도로소음저감을 위한 능동형 방음벽 개발(6)(한국아파트신문,2011.04.13) > 칼럼

엑티브 노이즈 컨트롤 현상을 설명할 때 파동성에 근거하여 설명할 경우에는 입자적인 현상으로서 이해하기 어려우므로, 그 반대일 경우에도 동일하게 말할 수 있다. 앞에서는 소음원에 의한 음압신호와 이차 음원에 의한 음압신호가 있는 장소에서 간섭으로 상쇄되는 것을 설명했다. 그러나 이 때 그 장소에 원래부터 있었던 음향에너지가 어떻게 되었다는 것에 대해서는 언급하지 않았다. 음압신호가 상쇄된 장소에서의 음향에너지의 물리적 행동을 알기 위해서는 음압 뿐 아니라 입자속도에 대해서도 알 필요가 있으며, 또한 이들의 공간분포를 알아야 한다. 단, 음압과 3개 축 방향의 입자속도의 공간분포를 알았더라도, 음향에너지의 흐름, 즉 음향 인텐시티 분포를 가시화할 수 있게 되었을 뿐, 현상으로서는 이해가 되지만, 어떠한 제어를 의도하고 있는지에 대한 방법론을 이해하기는 어렵다.

음원에서 음향에너지가 방사하지 않도록 제어할 수도 있다. 예를 들어, 어떤 기계진동으로 음파가 생성되고 있을 때, 음원에 주어진 기계적 에너지 모두가 음향에너지로 변환되는 것은 아니다. 즉, 기계에너지에서 음향에너지로의 변환효율을 제어할 수 있다면, 공간 전체의 음향에너지를 줄일 수 있게 된다. 이러한 엑티브 노이즈 컨트롤을 실현하는 방법으로 두 가지 경우를 생각할 수 있다. 첫 번째는 음향에너지로의 변환효율이 가장 높아지는 공명현상이 발생하고 있을 때에, 이차 음원을 설치하여 소음원 근방에서의 음향 임피던스를 바꿔 공명을 억제하는 방법이다. 두 번째는 소음원 근방에 이차 음원을 설치하고 소음원에 의한 음향에너지 방사와 이차 음원에 의한 음향에너지 방사를 동시에 제어하는 방법이다.엑티브 노이즈 컨트롤 시스템(active noise control system)용 제어 알고리즘은 피드 포워드(feed forward)형 알고리즘, 피드백(feedback)형 알고리즘 및 이들을 결합시킨 알고리즘이 사용되고 있다. 이는 제어대상 특히 그 주파수 대역에서부터 목적에 따라 나뉘어 사용되고 있다. 엑티브노이즈 컨트롤에서 이용되고 있는 제어알고리즘은 피드포워드형과 피드백형의 알고리즘으로 구분되지만, 실제로 응용할 때는 이 둘을 조합하여 실현시키거나 수동제어와의 조합으로 실현시키는 등 다양한 구성을 생각해 볼 수 있다. 그렇기 때문에 제어대상의 주파수 대역과 초기비용, 운영, 보수비용을 고려한 비용대비효과로 제어방법을 결정해야 하며, 그 범위 내에서 엑티브 노이즈 컨트롤용 알고리즘을 선택하게 된다. 이때 피드포워드형으로 비주기소음을 제어할 때에는 반드시 인과율을 만족시킬 필요가 있으며, 그러기 위해서는 A-D/D-A변환과 센서 엑추에이터를 포함한 제어계 전체의 지연보다 소음과 진동의 전반경로에 의한 지연이 커야 한다. 이 인과율의 제약은 제어시스템 자체의 크기와 설치환경에 의한 제약으로부터 소음과 진동의 전반경로를 충분히 확보할 수 없는 경우에는 큰 장애가 되므로 실질적으로 피드포워드형 알고리즘을 이용할 수 없는 경우도 있다. 이 제약을 완화시킬 수 있는 방법 중 하나가 제어대상신호를 주기성소음으로 한정시킨 제어알고리즘이며 많은 실제장착 예가 있다. 한편, 피드포워드형 알고리즘은 사전에 제어대상에 대한 모델을 내포함으로써 참조신호가 필요하지 않고, 피드포워드형 알고리즘에서 문제가 되었던 소음진동 전반계에서의 인과율 제약을 크게 받지 않고도 제어시스템을 실현시킬 수 있다. 하지만 피드포워드형 알고리즘에 비해 높은 샘플링 주파수의 제어계는 연산량 등의 제약이 있어 실현하기는 힘들며, 비교적 낮은 주파수 영역에서의 엑티브 노이즈 컨트롤에 이용되고 있다.