미래 모빌리티 수소차: 정숙성의 의미와 소음 제어를 위한 기술

수소 연료전지차(FCEV)는 내연기관의 엔진 폭발음과 진동이 근본적으로 제거되어 궁극의 정숙성을 자랑하는 친환경 모빌리티입니다. 이러한 '소리 없는 차'의 등장은 도시 소음 공해 감소와 운전의 질을 혁신적으로 개선할 잠재력을 품고 있습니다.

그러나 FCEV도 동력계를 작동시키는 에어 컴프레서와 냉각 팬 등에서 고유의 미세 소음 수준이 발생합니다. 본 분석은 수소차의 실제 소음 데이터를 과학적으로 탐구하고, 내연기관 및 전기차와의 명확한 비교를 통해 그 정숙성의 진정한 가치와 의의를 깊이 있게 조명합니다.

내연기관차를 넘어선 압도적인 저소음 주행 환경: 정숙성의 사회적 가치

수소차의 정숙성은 단순한 친환경 특성을 넘어, 구동 원리의 근본적인 혁신에서 비롯됩니다. 연료를 폭발시켜 동력을 얻는 내연기관차와 달리, 수소와 산소의 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하고 그 에너지로 전기 모터를 구동합니다. 이 과정에서 복잡하고 시끄러운 엔진, 변속기 등의 기계적 소음과 진동이 완전히 배제되어, 운전자는 물론 보행자까지 영향을 미치는 소음 공해원을 원천적으로 차단합니다.

따라서 주행 시 발생하는 소음은 주로 타이어와 노면의 마찰음, 그리고 냉각 장치 등 보조 시스템의 작동음이 전부입니다.

대형 상용차의 소음 기준 재정립

특히 소음 민원의 주범이었던 디젤 엔진 기반의 대형 상용차 영역에서 수소차의 정숙성은 가치가 극대화됩니다.

최근 보급이 확대되는 수소 트럭은 저속 주행 및 공회전 상황에서 동급 디젤 트럭 대비 약 10~15데시벨(dB) 이상 낮은 소음 수준을 기록합니다. 청각적으로 이는 소리의 크기가 체감상 절반 이하로 줄어들었음을 의미하며, 이는 야간 물류 및 새벽 운행이 잦은 도심 환경에서 획기적인 소음 공해 감소 효과를 가져옵니다.

이러한 혁신적인 저소음 주행 환경은 운전자의 장시간 운전 피로도를 현저히 낮추어 안전 운행에 기여하고, 동시에 도시 환경의 질을 높이는 중요한 사회적 이점을 제공합니다. 수소차의 정숙성은 '친환경'이라는 핵심 가치에 '쾌적성'을 더하며 미래 모빌리티의 패러다임을 성공적으로 변화시키고 있습니다.

‘소리 없는 차’ 속 숨겨진 소음원: 에어 컴프레서의 비밀과 NVH 과제

수소차는 내연기관의 폭발음과 진동에서 해방되어 혁신적인 정숙성을 제공하지만, 이는 소음의 성격이 근본적으로 변했음을 의미합니다. 전력을 생산하는 연료전지 시스템(FCS)이 작동하는 과정, 즉 수소와 산소의 화학 반응을 위해 공기와 냉각수를 조절하는 균형 장치(Balance of Plant, BoP)의 작동음이 새로운 주 소음원으로 부상했습니다.

이 소음은 기존 엔진음과 달리 저주파보다는 운전자의 귀에 더 자극적인 고주파 대역에서 발생하며, 차량의 전체 소음 수준(약 55~65dB 범위)에서 가장 두드러지는 청각적 과제로 인식됩니다.

핵심 소음원: 고속 회전 에어 컴프레서의 공력 소음

BoP 구성 요소 중에서도 가장 높은 소음 레벨을 기록하는 것은 단연 에어 컴프레서(Air Compressor)입니다. 컴프레서는 스택의 고효율 작동을 위해 외부 공기를 흡입하여 연료전지 스택에 고압으로 강제 공급하는 역할을 수행합니다.

이 과정에서 컴프레서의 블레이드가 10만 RPM 이상으로 초고속 회전하면서 발생하는 공력 소음(Aerodynamic Noise)이 주를 이룹니다. 이는 날카로운 ‘위잉’ 또는 ‘슈우’ 하는 형태의 순음(Tonal Noise)으로 나타나며, 구동계 소음이 제거된 저속 구간에서 특히 운전자에게 불쾌감을 줄 수 있는 주요 고주파 소음원입니다.

정숙성 확보를 위한 첨단 NVH 솔루션

• 능동 소음 제어(ANC) 기술: 차량 마이크가 컴프레서의 소음 파형을 실시간으로 감지하고, 스피커를 통해 역위상의 파형을 발생시켜 소음을 물리적으로 상쇄시키는 정교한 전자 제어 기술이 적용됩니다.
• 흡음 및 차음 구조 개선: 컴프레서 자체를 저소음형 스크롤 방식 등으로 설계하고, 주변을 다층 구조의 흡음/차음재로 보강하여 소음의 외부 방출을 근본적으로 차단하는 설계가 필수적입니다.
• 음향 공진기(Acoustic Resonator) 적용: 공기 흡입 및 배기 경로에 특정 주파수의 소음을 흡수하도록 설계된 공진기를 장착하여, 특히 고속 회전 시 발생하는 순음 성분을 효과적으로 제거합니다.

속도에 따른 소음 특성 변화: 주행 환경 및 소음원의 지배적 전이

수소 연료 전지차(FCEV)의 소음 특성은 주행 속도에 따라 그 지배적인 소음원(Dominant Noise Source)이 내연기관차보다 훨씬 급격하게 변화하는 특징을 보입니다. 이는 특히 엔진 소음이 존재하지 않는 저속 구간에서 두드러집니다.

저속 주행 (30km/h 이하): 내부 구동계 소음의 명확한 존재감

저속 주행(Low-Speed Driving) 환경에서는 구동 모터나 차량의 보조 시스템에서 발생하는 소음이 주요 소음원으로 작용합니다. 수소차의 경우, 연료 전지 스택에 공기를 공급하는 에어 컴프레서(Air Compressor) 소음과 냉각수 펌프, 그리고 고전압 시스템에서 발생하는 전자파 소음(EMI Noise)이 상대적으로 부각됩니다.

이러한 소음은 일반적인 내연기관차의 아이들링(공회전) 소음보다 조용하지만, 주변 배경 소음이 낮은 환경에서는 운전자와 보행자에게 명확하게 인지될 수 있습니다. 특히, FCEV는 배터리 전기차(BEV)와 유사하게 저속에서 보행자 안전을 위해 인위적인 소리(AVAS, Acoustic Vehicle Alerting System)를 발생시키도록 의무화되는 추세입니다.

일반적인 수소차의 시동 시 소음 수준은 약 40~50dB로, 도서관(약 40dB) 또는 조용한 사무실(약 50dB)과 유사한 수준이며, 저속 주행 시에는 에어 컴프레서의 작동 여부에 따라 소음 변동 폭이 커집니다.

고속 주행 (60km/h 이상): 외부 환경 소음의 지배적 전이

차량 속도가 60km/h 이상의 고속 영역으로 진입하면, 상황은 완전히 역전됩니다. 내부 구동계 소음의 '수소차 소음 수준'이 낮기 때문에, 외부에서 유입되는 노면 소음(Tire/Road Noise)과 차체를 타고 흐르는 공기와의 마찰로 발생하는 풍절음(Aerodynamic Noise)이 전체 소음 환경을 완전히 지배하게 됩니다.

이 현상은 수소차뿐만 아니라 모든 전동화 차량(BEV 포함)의 공통적인 특성입니다. 따라서 고속 주행 시의 정숙성을 향상시키기 위한 기술적 노력은 차량의 하부 및 휠 아치 방음재 보강, 이중 접합 차음 유리 적용, 그리고 공기역학적 디자인 최적화를 통한 풍절음 저감에 집중되고 있습니다.

미래 모빌리티의 핵심 가치, 지속 가능한 정숙성

수소차는 내연기관차 대비 획기적인 40dB 이하의 소음 수준을 구현하여 운전자의 쾌적성을 극대화합니다. 잔여 소음인 에어 컴프레서 등은 능동 소음 제어(ANC) 기술로 지속적으로 개선되고 있습니다.

이러한 압도적 정숙성은 단순한 친환경을 넘어, 미래 도시의 쾌적하고 조용한 모빌리티 환경을 완성하는 핵심적인 지속 가능 가치로 확고히 자리매김할 것입니다.

수소차 소음에 대한 오해와 진실 (FAQ)

Q: 수소차와 전기차 중 어느 것이 더 조용한가요?
A: 두 차량 모두 내연기관차 대비 압도적으로 조용합니다. 전반적인 주행 정숙성 수준은 매우 유사하나, 소음의 발생 원인은 약간 다릅니다.

1. 수소차(FCEV): 연료전지 구동을 위한 공기 압축기(컴프레서)의 고주파 작동음과 냉각팬 소음이 주요합니다.
2. 전기차(BEV): 구동 모터 작동음과 인버터의 미세한 고주파음이 주를 이룹니다.

두 차량 모두 저속에서는 법적 의무 장치인 가상 엔진 사운드(VESS 또는 VANS)를 사용하여 보행자 안전을 확보하고 있어, 체감 정숙성은 큰 차이가 없습니다.

Q: 수소 충전 시에도 소음이 발생하나요?
A: 네, 차량 자체의 소음은 없으나 수소 충전소 인프라 작동 시 소음이 발생합니다. 수소를 고압(700bar)으로 압축하고 냉각하는 과정에서 충전소 컴프레서와 냉각 설비가 작동하기 때문입니다.

[인프라 소음의 본질]: 이 소음은 차량 문제가 아닌, 수소 공급을 위한 필수적인 지상 시설(충전소)의 작동 소음입니다. 모든 충전소는 엄격한 도시 소음 규제 기준에 맞춰 설계 및 운영되고 있으며, 지속적으로 저소음 기술이 도입되고 있습니다.

Q: 공신력 있는 수치로 본 실제 수소차 소음 수준은 어느 정도인가요?
A: 수소차는 내연기관차 대비 정숙성 측면에서 획기적입니다. 국내 환경부 인증 기준 및 실측 데이터에 따르면, 일반적인 수소 승용차의 소음 수준은 전기차와 유사하거나 약간 더 낮은 경향을 보입니다.

소음 비교 (국내 측정치 근거)

• 수소차: 공회전 시 약 30~40dB 수준.
• 전기차: 공회전 시 약 35~45dB 수준.
• 내연기관차: 공회전 시 약 45~60dB 수준.

이는 일상 대화 소리(약 60dB)보다 훨씬 낮은 수준으로, 정숙 운행의 장점을 명확히 보여줍니다.

이와 관련하여 특히 소음 감소 효과가 두드러지는 국내 첫 10톤급 수소 청소차의 실제 소음 수준과 운행 환경 개선 효과는 이 영상에서 더 자세히 확인하실 수 있습니다.