가속소음

왜 배우는가: 자동차 소음은 도로 교통 환경 평가와 차량 설계 양쪽에서 다뤄지는 주제다. 가속소음은 출발과 가속 구간에 민원과 설계 문제가 집중되어 시험에 반복해서 나온다.

출제 이력: 제122회 1교시 11번, 제117회 1교시 13번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

가속소음은 자동차가 가속 주행할 때 발생하는 소음으로, 제작차 소음허용기준의 가속주행소음 항목에 해당한다.

가속소음은 자동차가 출발하거나 속도를 높일 때 크게 들리는 소음이다. 엔진의 출력과 회전수가 함께 올라가는 구간에서 소음이 가장 뚜렷하게 나타난다.

법령에서는 같은 대상을 가속주행소음이라 부른다. 답안 첫 줄에서 두 이름의 관계를 한 번 밝혀 두면 채점에서 혼동을 막을 수 있다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 가속주행소음: 자동차가 가속하며 주행할 때 측정하는 소음 종류
• 제작차 소음허용기준: 자동차 제작 단계에서 지켜야 하는 소음 한도 체계
• 인증시험: 자동차제작자가 소음 적합 여부를 확인하는 시험
• 구동계: 엔진 동력을 바퀴까지 전달하는 장치 전체
• 배기소음: 배기가스가 배기구로 나가며 생기는 소음
• 경적소음: 경적 사용으로 발생하는 소음
• 부밍소음: 특정 회전수나 속도에서 차체가 공진해 생기는 저주파 소음

1교시 용어형 답안은 정의 한 문장, 원인 한 문장, 관리 기준 한 문장 순서로 쓰면 된다. 원인은 엔진과 구동계의 가진이고, 관리 기준은 제작차 소음허용기준이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 가속소음은 차가 힘을 내며 달릴 때 차 안팎에서 커지는 소리다. 엔진이 힘을 쓰는 순간 구동계와 차체가 함께 흔들리고, 그 진동이 공기 중 소음으로 바뀌어 들린다.

정식 정의는 법령에서 찾는다. 소음ㆍ진동관리법은 소음을 기계, 기구, 시설 등의 사용이나 사람의 활동으로 발생하는 강한 소리로 정의한다. 법 시행령은 제작차 소음허용기준을 가속주행소음, 배기소음, 경적소음의 세 종류로 나누어 정한다. 따라서 가속소음은 이 세 종류 중 가속주행소음을 가리킨다.

가속소음의 원리는 세 갈래 소음원으로 이해한다. 첫째는 엔진의 연소 폭발과 기계 진동이다. 둘째는 구동계의 비틀림 진동이다. 가속하면 토크 변동이 커져 구동계가 특정 회전수에서 공진하기 쉽다. 셋째는 배기계 흐름 소음이다. 가속할 때는 이 세 원인이 함께 강해져 정속 주행보다 크게 들린다.

가속소음은 정속 주행 소음이나 정차 상태의 소음과 구분된다. 저속에서는 엔진 소음이 중심이고 고속에서는 타이어와 공기 흐름 소음의 비중이 커진다. 가속 상태에서는 엔진 토크와 구동계 진동이 중심이 된다.

핵심 용어는 두 가지다. 부밍소음은 특정 엔진 회전수나 차량속도에서 구동계나 차체가 엔진 가진력과 공진해 생기는 저주파 소음이다. 발생 속도 구간이 비교적 좁고, 가속할 때 특히 크게 나타난다. 인증시험은 가속주행소음 시험과 배기소음 및 경적소음 시험으로 이뤄진다. 가속주행소음 시험은 정해진 가속 조건에서 차량의 소음을 측정하며, 측정 방법은 고시와 제작자동차 시험검사 및 절차에 관한 규정이 정한다.

시험 결과인 소음 수준은 정해진 조건에서 측정한 값으로 평가한다. 같은 차량이라도 변속 조건, 가속 정도, 노면 상태가 달라지면 측정값이 달라지므로 시험 조건을 표준화하는 것이 중요하다. 이 점이 시험 방법을 고시로 정하는 이유가 된다.

3. 등장 배경과 필요성

도로 교통량이 늘고 차량의 출력이 커지면서 차량 주행 소음에 대한 민원도 함께 늘었다. 출발과 가속 구간은 엔진 부하가 가장 커서, 같은 차량이라도 소음이 가장 크게 들리는 구간이다. 도로변 주거지에서는 이 소음이 야간 수면을 방해하는 원인이 되어 민원 대상이 된다. 그래서 가속 상태의 소음을 따로 관리할 필요가 생겼다.

소음ㆍ진동관리법은 국민이 조용하고 평온한 환경에서 생활할 수 있도록 소음과 진동을 적정하게 관리하는 것을 목적으로 한다. 국가와 지방자치단체는 소음과 진동으로 인한 피해를 예방하고 관리할 책무를 진다. 교통 소음의 근본 원인은 자동차의 소음 배출이므로, 발생원인 자체를 줄이는 제도가 필요하다.

교통소음 저감대책은 방음시설 같은 전파 경로 대책과 발생원 대책으로 나뉜다. 발생원 대책의 한 축이 차량 소음 기준이며, 가속소음은 그중 자동차 성능 기준으로 다뤄진다.

제작차 소음허용기준은 이 필요에 답하는 제도다. 법 시행령은 소음배출 특성을 고려해 종류별 기준을 정하도록 하며, 가속주행소음을 그 첫째 종류로 둔다. 자동차제작자는 제작하는 자동차의 소음이 제작차 소음허용기준에 적합하도록 제작하여야 한다. 자동차제작자는 인증시험 결과를 기후에너지환경부장관에게 지체 없이 보고해야 한다.

제도는 두 단계로 작동한다. 제작 단계에서는 인증시험으로 적합 여부를 확인하고, 운행 단계에서는 수시검사와 정기검사로 같은 기준을 점검한다. 검사 비용에는 가속주행소음 시험 비용이 포함된다. 답안에서는 제작, 인증, 검사의 흐름으로 배경을 정리하면 논리가 분명해진다.

차량 설계 단계에서도 필요성이 크다. 엔진 마운트, 구동계, 배기계 설계가 가속소음을 좌우하므로 설계 단계에서 원인을 찾아 줄여야 한다. 실차 연구에서도 구동계 비틀림 공진이 실내 부밍의 전달 경로가 된다는 분석이 보고되어, 발생원과 전달 경로를 함께 보는 접근이 필요함을 보여 준다.

4. 구성요소·원리·절차

가속소음은 세 요소로 나누어 본다. 가진원은 소음을 만드는 힘이고, 전달 경로는 그 힘이 차체로 옮겨 가는 길이며, 수음 공간은 실내나 주변에서 소리를 듣는 지점이다. 실내에서 낮고 둔하게 울리는 소리인 부밍(Booming)은 이 세 요소가 맞물려 생긴다.

엔진은 가진력의 원천이고, 구동계와 배기계는 그 힘을 차체로 옮기는 역할을 한다. 차체와 실내는 공진이 일어나는 공간이므로 강성과 흡음으로 조절한다. 후륜 서스펜션은 구동계 진동이 차체로 넘어가는 경로 중 하나로 함께 분석한다.

부밍은 가진 주파수와 고유 진동수가 맞아 생기는 공진 현상이다. 엔진 가진력의 주파수가 구동계, 배기계 또는 차체의 고유 진동수와 일치하면 진동이 크게 증폭되어 실내에 소음으로 들린다. 부밍은 특정 엔진 회전수나 특정 차량 속도에 도달할 때만 나타나고, 그 밖의 영역에서는 거의 발생하지 않는다.

부밍은 가속할 때 특히 크게 발생하지만 정속이나 감속에서도 나타날 수 있다. 기어 변속 조건과는 관계없이 발생한다. 발생 범위는 좁은 주파수 대역이며, 특정 차량 속도에서 생기면 속도 편차는 5km/h 내외 범위를 갖는다.

4행정 엔진에서 점화에 의한 가진 주파수는 다음 식으로 구한다.

$f = \frac{N}{60} \times \frac{z}{2}$

f는 가진 주파수(Hz), N은 엔진 회전수(rpm), z는 실린더 수다. 4기통 엔진이 1500rpm으로 돌면 f = 25 × 2 = 50Hz가 된다. 계산 결과는 자동차 엔진의 일반적인 가진 주파수 범위 안에 있어 상식 범위다.

관련 학술 연구도 같은 경로를 보였다. 한 미니밴 연구에서는 1500rpm 부근에서 구동계의 5차 비틀림 모드(약 50.5Hz)가 엔진 비틀림 진동으로 가진되고, 그 에너지가 차체를 거쳐 실내 부밍으로 전달되는 경로가 확인되었다. 전달경로 분석(Transfer Path Analysis, TPA)은 이런 경로별 기여도를 정량적으로 나누는 방법이다.

저감은 세 방향으로 접근한다. 가진력 자체를 줄이는 방법, 전달 경로를 끊는 방법, 공진 주파수를 가진 주파수에서 멀리 옮기는 방법이다. 설계 단계에서는 공진 회피가, 개발 단계에서는 경로 차단이 주로 쓰인다.

부밍 분석과 저감은 다음 순서로 한다.

• 가속 주행 중 실내 소음을 측정하고 주파수 스펙트럼에서 피크 주파수를 찾는다.
• 피크 주파수를 엔진 회전수와 차량 속도로 환산해 가진원을 특정한다.
• 전달경로 분석으로 가진원에서 실내까지 경로별 기여도를 구한다.
• 구동계 비틀림 모드와 차체 공진 모드를 해석해 공진 여부를 판정한다.
• 경로 차단(마운트·댐퍼·흡음재)이나 공진 회피(고유 진동수 이동)를 적용하고 시험으로 확인한다.

5. 관련 법령·기준·표준

가속소음의 기준은 「소음·진동관리법」과 그 하위 법령이 정한다. 법은 자동차 제작자가 제작차 소음을 허용기준에 맞도록 제작하도록 정하고, 허용기준은 소음 종류별로 나누어 기후에너지환경부령으로 정함. 가속소음은 허용기준 3종 가운데 가속주행소음에 해당한다.

• 법 제30조: 자동차 제작자는 제작차 소음이 허용기준에 적합하도록 제작해야 한다.
• 시행령 제4조: 제작차 소음허용기준의 소음 종류는 가속주행소음, 배기소음, 경적소음 3종이다.
• 시행규칙 제29조: 종류별 제작차 소음허용기준은 별표 13에 따른다.
• 시행규칙 제31조: 인증시험은 가속주행소음 시험과 배기·경적소음 시험으로 한다.
• 시행규칙 제38조의2: 수시검사와 정기검사 비용에 가속주행소음 시험 비용을 포함한다.
• 측정 방법: 「제작자동차 시험검사 및 절차에 관한 규정」 제6조와 별표 18, 18의2, 18의3에 따른다.

허용기준치의 세부 값은 별표 13에 따르므로 답안에는 적용 대상과 소음 종류를 쓰면 된다. 부밍 속도 편차와 점화 주파수 식은 설계 단계에서 가진 주파수를 고유 진동수와 비교하는 판단 기준으로 쓴다.

인증시험은 자동차제작자가 자체 인력과 장비를 갖추어 고시된 방법과 절차에 따라 실시하는 것이 원칙이다. 고시한 경우에는 한국환경공단이나 지정 시험기관이 직접 실시하거나 시험기관의 참여하에 제작자가 실시한다. 시험 결과는 지체 없이 기후에너지환경부장관에게 보고하며, 외국에서 반입하는 자동차는 국립환경과학원장에게 보고한다.

시행규칙 제31조제2항의 인증시험 항목은 2023-06-30 개정 표시가 있다. 소관 부처 표기는 2025-10-01 개정으로 기후에너지환경부로 바뀌었으며, 현행 시행규칙은 2026-06-22 시행 기준이다. 측정 방법 규정은 2026-09-14 시행 기준이다.

6. 유형과 비교

가속소음은 주행 상태에 따라 나뉘는 자동차 소음 가운데 하나다. 법령은 제작차 소음을 가속주행소음, 배기소음, 경적소음의 세 종류로 나눠 허용기준을 정한다. 세 종류는 발생원과 측정 조건이 달라 따로 관리된다.