기계/재료

음향학연구소, 심해 해저산 환경에서의 3차원 음향 수평 굴절 효과 발견 및 해석

발행일 : 2019 / 02 / 26

최근, 중국과학원 음향학연구소 사운드필드·음향정보국가중점실험실 박사연구생 리성하오(李晟昊) 및 그의 지도교사 리정린(李整林) 등은 중국 난하이 심해 해저산 환경에서의 음향 전파 실험 과정에서 해저산으로 인한 3차원 음향 전파 효과를 관측함과 아울러 BELLHOP 방사선 이론으로 해저산 환경에서의 3차원 음향 전파 메커니즘을 해석하였다. 해당 연구성과는 “물리학보(ActaPhysicaSinica)”에 게재되었다.

국가 해양강국 건설전략에 따라 중국의 해양음향학 연구는 천해로부터 심해로 발전하였다. 음파가 심해에서 전파되는 과정에서 거듭 해저산과 충돌하면서 기존의 전파 평면을 벗어나며 따라서 생성된 3차원 수평 굴절 효과는 음향 전파에 주요한 영향을 미친다. 기존에 해저산 환경에서의 음향 전파 연구는 주로 2차원 모델을 이용하였다. 그러나 해양 음향학 연구가 심화함에 따라 해저산 환경에서의 음향 전파 문제는 2차원 모델에서 3차원 모델로 전환되었다.

실험 데이터에 의하면 전파 과정에서 음파는 해저산과 작용한 후 심해 수렴대 구조를 파괴시켜 전파 손실 증가를 유발하며 따라서 해저산을 경과한 후 뚜렷한 경계선을 보유한 수평 굴절 영역을 형성한다. N×2D 음향 전파 모델을 이용하여 획득한 계산 결과는 해당 영역에서 실험을 통하여 측정한 사운드 필드 구조와 뚜렷한 차이가 존재하기에 실험 현상을 해석할 수 없다. 연구팀이 3차원 방사선 모델에 대한 분석 결과, 음파 수평 굴절 작용으로 인하여 부분 음선(Sound ray)은 수신기에 도달하지 못하기에 해저산을 경과한 후 음향 전파 손실은 2차원 모델로 계산한 결과에 비하여 약 10 dB이상 증가되며 3차원 음향 전파 효과는 해저산을 경과한 후 일정한 각도 범위에서 사운드 필드에 미치는 영향이 비교적 뚜렷함을 발견하였다.

해저산을 경과한 후 음향 전파 특성을 분석하는 과정에서 음향 수평 굴절 효과가 미치는 영향을 반드시 고려해야 하며 해저산 환경에서의 3차원 음향 전파 규칙은 소나(Sonar)의 응용성 개선 등에 중요한 의미가 있다. 향후 연구팀은 해저산에 의하여 유발된 사운드 필드 공간 관련 특성의 변화를 중점적으로 연구하여 소나가 복잡한 환경에서의 탐측 방법 연구에 기초 이론 지원을 제공할 계획이다.

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