열어둔 창문으로 들어오는 소음을 절반으로 만드는 장치가 등장

무더운 계절에는 창문을 활짝 열어두고 시원한 바람으로 집안에 환기하고 싶어집니다. 그 외에도 코로나19(COVID-19)의 대책으로도 환기가 권장되고 있습니다. 그러나 창문을 열어두면 외부의 소음까지 방에 들어와 버린다는 문제도 있습니다. 이번에 새롭게 발표된 장치를 창틀의 안쪽에 설치하면 소음이 반감되어 실내환기와 고요함을 양립하는 것이 가능합니다. 

Active control of broadband sound through the open aperture of a full -sized domestic window | Scientific Reports 

https://www.nature.com/articles/s41598-020-66563-z

Scientists Say You Can Cancel the Noise but Keep Your Window Open - The New York Times 

https://www.nytimes.com/2020/07/11/science/windows-street-noise.html

Noise-cancelling windows halve traffic sounds even when they 're open | New Scientist 

https:// www.newscientist.com/article/2248486-noise-cancelling-windows-halve-traffic-sounds-even-when-theyre-open/

창틀에 설치하여 창문을 열어놓고도 소음을 감소시키는 장치를 개발한 곳은 싱가포르의 난양기술대학교에서 전자공학을 연구하고 있는 Bhan Lam 씨와 돗토리대학 공학연구과의 니시무라 쇼지 씨의 연구팀입니다. 싱가포르 출신의 Lam 씨는 뉴욕타임즈와의 인터뷰에서 "나는 소음이 많은 작은 마을에서 태어나 자랐기 때문에 소음 문제의 해결에는 동기가 있습니다"라고 말합니다. 

Lam 씨 연구팀이 실험용으로 만든 '액티브 노이즈 컨트롤(ANC) 시스템'의 프로토 타입은 아래의 사진과 같습니다. ANC시스템은 창 밖에 장착된 센서와 내부에 늘어선 지름 4.5센티미터의 마이크로스피커 24개로 구성되어 있습니다.

ANC시스템의 센서가 창문 바깥에서 들어온 잡음을 감지하면, 잡음과 같은 주파수에서 음파가 역위상이 되는 '안티노이즈'가 스피커에서 발생하여 소음을 상쇄하는 것이 ANC시스템의 방식입니다. Lam 씨는 이 원리를 '노이즈캔슬링 이어폰'과 같은 원리입니다" 라고 말합니다. 

연구팀이 실제로 실험용 방의 창문에 ANC시스템을 설치하여 창밖에서 소음을 발생시킨 결과, 실내에 도달하는 소음이 최대 10데시벨 감소했다고 합니다. 소리가 10데시벨 떨어지면 많은 사람들은 볼륨이 절반이 되었다고 느낀다고 합니다. 

다음은 왼쪽부터 화이트 노이즈, 고속도로 소음, 철도 소음, 비행기 소음으로 실험을 실시한 결과로 각 그래프의 세로축은 소리의 크기, 횡축은 소리의 주파수를 보여주고 있습니다. 또한 그래프 중 실선(実線)은 'ANC시스템 없이 창문 개방', 파선은"ANC시스템 있는 창문 개방', 점선은 'ANC시스템 없이 창문 폐쇄'를 나타냅니다. 모든 그래프에서 파선이 실선과 점선의 중간 정도에 위치하고 있어 ANC시스템을 사용하면 '창문을 개방한 상태'와 '창문을 닫은 상태'의 중간 정도의 소음 수준이 되는 것을 알 수 있습니다.

ANC시스템은 자동차나 기차 등에서 발생하는 경우가 많은 300~1000 헤르츠(Hz)의 소리를 줄일 수 있고, 다른 소리를 감지하고 중화하는 특성상 지속적으로 발생하는 소리를 감소시키는데 적합합니다. 따라서 도시에서 볼 수 있는 교통소음의 피해를 완화하는데 최적이라고 합니다. 한편 300Hz 이하의 저음과 목소리가 큰 사람이 대화하는 소리 등에는 취약하다고 합니다. 

연구팀은 앞으로 실험용으로 만든 방이 아닌 실제 환경에서의 실험을 실시해, 이번에 개발한 ANC시스템에 대해 추가로 연구를 진행시켜 나갈 예정이라고 합니다.