경향신문

음파로 수온·해류 변화 진단…‘바닷속 CT’, 다양한 활용 기대

전파를 이용하는 장비인 ‘레이더’는 특정 물체를 탐지하는 데 매우 유용하다. 레이더에서 방사되는 전파의 송수신에 걸리는 시간 차이와 수신 전파의 강도를 분석하면 특정 물체의 거리, 크기 등을 자세히 판별해낼 수 있다.그런데 공기 중이 아니라 물속이라면 어떨까. 레이더 전파를 물속에 투과시키면 불과 수백m도 나아가지 못한다. 전파 대부분이 물에 흡수돼 에너지가 소멸하기 때문이다.이유가 뭘까. 물 분자는 수소와 산소 원자로 이뤄져 있다는 점에 주목할 필요가 있다. 수소 원자는 양전하를 띠고 있는데, 산소 원자는 반대로 음전하를 띤다. 이와 같은 극성 분자는 전자기파의 전기장이 양과 음으로 진동할 때 양과 음의 방향이 서로 뒤바뀌면서 매우 빠르게 회전한다.바로 이때 분자들끼리 서로 밀고 당기고 충돌하면서 전파에너지가 열에너지로 바뀌며 점점 물에 흡수된다. 우리가 실생활에서 사용하는 전자레인지는 이런 원리를 이용한 가전기기다. 이런 현상을 감안할 때 바닷속에서는 공기 ...

2024.01.14 21:42

어디서나 휴대전화 무선 자동충전…‘소리 역전’ 기술이 연다

‘파동’이란 어떤 에너지가 시간적인 흐름에 따라 공간에 전파되는 현상을 말한다. 전자기파 등 빛도 파동이다. 소리 또한 파동이다. 빛은 매질이 없는 텅 빈 진공에서도 전달되지만 소리는 탄성을 일으키는 매질, 즉 공기와 물, 고체 등을 통해서만 전달된다는 차이가 있다.만약 시간을 거꾸로 돌린다면 파동에는 어떤 현상이 일어날까. 단순히 생각하면 파형을 반대로 구성해 시간을 거슬러 전개하면 될 듯하다. 음색이 달라지지만, 그다지 특별한 상황이 발생하지는 않을 것 같다.그러나 공간적으로 보면 얘기가 달라질 수 있다. 음원에서 발생한 소리가 사방으로 퍼지면서 특정한 방 안에서 전파된다고 생각해 보자. 공기 중으로 방사된 소리는 사방의 벽면에서 반사될 것이다. 그 과정에서 세기가 줄어들며 여러 방향으로 복잡하게 전파될 것이다.이때 방 안 한 곳에서 내가 그 소리를 듣는다고 생각해 보자. 여러 방향에서 오는 소리가 울림을 일으키면서 귀에 감지될 것이다.그러면 여기서 ...

2023.11.26 20:47

보이스피싱범 식별에서 음향 치유까지…‘음색’이 보여주는 신비한 세계

우리가 듣는 소리에는 색깔이 있다. 이것을 말 그대로 ‘음색(timbre, tone color)’이라고 부른다.같은 음을 내더라도 피아노 소리인지 기타 소리인지를 구분할 수 있는 것은 음색 때문이다. 같은 악기라도 연주 기법에 따라 느낌이 달라지는 것 역시 음색 변화에서 비롯되는 일이다. 사람 목소리를 듣고 누구인지를 판별할 수 있고, 모르는 사람의 목소리라도 감기에 걸린 상태인지 아닌지를 알 수 있는 것도 음색의 영향이다.음색은 소리 파동의 형태가 결정한다. 파동 형태는 소리의 크기, 배음 주파수, 시간적 파형 변화 등으로 만들어진다. 즉 같은 소리라도 그 크기가 달라지면 느낌이 달라지며, 주파수의 배음 구조에 따라 같은 음높이라도 느낌이 구별된다. 또 시간상으로 어떻게 파형이 구성되느냐에 따라서도 음색이 달라진다.바이올린은 최고의 음색을 지닌 악기라는 명성을 가지고 있다. 4옥타브 이상의 음역을 가지며, 반음을 자유롭게 낼 수 있다. 사람의 목소리 톤...

2023.10.15 20:44

24시간 꺼지지 않는 감각…감정을 움직이는 특효약 ‘소리’

사람의 감각은 크게 다섯 가지로 나뉜다. 바로 시각, 청각, 후각, 미각, 촉각이다. 소리는 이 가운데 청각을 통해 뇌로 전달된다. 청각은 24시간 내내 작동하는 경보 시스템으로 알려져 있다. 신경세포가 소리를 감지하는 데 걸리는 시간도 50㎳(밀리초, 1㎳는 1000분의 1초)로, 다른 감각들과 비교할 때 가장 빠르다.우리는 소리가 놀람과 두려움 같은 가장 원초적인 감정과 민감하게 연관된다는 점을 경험적으로 알고 있다. 청각이 동물의 생존에 가장 중요한 감각으로 자리 잡아 온 것이다.동물의 귀는 두 개인데, 공간적으로 머리의 좌우에 분포한다. 어떤 소리가 들리면 좌우 귀로 들어오는 소리의 시간 차이를 통해 소리의 근원이 어느 방향에 있는지를 우선 탐지할 수 있다. 눈을 감고 있어도 소리가 나는 방향을 알 수 있는 것은 바로 이 때문이다. 생물에게 소리의 방향을 알아내고 대응하는 것은 생존에 있어 매우 중요하다.그 뒤 청각은 소리의 정체를 파악하려고 노력...

2023.08.27 21:36

기계 소음 스트레스 그만, 조용한 지구 만들자

인간은 지구상에서 유일하게 ‘도시 생태계’를 구축한 생명체이다. 올해 기준으로 지구 인구는 80억명을 넘어섰다. 이렇게 많은 인구 대부분이 거주하는 도시는 각종 공장과 일상의 편의시설에서 발생하는 온갖 소음들로 가득 차 있다. 인간이 만들어낸 기계 소음이다.기계 소음은 회전 동력을 전달하는 원동기나 모터에서 주로 발생한다. 공기를 가르는 날개, 즉 선풍기, 환풍기, 풍력발전기, 비행기 등에서 생기는 경우가 많다. 이러한 인공적인 소음은 자연에서는 느낄 수 없는 과도한 수준의 소리를 낸다. 지구상 생명체들에게 많은 스트레스와 피해를 주는 것이다.지름이 약 1만2000㎞에 이르는 지구에서 우리가 살아가는 공간은 지구 표면에서 높이 10㎞ 안쪽에 집중돼 있다. 우주적인 관점에서 본다면 아주 얇은 막으로 구성된 대기권 내에 생태계가 만들어져 있다는 뜻이다. 그런데 이 공간에 각종 기계류가 만든 다양한 소음이 꽉 들어차 있다는 것이다. 이처럼 생태계가 소음으로 교란되는 ...

2023.07.09 21:26

바다에 귀를 기울이면, 기후변화가 들린다

바다에서 수면 아래 100m 깊이까지는 광합성이 잘 일어난다. 여기선 수면 밖에서 비치는 햇빛이 닿기 때문이다. 하지만 그보다 깊은 곳에서는 빛이 거의 사라진다. 이 때문에 광합성도 어렵다. 심해에선 지상이나 얕은 바다와는 다른 생태계가 펼쳐진다는 뜻이다.한국 서해와 남해의 경우 수심이 100ｍ 이내이다. 반면 동해는 수심이 2000ｍ를 넘는 곳도 많다. 이 때문에 동해의 심해 암흑층에서는 아무것도 볼 수가 없다. 인공적인 빛을 발생시키더라도 전달되는 거리는 최대 100ｍ 이내로 한정된다.하지만 이렇게 암흑인 바다 깊은 곳에서도 많은 해양 생물이 살아가고 있다. 그러면 이런 생물들은 어떻게 주변을 인식하고 서로 소통할까.열쇠는 소리에 있다. 물은 탄성이 매우 좋아서 소리를 멀리까지 잘 전달하는 특성이 있다. 많은 수중생물은 서로 소리를 내고 소통하면서 환경에 잘 적응하고 있음이 밝혀지고 있다. 고래류는 깊은 바다까지 내려가 아주 낮은 소리를 내는데, 이런...

2023.05.21 20:59

땅속 읽는 ‘탄성파’, 구조현장 희망 될까

우리의 감각으로 살펴보면 지구는 평탄한 것처럼 느껴진다. 하지만 우주에서 확인할 수 있듯 지구는 공처럼 둥근 모양이다. 바다는 이런 지구 표면의 70%를 차지한다. 우리가 숨 쉴 수 있는 공기는 지구 표면 10㎞ 높이에 대부분 모여 있다.이런 지구에서 소리는 ‘탄성 매질’을 통해 전달된다. 지구 표면은 공기, 땅(지면), 물(바다)로 구성되는데, 탄성은 땅이 가장 좋고, 물 그리고 공기가 뒤를 잇는다. 탄성이 좋은 매질일수록 소리의 전달 속도는 빠르다. 땅속에서 소리는 초당 약 6000m, 물속에서는 1500m, 공기 중에서는 340m로 나아간다.이제 땅속을 주목해보자. 지구의 지름이 1만2000㎞이므로 지구의 한쪽 표면에서 정반대 표면까지 땅속으로 소리가 전달된다면 단순하게 계산해서 2000초, 즉 30분 정도면 지구 반대편까지 소리가 도달할 것이다. 과거에 과학자들은 지구 표면의 여러 곳에 ‘탄성파 감지기’를 설치한 후 한곳에서 탄성파를 발생시켜 각기 다른 ...

2023.04.09 20:46

빛·입자·파동에…‘시끌시끌’한 우주

우리는 귀를 통해 외부의 소리를 듣는다. 소리는 기체인 공기, 액체인 물을 비롯해 여러 고체와 같은 ‘탄성매질’을 통해 전달된다. 아무 물질이 없는 텅 빈 공간에서는 소리가 전달될 수 없음을 누구나 잘 알고 있다.그런 맥락에서 우주는 대부분 텅 빈 공간으로 이뤄져 소리가 전달되지 않는다고 생각할 수 있다. 그러나 소립자들의 거대한 흐름인 태양풍처럼 소립자들이 우주에서 여러 방향으로 방사돼 공간을 채우고 있다는 점에 주목할 필요가 있다. 소립자들이 탄성매질 역할을 한다면 소리가 만들어지거나 전달될 수 있다.소립자들의 진동이 소리를 만들어낼 수 있고, 만들어진 소리가 소립자로 이뤄진 매질을 타고 지구까지 전달될 수 있다는 뜻이다.지구 외부에서는 우주탐사선을 이용해 태양풍의 소리를 듣기도 한다. 소립자 검출 센서에 들어오는 소립자의 충격을 소리로 바꾼 것이다. 우리가 들을 수 있는 가청 주파수로 변환해 신비한 소리를 느낄 수 있다. 초신성과 중성자별에서 오는...

2023.02.19 20:42