새로운 솔루션으로 활용이 가능하다”고 했다.

KAIST 기계공학과 박사과정 양은진 학생과 김지완 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구의 성과는 기계공학 분야의 국제 학술지 '메카니컬 시스템 앤 시그널 프로세싱'에 게재됐다.

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