자동차소음의 원인및 방음

[사운드미짱]

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1.자동차 소음의 종류

자동차의 소음은 크게 2가지 종류로 고체 전달음(structure-borne noise)과, 공기 전달음(air-borne noise)으로 구분되어 집니다.

고체 전달 음은 차량을 구성하고 있는 각종 구조물의 공진에 의해 발생되는 소음으로 Booming noise (배기계,구동계,차체), Road noise, 기타 보기류의 진동음 등이 있습니다.

공기 전달 음은 차량을 구성하고 있는 구조물의 공진에 의하지 않고 각종 소음원으로부터 직접 차 실내로 유입되는 소음으로 엔진 투과 음,Booming noise (흡기 음,배기 음),tire pattern noise, brake squeal noise,gear noise, 풍절 음, 기타잡음으로 구분됩니다.

[표]차량 소음원과 일반 특성

현 상		발생 주파수 대역	주 진동원	공진계
Booming Noise	저 속	30 ~60 Hz	엔진 토크의 변동	차체 공진
	중 속	60 ~100 Hz	엔진 토크의 변동 흡입기음의 투과	구동계의 비틀림 구동계의 굽힘 공진 배기계 공진 차체 Panel 막공진
	고 속	100 ~200 Hz	엔진토크의 변동 흡입기음의 투과 타이어 불균형	구동계의 비틀림 구동계의 굽힘 공진 배기계 공진 차체 Panel 막 공진 차 실내 공명 엔진 보기류 공진
Beat Noise		40 ~ 200 Hz	엔진 폭발 주기고조파와 에어콘 콤푸,파워 스티어링 펌푸등의 회전 고조파가 근접 엔진 폭발주기 고조파와 타이어의 회전 주기고조파가 근접	차체 Sub Member의 공진 차체 공진
Road Noise		30 ~ 60 Hz	노면 요철 표면이 거친 포장도로	타이어 공진 차체 국부 공진
Harshness			노면의 요철 및 단차 노면의 홈 및 홀	타이어 공진 써스펜션 공진 차체 공진
Squeal Noise		200 ~10 KHz	브레이크 패드와 디스크의 마찰과 진동 Shoe와 drum의 마찰과 진동	디스크 공진 드럼 써스펜션
Gear Noise		300 ~ 1500 KHz	기어의 치합음	T/M케이스의 공진 T/M Mounting bracket 공진
엔진 투과음		300 ~ 500 Hz	엔진의 진동 엔진 기계음/연소음 흡입계/배기계음 냉각 휀 소음	Engine structure 및 Moving part 공진
Tire Noise		100 ~ 1000 Hz	타이어의 패턴	타이어의 탄성 진동
풍절음		800 ~ 5 KHz	차체표면 요철부 주위의 공기 난류 도어등 각 틈새로부터 실내 유입음
기타 잡소리		300 ~ 1500 Hz	각종 트림 부위 회전 부위 그리스 주입 불량	도어,후드,트렁크리드 등의 공진

2. 자동차 소음의 발생 원인

자동차의 소음 발생 원인은 크게 엔진 , 흡,배기 , 경음기 , 문 여닫는 소리, 주행 소음(로드 노이즈)로 나누어 집니다..

엔진 노이즈는 엔진은 왕복 운동에 의해 구동되므로 주기적인 충격이 있으며,이로 인한 엔진의 측면으로부터 소음을 발생 시킵니다..

흡,배기 노이즈는 엔진의 구동에 필요한 공기 및 가스를 주기적인 흡입 및 배출하는 과정에서 소음이 발생합니다.. 그로 인하여 소음기를 설치하고 있으며,이것은 20Phone 이상의 소음을 감소시키고 있습니다..

타이어 소음은 타이어의 패턴과 도로면의 마찰로 인한 노이즈가 발생하며,도로면의 상태에 따라 노이즈의 레벨이 달라 집니다. 타이어의 소음은 고속 주행시 문제가 되며,70Km/h 이상이 되면 문제가 커집니다.

그밖에 경음기 나 냉각 휀,벨트,에어콘,구동 축 등 부수적인 구성품들이 소음을 생산하고 있습니다.. 로드 노이즈는 도로 상태에 영향을 많이 받고 있으며,주행속도가 높음으로써 양도 커집니다.. 자동차의 속도가 두 배 증가 약 10db 커집니다..

3. 자동차 소음감소 대책

소음의 감소 대책은 소음의 종류에 따라 다르게 적용될 수 있습니다..

1) 고체 전달음

- 진동원 및 전달계 : Damping material을 이용하여 진동원으로부터 진동 전달 절연.

- 공진 영역의 이동 : 공진 주파수 이동 (강성 증대,질량 변경)

- 연성의 회피 : 각 진동 모드간의 연성 정도 확인.

- 특정 모드의 제어 : 보강재 및 제진재 적용.흡진기 사용.

2) 공기 전달음

- 음원 에서의 감소 :엔진 소음,흡기계 소음,배기계 소음 등.

- 차음 대책 : 차음재 적용,마감 철저.

- 방음 대책 : 각종 방음재 및 흡음재 적용.

발췌 : 한국 진동 소음 공학회 학회보(수송 기계의 소음,진동,충격 시험 평가 )

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1. 자동차 진동의 발생 경로

자동차 진동의 발생 경로는 크게 3단계로 나눌 수 있습니다.

진동을 발생 시키는 진동원과 이를 전달하는 전달계 , 전달된 진동을 최종적으로 이를 받아들여 현상으로 나타내는 응답계입니 다.

엔진,구동계,흡기계,냉각계,배기계,조향계,현가계,노면,바람등 진동을 발생 시키는 진동원과 이를 전달하는 차량의 구조물과 지지 계 등의 전달 과정을 통하여 최종적으로 응답계인 차체를 통해 진동의 현상을 나타냅니다.. 이러한 진동은 다시 공기를 매개로 하여 사람의 귀로 전달되는 소음으로 파생됩니다.

2.자동차 진동의 종류

자동차의 진동은 정지간의 진동과 주행시의 진동으로 나누어 집니다.

1) 정지간의 진동 : 아이들링 시 주로 발생되는 진동은 휠 및 차체 바닥의 상하 진동(Shake)을 말하며,오토매틱 차량이 수동차량 보다 심각하게 나타납니다.

2) 주행시의 진동 : 차량이 주행시 발생되는 진동은 휠 에서의 상하 방향 진동과 원주방향진동 (Shimmy),그리고 차체 바닥의 상하 방향 진동(shake) 등이 있습니다.

3. 차량 진동의 일반적 특징

구분	현상	주 진동원	공진계
정지시	Shake	엔진의 구동력	차체 골격 진동 휠의 진동 머플러 탄성 진동
주행시	Shake	엔진 가진력 타이어의 불균형/불 균일	차체 골격 진동 차체 PNL 탄성 진동 엔진의 강체 모드
	Shimmy	타이어의 불균형/불균일	차체 Later bendind mode

방음 이란?? 위의 소음과 진동에서 설명한 바와 같이 자동차의 소음과 진동은 운전자에게 많은 영향을 주며 이러한 악조건이 운전자로 하여금 방음에 대한 관심을 증대 시키고 있습니다.. 자동차는 구조적으로 소음과 진동을 계속 생산하며 이러한 소음과 진동을 완전히 없앨 만한 기술이 아직 실용화 단계에 미치지 못하는 실정입니다... 자동차의 방음은 크게 적극적인 방법의 방음과 소극적인 방법으로 나눌 수 있는데, 적극적인 방법은 자동차의 소음원을 찾아 그 소음원을 없애거나 억제하는 방법으로, 현재 자동차 메이커나 연구소 등 여러 곳에서 활발한 연구 활동을 펴고 있으나 아직 실용화되지 못하고 있습니다.. 소극적인 방법은 자동차의 소음과 진동이 차량의 실내로 유입되는 것을 억제하거나 방지하는 것으로,방음 시공을 들 수 있습니다.. [그림]자동차 속도변화에 따른 노이즈 레벨] 위의 그림에서와 같이 자동차의 노이즈는 차량의 속도 변화와 주행 환경 등에 따라 수시로 변하는 다이나믹한 구조를 가지고 있으며, 주행 중 바닥으로부터 전해져 오는 진동과 노이즈의 영향이 큰 요인으로 작용합니다.. 그림에서와 같이 실내 바닥의 앞 좌석과 뒤 좌석의 비교 측정에 따르면, 시속30km대에 가장 심한 것을 알 수 있습니다,..물론 자동차의 속도 증가에 따라 노이즈의 레벨도 따라 올라갑니다만, 일반적인 시내 주행 상태 임을 가정할 때 30km대에 가장 심한 것을 알 수 있습니다.. 자동차의 소음과 진동은 (이하 노이즈라 함) 크게 엔진 노이즈와 로드 노이즈로 구분됩니다.. 엔진 노이즈는 말 그대로 차량의 엔진이 구동 순간부터 진동을 발생하며,이것이 공기를 매질로 전파되는 것을 소음이라 하고 , 차체를 매질로 전달되는 것을 통상 진동이라 합니다.. 공기를 통해 전달 되는 것을 Airbone- noise라 하고 차체를 통해 전달되는 것을 Structure bone- noise라고 합니다... 로드 노이즈는 말 그대로 주행 중 발생하는 노이즈로 도로면의 요철에서 오는 진동이나,타이어의 패턴에 의한 마찰음, 돌맹이가 튀면서 만들어내는 소음, 공기에 의한 풍절 음 등이 있으며 ,이러한 각종 노이즈가 복합적으로 작용하여 차량의 실내로 유입됩니다 자동차는 생산 당시 약간의 강판 보강재와 방진 패드가 붙어져 출고가 되나 이것만으로는 소비자의 욕구를 충족 시키기에는 모자람이 아주 많습니다. [그림]자동차용 실러 사용부위와 강판 보강재 사용 부위도 자동차는 이중 접합 구조를 가지고 있으며 모두 일정 형태의 공간과 면을 가지고 있습니다.. 이러한 공간에서 발생하는 공진이 실제 엄청난 양의 소음을 발생할 수 있습니다.. 방음은 이러한 각종 형태의 소음과 진동이 실내로 유입되는 것을 막아주는 것을 말하며 차량의 이중 구조에 알 맞는 시공 방법을 택해야 보다 높은 효과를 창출해 낼 수 있는 것입니다. 다시 말씀 드리면 차량은 이중 구조인데 안쪽면 또는 바깥쪽 차체에만 시공을 했을 경우 효과는 떨어지며 이중 철판 모두를 시공하는 것이 효과를 배가 시키는 방법입니다.. 자동차 방음의 궁극적인 목적은 오너가 가장 조용한 상태에서 운전을 할 수 있도록 차량 내,외부로부터 전달되는 소음 및 진동을 차단하여 보다 안락한 실내 환경을 구현하는데 있습니다.. -->방음 시공시 효과 차체 내에서 발생되는 엔진 노이즈 및 진동 감소(Shake 감소) 주행 중 발생되는 로드 노이즈 및 진동 감소 (Shake 및 Shimmy 감소) 오디오 기기의 업 그레이드 효과 발생 (음압 상승) 주행 성능 개선 (롤링 및 요잉 방지) 차량 환경 개선 (방음자재의 방열 기능으로 에어컨 및 히터의 기능 향상) 차량 충돌 사고시 안전에 기여 (출고 당시의 철판에 방음 시공을 함에 따라 차체의 강성 변화.. 충돌 사고시 차체의 찌그러지는 범위가 감소하므로 운전자의 안전에 기여함)

방청 이란?? 출고되는 모든 차량은 프레임에 수 많은 샷시와 철판으로 조립되어 있는데 이는 용접 또는 볼트와 나사로 체결되어 있 고 이러한 곳에서부터 부식이 되고 소음과 잡음이 발생하게 됩니다. 특히 우리나라처럼 바다가 접하여 염분이 많고 겨 울 눈길에 뿌리는 염화칼슘, 수분 습기등 기타 산화물질 등에 의하여 부식, 차량의 노후화를 가속시키고, 각종 브라켓 등의 이음새들이 느슨해져 주행시 보이지 않게 차체가 뒤틀려 코너링, 비포장도로 주행시 쏠림 현상이 심화되고 삐그덕 거리는 소음 잡음이 들리게 됩니다. 더불어 엔진룸으로부터 들려오는 각종 기계음과 외부에서 유입되는 각종 소음들은 운전저 및 동승자를 피로하게 만드는 원인들인데 대다수의 사람들은 문제 의식을 갖지 않고 있으며 오히려 신차로 교체 를 고려하게 됩니다만 이보다는 상기 문제들을 개선하여 쾌적하고 조용한 공간을 만들고 스스로 원하는 차로 만들어 언 제나 새차처럼 유지하는 것이 경제적일 것입니다. 방청의 효과 휀다 및 하체로부터 내부로 유입되는 엔진소음, 타이어 마찰음, 바람소리 등을 차단하고 차체의 가종 이음새 부분 등에 깊숙히 스며들고 고착되어 부식과 진동을 방지하고 바디 튜닝이 되어 차체의 노후화를 지연시키고 주행시 롤링을 줄여 줍니다.

자동차 방음의 미래.. 자동차 방음에 대한 인식은 교통량의 증가와 자동차가 생활의 일 부분이라는 인식이 확산되고,차에서 생활하는 시간이 늘어남에 따라 자연스럽게 방음에 대한 관심이 증대되고 있습니다.. 자동차 방음은 자동차 메이커의 기술력의 척도이고,소음은 운전자의 피로와 직결된다는 인식이 증대되므로 자동차 메이커에서는 보다 조용한 차량을 생산하기 위해 많은 연구를 진행 중이며, 자동차의 소음과 진동을 실내로 유입되는 것을 막아주는 소극적인 방법이 아니라 자동차의 소음원을 찾아 소음을 억제하는 적극적인 방법으로 연구를 진행하고 있으니 멀지 않은 현실에 보다 조용한 자동차의 개발을 기대해 봅니다.. [그림]자동차의 주행 중 돌맹이에 의한 발청 원인 (도로쇄석6호 기준) 위의 그림은 도로쇄석 6호를 기준으로 설명하는 것으로 차량의 주행시 돌맹이에 의한 발청의 원인을 밝히며 이 작은 돌맹이 들이 어떤 전달 과정을 통해 소음을 만드는지를 설명한 그림입니다.. [그림]알고리즘에 의한 차세대 방음의 원리 및 연구도 위의 그림은 카이스트, 울트리파크,비아노,등 방음과 진동에 관한 연구를 하는 단체에서 연구 진행 중인 이론입니다.. 위의 이론에 의하면 자동차의 주요 소음원에 입력 센서를 설치하여 이곳에서 읽어 들인 노이즈의 파형을 디지털 신호로 바꾼 뒤 변환 과정을 거쳐서 읽어들인 노이즈의 반대파의 주파수를 생산하여 앰프를 거쳐 운전자에게 도달 시킴으로써, 노이즈의 반대파로 상쇄시키는 연구입니다..위 연구 단체에 의하면 실차 적용이 가능하다는 검증을 끝낸 상태이며, 세부적인 연구가 진행 중입니다... [그림]노이즈의 반대파형을 이용하여 노이즈를 억제하는 그림과 데이터 이와 같이 각 연구기관 및 단체에서 적극적으로 연구를 진행하고 있으니 앞으로 멀지 않은 시기에 보다 조용한 주행 환경을 구현할 수 있는 자동차가 출고될 수 있다는 비젼을 보여 주고 있습니다. 자료출처:카이스트울트라팩,고대비아노,한국 진동소음공학회 기타 각단위 소음 진동 연구 단체