[소음] 항공기가 상공을 지날 때, 소음의 변화는?

 

 

 

항공기가 내 위치의 상공을 지나갈 때, 소음은 어떻게 들릴까?

오늘 이 주제에 대해서 공부한 내용을 정리해봤다.

 

멀리서 구급자가 사이렌을 울리며 나를 항해 접근해오고 있다고 해보자. 구급차가 나에게 접근할 때 ~ 내 근처를 통과할 때 ~ 나로부터 멀어질 때, 각 상황마다 내가 듣는 구급차의 소리는 달라진다. 자동차와 관련된 이런 현상은 대부분의 사람들이 한번쯤은 경험해봤을 것이다.

 

그런데, 비슷한 상황을 자동차에서 ‘항공기’로 옮겨서 적용해보면 어떻게 될까? 내가 지상에 관찰자로서 서 있을 때, 내 위로 항공기가 지나간다면, 나는 그 항공기의 소음을 어떻게 듣게 될까? 항공기 소음이 어떻게 변할까? (* 미리 밝히자면, 본 내용은 항공기 엔진 중 터보팬(Turbofan) 엔진을 중심으로 작성하였다.)

 

 

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1. 항공기 소음의 특성

 

항공기 소음은 항공기 내 소음 발생원 별 특성이 다르다.

 

우선, 항공기 소음원은 크게 엔진 및 배기가스에 의한 소음(추진계통 소음)과 항공기 동체 주변을 지나가는 공기의 흐름에 의한 소음(공기역학적 소음)으로 크게 구분할 수 있다.

 

(1) 추진계통 소음 (터보팬(Turbofan) 엔진 중심)

추진계통 소음은 엔진의 팬, 압축기, 터빈 등에 의한 ‘기계적인 소음’과 고온·고속의 배기가스의 분출에 의한 ‘제트소음’으로 구분할 수 있다.

 

기계적인 소음 중에는, 주로 엔진흡입에 의해서 발생하여 엔진의 전방으로 형성되는 팬(Fan) 및 압축기(Compressor) 소음이 있는데, 문헌에 따르면 약 20 kHz 근방의 높은 주파수 성분의 금속성 소음을 발생시킨다고 한다.

 

엔진의 중·후방에서 주로 형성되는 터빈(Turbine) 및 코어(Core)에 의한 소음은 연소된 배기가스가 방출되면서 확산하는 과정에서 난류에 의해 발생하는 것으로 알려져 있고, 문헌에 따르면 약 3 kHz ~ 9 kHz 의 주파수 대역을 보인다고 한다.

 

제트소음은 고온의 배기가스가 고속으로 분출되면서 발생시키는 충격소음, 그리고 배기가스가 주변 대기와 혼합하면서 발생시키는 혼합소음이 주 원인인 것으로 알려져 있고, 주로 저주파 소음으로 나타난다고 한다.

 

(2) 공기역학적 소음

공기역학적 소음은 항공기 동체 또는 착륙장치 주변을 지나가는 공기의 흐름에 의해 발생하는 것으로 알려져 있고, 순항상태에서는 약 500 Hz ~ 600 Hz 이상의 소음으로 나타난다고 한다. 문헌에 따르면, 대체적으로 공기역학적 소음은 추진계통 소음보다 약 10 dB 정도 낮게 나타난다고 한다.

 

 

 

 

 

2. 항공기가 관찰자 상공을 지날 때 소음변화

 

그렇다면 다시 처음 질문으로 돌아와서, 항공기가 관찰자 위치의 상공을 지나갈 때 소음은 어떻게 변화하는지 알아보자.

 

결론부터 말하자면, 항공기가 지상의 관찰자 상공을 지날 때는 전반적인 소음 수준의 높고 낮음이 변할 뿐만 아니라, 소음의 주파수 특성도 항공기-관측자 간 상대적 위치와 시점에 따라서 변한다.

 

설명을 위해 그림을 하나 그려봤는데, 이 그림은 여러 문헌에 인용된 그림을 차용해서 내 나름대로 수정한 것이다. (※오리지널 그림은 참고문헌[1]을 참조할 것.)

 

 

 

먼저, 항공기가 관찰자를 향해 접근하는 시간대에는 항공기의 전방에서 주로 형성되는 팬 및 압축기에 의한 소음이 강하게 들려온다. 이 소음은 엔진흡입에 의해서 발생되는 20 kHz 근방의 고주파 소음으로 알려져 있다.

 

항공기가 관찰자의 직상부 상공을 지날 무렵에는 팬 및 압축기소음은 점차 줄어들고, 터빈 및 코어에 의한 3 kHz 근방의 소음 성분이 강세를 보이게 된다. 그리고 이때, 상대적으로 작긴 하지만 500 ~ 600 Hz 이상의 기체 공기역학적 소음의 영향도 점점 드러나는데, 공기역학적 소음은 비록 작을지라도 항공기가 관찰자를 지나가는 시간 중 거의 대부분의 시간동안 발생된다.

 

항공기가 관찰자를 지나 멀어지는 시간대에서는 제트소음이 지배적으로 나타난다. 제트소음은 주로 저주파 소음 성분으로 구성되어 있기 때문에, 대기중에서 멀리 전파될 수 있다. 그래서 항공기가 관찰자를 지나간 후에도 제법 오랫동안 이 저주파 소음이 남아 있게 된다.

 

정리하자면, 일반적으로 항공기가 접근할 때는 고주파 소음이 지배적이고, 멀어질 때는 저주파 성분이 지배적으로 나타난다.

 

 

 

 

 

3. 참고문헌

[1] 항공기소음의 영향예측기법 개선방안 (2006) 한국환경정책평가연구원

[2] 항공기 운항절차에 따른 소음개선 방안 (2015) 전승준

[3] 공항소음브리프 통권 13호

 

 

 

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끝.