최근 국내외적으로 고속철도차량의 설계기술과 운전기술이 향상되면서 고속철도차량의 운전속도도 급속히 증가하고 있다. 열차가 운행 시 발생하는 환경소음이 큰 이슈로 대두되고 있고, 고속열차가 지나가는 지역에서는 소음과 관련해서 많은 민원문제를 일으키고 있다. 현재 국내 고속철도 계획노선에 대한 환경평가는 차세대 고속철도인 HEMU-430X가 시험운전에서 400km/h 이상의 속도로 운행되고, 새로 신설되는 고속철도구간이 400km/h로 기획되고 있음에도 불구하고 300km/h~350km/h로만 되어있다. 따라서, 고속철도 연변 방음시설이 차세대 고속열차에서 발생하는 환경소음이 규제를 만족하여 민원을 없애려면, 속도의 증속에 따라 발생하는 소음의 특성을 고려하여 환경평가 및 방음시설의 성능향상이 이루어져야 한다. 속도가 빨라질수록 전통소음과 더불어 높은 위치에 있는 공력 및 동력소음원의 기여도가 커지고 있으며, 철도환경소음 규준을 충족시키기 위해서는 방음벽의 성능을 보완하기 위한 성능개선 연구가 이루어져야 한다. 차세대 고속철도의 상용화를 계획하고 있는 유럽 등 국외 국가들이 소음을 줄이기 위한 대책들을 개발할 수 있었던 중요한 이유는, 차세대 고속철도차량과 인프라에 대해 다년간 축적 되어온 소음원 파악 및 제어하는 기술이 확보되어 있기 때문이다. 국내의 경우 철도환경소음 기준이 2010년부터 야간에 5dB(A) 정도 강화되어 시행되고 있으며, 선진 철도국의 속도 증속을 따라잡고자 차세대 고속철도의 운전속도를 400km/h 이상으로 계획하여 개발하였다. 따라서 이에 따른 철도환경 소음을 줄일 수 있는 기술개발이 절실히 필요하다.
본 논문에서는 선로 주변 거주민이 받는 소음의 영향을 파악하기 위해 국내 철도구간들과 선로속도에 등에 따른 환경소음 및 민원수준을 평가하고 분석하고자 하였다. 다음으로 국내 방음시설 설치현황에 대한 실태 및 향후 방음 시설물을 설치할 계획에 대해 조사·분석하였다. 국내외적으로 철도소음을 줄이기 위해 가장 일반적으로 사용하는 것이 방음벽인데, 본 연구에서는 고속철도를 비롯해 철도에서 사용되는 기존 방음시설의 장단점을 도출하고 추가적 성능향상 방법을 연구하고 보완적인 소음저감을 이루고자 하였다.
본 논문에서는 차세대 고속철도의 특성을 반영해 방음벽의 효과를 보완하고 개선하기 위해 차세대 고속철도와 일반 고속철도의 방사특성에 적합한 방음 성능향상기술 및 장치 개발을 하고자 하였다. 본 연구목표를 이루기 위해 이론적인 해석적 연구와 실험적인 연구를 병행하여 초기모델을 도출한 후 무향실 실험을 통해 성능을 검증 수행해 초기모델을 도출하였다. 다음으로 현장 적용 및 실용화를 위해 초기모델에 대한 해석 및 실내실험을 통한 개선연구를 수행하여 최종모델 선정을 위한 8가지 무향실 실험모델을 개발하였다. 마지막으로 본 논문에서는 무향실 실험을 통해 형상을 결정하였으며 구조 안정성 해석 및 평가를 통해 실적용이 가능한 성능향상기술을 개발하고 형상설계를 완성하였다.
본 논문을 통해 개발된 기술은 차세대 고속철도차량의 상용화 및 국외에 수출 시 철도환경소음을 줄이기 위한 방음시설 성능향상 기술로 수출할 수 있으며, 차세대 고속철도의 국내 운행 시 기존 방음시설의 성능을 보완하여 철도소음 관련 민원 해결과 발생을 최소화할 수 있다. 이와 더불어 본 연구에서 개발된 소음제어기술은 타 산업분야 전반에 걸쳐 응용할 수 있어, 타 산업의 소음문제를 해결하기 위한 원천기술로 활용이 가능할 것으로 기대된다.