소리 파동의 종류 및 특징(Acoustic Camera, gfaitech, Near-field, Far-field, Airborne Sound, Longitudinal Wave, Transverse, 음향카메라)

 

목차

 

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Types of Waves (파동의 종류)

 

1. Longitudinal Waves (종파)

• 입자의 진동 방향이 파동의 진행 방향과 같은 파동.
• 공기, 액체, 고체 등에서 모두 발생 가능.
• 공기 중의 소리는 대표적인 종파.
• 구조물 내부에서도 종파가 발생할 수 있음.

 

2. Transverse Waves (횡파)

• 입자의 진동 방향이 파동의 진행 방향과 수직.
• 액체와 기체에서는 전달되지 않음 (전단응력 없음).
• 고체에서만 발생 (예: 금속판의 굽힘 진동 등).

 

3. Quasi-longitudinal Waves (준종파)

• 엄밀한 종파는 아니지만, 복합적으로 횡적/종적 특성을 함께 지님.
• 보통 복잡한 구조나 매질에서의 파동에서 발생.

 

4. Surface Waves (표면파)

• 매질의 표면을 따라 전파.
• 구조물 표면이나 지면에서 발생 

 

소리는 기본적으로 파동(wave)의 형태로 전달되며, 이 파동은 매질을 따라 움직이면서 에너지를 전달한다. 파동에는 여러 종류가 있으며, 각 파동은 매질의 성질과 파동의 전파 방식에 따라 다르게 구분된다. 대표적으로 종파(Longitudinal wave), 횡파(Transverse wave), 그리고 준종파(Quasi-longitudinal wave)가 있다.

 

 

종파는 입자의 진동 방향이 파동이 진행하는 방향과 동일한 형태의 파동으로, 공기나 물과 같은 유체(기체·액체)에서 주로 발생한다. 공기 중의 소리는 모두 종파이며, 이는 입자들이 앞뒤로 진동하면서 압축과 팽창을 반복해 에너지를 전달하는 방식이다.

 

 

반면에, 횡파는 입자의 진동 방향이 파동의 진행 방향과 수직이다. 이 파동은 전단 응력이 존재하는 고체에서만 발생할 수 있으며, 금속판의 진동이나 지진파의 일부가 이에 해당한다.

 

준종파는 고체와 같은 복잡한 매질에서 발생하는 복합적인 파동이다. 이 파동은 완전한 종파도 아니고 횡파도 아닌 성질을 가지며, 특정 조건에서만 발생한다. 특히, 구조물 내부의 복잡한 경계 조건에서 나타나는 경우가 많다.

 

파동이 매질을 따라 퍼질 때, 전파 방식은 근거리장(Near-field)과 원거리장(Far-field)으로 나눌 수 있다. 근거리장은 소스에 매우 가까운 영역으로, 파동이 아직 안정되지 않은 상태로 퍼지며 구면파의 형태를 가진다. 이 영역에서는 간섭, 위상 차, 진폭 차이 등이 두드러지며, 복잡한 파동 현상이 나타난다. 이러한 특성 때문에 일반적인 빔포밍(beamforming)에는 적합하지 않으며, 대신 홀로그래피 같은 특수한 기법에서 활용된다.

 

 

반대로, 원거리장(Far-field)은 파동이 소스로부터 충분히 멀어진 후의 영역으로, 이때 파동은 마치 평면처럼 퍼지게 된다. 이 영역에서는 위상 차가 거의 없으며, 압력과 속도 간 위상도 일치하게 된다. 소리의 세기는 거리의 제곱에 반비례하며 감쇠한다(즉, 거리가 두 배가 되면 음압은 약 6 dB 감소한다). 빔포밍 기술은 이러한 원거리장의 특성을 바탕으로 음원 위치를 추정하거나 시각화할 수 있게 해준다.

 

두 영역의 경계는 파동의 파장(λ)과 관련이 있으며, 일반적으로 파장에 비례한다. 예를 들어, 1000 Hz의 소리는 약 5.47 cm 이상 떨어진 거리에서 원거리장 특성을 보인다. 즉, 주파수가 높을수록 원거리장이 형성되는 거리는 더 가까워진다.

 

요약하면, 파동은 매질의 특성과 조건에 따라 다양한 형태로 존재하며, 그 전파 방식도 거리에 따라 구분된다. 이러한 이해는 소리의 측정, 분석, 제어 기술에 있어 매우 중요한 이론적 기반이 된다.

 

파동의 과학, 소리의 시각화: gfaitech Acoustic Camera

 

gfaitech의 Acoustic Camera는 소리의 시각화를 통해 소음의 위치와 원인을 정밀하게 파악할 수 있는 첨단 측정 장비입니다.

 

이 카메라는 공기 중을 전파하는 종파(Airborne sound)를 감지하여, 눈으로 볼 수 없는 음원을 실시간 음향 이미지로 바꿔줍니다. 소리의 전파 방식인 Near-field(근거리장)과 Far-field(원거리장) 특성을 고려한 설계로, 다양한 거리에서 정확한 위치 추정이 가능합니다.

 

특히 고해상도 마이크 어레이는 원거리장에서 평면파 형태로 퍼지는 소리를 분석해 음원 위치를 정밀하게 추적합니다.
근거리장에서도 홀로그래피 기법을 적용해, 복잡한 간섭 효과나 구조물 내부의 소리까지 시각화할 수 있습니다.
종파, 횡파, 준종파 등 다양한 파동 형태에 대한 감지 능력을 갖춰, 고체 및 공기 매질 모두에 적용할 수 있습니다.
실시간 데이터 처리와 딜레이-앤-섬(Delay & Sum) 빔포밍 기술을 통해 소리의 방향성과 세기를 직관적으로 확인할 수 있습니다.

 

gfaitech의 기술은 단순한 음압 측정을 넘어, 소리의 공간적 분포를 2D 및 3D로 분석하는 혁신을 가능하게 합니다.
이는 기계 이상 진단, 건축 음향 설계, 차량 및 항공기 소음 분석 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
복잡한 파동 현상을 이해하고 분석할 수 있도록 돕는 gfaitech의 Acoustic Camera는, 보이지 않는 소리를 시각화하는 눈입니다.

 

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