한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 전원주 교수 연구팀이 구조물의 틈새나 개구부를 통한 열 교환과 공기 흐름은 자유롭게 허용하면서도 소음은 효과적으로 차단할 수 있도록 음향 임피던스를 원하는 복소수 값으로 조절할 수 있는 신개념 음향 메타물질 '복소 임피던스 타일'을 개발했다고 6일 밝혔다.

음향 임피던스는 공기, 물 등 소리가 전파되는 매질이 가진 고유의 음향학적 특성이다. 일반적으로 매질의 밀도와 음속의 곱셈으로 표현되기 때문에 그 값이 실수이고, 매질이 정해지면 원하는 값으로 자유롭게 조절하는 것이 불가능하다.

연구팀이 개발한 복소 임피던스 타일은 소리가 경계면에 부딪혀 반사될 때 소리의 크기뿐 아니라 방향까지도 조절하는 것이 가능하다. 구조물 벽면에서 소리를 흡수만 하는 기존 기술과 달리, 소리의 크기와 방향을 적절하게 조절해 소리가 틈새로 거의 빠져나가지 않고 구조물 내에서 가둬져 줄어들도록 한다고 설명했다.

연구팀은 복소 임피던스 타일을 적용, 밖으로 빠져나가는 소리를 90% 이상 저감할 수 있다는 것을 정밀한 전산 시뮬레이션을 통해 예측하고, 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.

전원주 교수는 "가정의 헤어드라이어, 청소기 등 소형 전자제품부터 산업 현장, 향후 미래 교통수단으로 주목받는 도심 항공 모빌리티까지 다양한 시스템의 소음 저감에 획기적 설루션으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 기계공학 분야 국제 학술지인 '메카니컬 시스템 앤 시그널 프로세싱'에 실렸다.