운전하다가 에어컨을 끄고 창문을 살짝 열어본 적이 있습니다.
처음에는 그냥 시원한 바람이 들어옵니다.
그런데 속도가 조금 붙기 시작하면 갑자기,
 |
| 열린 창문으로 바람이 들어와 귀가 울리는 운전 |
단순한 바람 소리와는 전혀 다른 소리가 차 안을 울리기 시작합니다.
특히 뒷좌석 창문 하나만 열었을 때는 귀가 먹먹해질 정도로 심하게 느껴질 때도 있습니다.
그런데 이상합니다.
창문을 조금 더 열거나 반대편 창문까지 열면 오히려 이 소리가 줄어들기도 합니다.
도대체 차 안에서는 무슨 일이 벌어지는 걸까요?
윈드 버페팅(Wind Buffeting)
자동차가 달릴 때 창문 주변을 지나가는 공기 흐름이 주기적인 소용돌이를 만들고, 이것이 차량 내부의 공기와 상호작용하면서 강한 압력 변화를 만들어낼 수 있습니다.
SAE에 발표된 자동차 측면 창문 연구에서도 창문 개구부에서 발생하는 주기적인 소용돌이가 실내의 강한 압력 변동을 만들고, 음향 피드백과 헬름홀츠 공명이 함께
버페팅 소음을 발생시키는 것으로 설명합니다.
 |
| 차량 내부 공기 흐름을 표현한 이미지 |
그래서 우리가 듣는 것은 단순한 '쌩~' 하는 바람 소리와 조금 다릅니다.
소리뿐 아니라 귀를 반복적으로 밀어내는 듯한 압박감까지 느껴질 수 있는 것이죠.
병 안에 갇힌 기
조금 쉽게 이해하려면 빈 병을 떠올리면 됩니다.
빈 유리병 입구에 입김을 불어보면
“우우웅~”
하는 낮은 소리가 납니다.
병 안에 갇혀 있던 공기와 병 입구의 공기가 특정 조건에서 진동하기 때문인데, 이를 헬름홀츠 공명(Helmholtz resonance)이라고 합니다.
자동차에서도 비슷한 현상이 나타날 수 있습니다.
차량 실내가 병의 몸통이라면 열어놓은 창문은 병 입구와 비슷한 역할을 하는 셈입니다.
실제로 Ford도 자동차의 윈도 버페팅을 설명하면서 차를 하나의 큰 병에 비유하고, 창문 하나를 열었을 때 발생하는 귀를 때리는 듯한 저주파 소음을 헬름홀츠 공명과 연결해 설명합니다.
그런데 왜 '조금' 열었을 때 유독 심할까?
 |
| 주행 중 창문이 살짝 열린 자동차 내부 |
여기서 재미있는 부분이 있습니다.
창문을 얼마나 열었는지와 자동차 속도에 따라 버페팅의 특성이 달라질 수 있습니다.
차량 버페팅을 다룬 연구에서도 차량 속도와 창문의 개방 정도가
버페팅에 영향을 주는 요소로 조사됩니다.
그래서 모든 자동차가 정확히 같은 속도, 같은 창문 위치에서 웅웅거리는 것은 아닙니다.
차체 모양이나 창문의 크기와 위치, 실내 공간 등 여러 조건이 다르기 때문입니다.
어떤 차는 창문을 손가락 두세 마디 정도 열었을 때 심하고,
어떤 차는 뒷창문을 더 많이 내렸을 때 심하게 느껴질 수도 있습니다.
즉 '창문을 조금 열면 무조건 발생한다'기보다는 특정 조건에서 공기의 진동과 차 안의 공명이 강하게 맞아떨어질 수 있다고 이해하는 편이 정확합니다.
왜 뒷좌석 창문을 열면 더 심하게 느껴질 때가 있을까?
저는 이 현상을 특히 뒷좌석 창문을 열었을 때 강하게 느낀 적이 있습니다.
이것도 단순한 기분 탓만은 아닙니다.
자동차의 후방 측면 창문을 통한 버페팅은 실제 연구 대상이 될 정도로 잘 알려진 현상입니다. 연구에서는 차량 내부가 일종의 헬름홀츠 공명기처럼 작동하고, 창문 주변의 공기 흐름과 소용돌이가 이를 자극하는 메커니즘을 분석하기도 했습니다.
다만 뒷창문이 항상 앞창문보다 심하다고 단정할 수는 없습니다.
자동차마다 공기역학적 설계가 다르기 때문입니다.
반대편 창문을 조금 열면 열었더니?
그런데 해결 방법은 의외로 간단합니다.
웅웅거림이 심할 때 다른 창문을 조금 열어보는 것입니다.
실제로 Ford 역시 창문 하나를 열었을 때 발생하는 윈도 버페팅이 반대편의 다른 창문을 내려주면 보통 멈출 수 있다고 설명합니다.
창문 하나만 열려 있을 때 만들어졌던 공기의 흐름과 압력 진동 조건이 다른 창문을 열면서 달라지기 때문입니다.
 |
| 반대편 창문도 열어 공기를 순환시키는 모습 |
그래서 신기하게도
창문 하나 → 귀가 웅웅거림
이던 상태가
다른 창문도 살짝 열기 → 갑자기 편안해짐
으로 바뀔 수 있습니다.
소리를 없애려고 모든 창문을 닫을 필요만 있는 것은 아니었던 겁니다.
내 차가 이상한 건 아니다
처음 이 현상을 겪으면 자동차 문이나 창문에 문제가 생겼나 싶을 수도 있습니다.
하지만 특정 속도에서 창문을 열었을 때만 웅웅거리고, 다른 창문을 열거나 창문 위치를 바꿨을 때 사라진다면 자동차에서 잘 알려진 윈드 버페팅 현상일 가능성이 있습니다.
그리고 이 현상이 흥미로운 이유는 단순한 바람 소리가 아니기 때문입니다.
달리는 자동차 주변의 공기 흐름과 창문 개구부, 차량 내부의 공기가 서로 영향을 주면서 차량 전체가 하나의 거대한 공명 공간처럼 작동할 수 있는 것입니다.
다음에 운전하다 창문을 열었는데 갑자기
“웅…웅…웅…”
귀를 두드리는 듯한 소리가 난다면 반대쪽 창문을 살짝 열어보세요.
조금 전까지 귀를 괴롭히던 소리가 눈에 띄게 줄어드는 것을 경험할 수도 있습니다.
평범한 자동차 창문 하나에도 생각보다 꽤 재미있는 물리현상이 숨어 있었습니다.
0 댓글
자유로운 질문 환영합니다^^ 오픈마인드