#33. 소리를 눈으로 볼 수 있을까?

음향카메라 (경향신문)

1. 음향카메라란 무엇일까요?   

  음향 카메라는 소리를 이용하여 화상을 생성하는 기술을 말합니다. 소리는 장애물에 부딪히면 반사되어 돌아오는데, 이 반사파를 이용하여 대상의 모습을 파악합니다. 이는 초음파를 이용하는 산란 소나기술(SONAR) 또는 수영장 등에서 사용되는 음파 위치추적 시스템에서 사용되는 원리와 유사합니다.

소나(sonar)의 원리

   음향 카메라는 다양한 분야에서 사용됩니다. 예를 들어, 해군에서는 수중에서의 대상 추적 및 탐지를 위해 사용됩니다. 또한, 지진 및 지하 수로, 파이프, 기차 및 도로와 같은 구조물의 결함을 감지하기 위해 사용되기도 합니다.

음향 카메라는 이미지를 생성하기 위해 소리의 특성과 반사파의 이동 시간을 분석합니다. 이를 위해 대상에서 반사되어 돌아오는 소리의 시간 차이를 측정하고, 이를 기반으로 대상의 거리 및 위치를 계산합니다. 이러한 정보는 컴퓨터 그래픽으로 표시되어 이미지로 표시됩니다.

음향 카메라는 비접촉 및 비파괴적인 방식으로 대상을 검사할 수 있기 때문에 매우 유용합니다. 그러나, 소리는 공기나 물과 같은 매질을 통과하면서 감쇄되므로, 카메라가 탐지할 수 있는 최대 거리는 제한됩니다. 또한, 주변 환경에 따라 결과물이 영향을 받을 수 있기 때문에 환경을 고려하여 사용해야 합니다.

 

2. 음향카메라의 원리는 무엇일까요?

   음향 카메라는 소리의 반사를 이용하여 대상을 탐지하고 이미지를 생성하는 기술입니다. 이를 위해, 소리의 발생원에서 송출된 음파가 대상에 부딪히면서 반사되어 돌아오는데, 이 반사파의 시간 차이를 이용하여 대상의 위치와 거리를 계산합니다.

음향 카메라는 일반적으로 초음파를 이용하여 작동합니다. 초음파는 인간의 청각 범위인 20kHz보다 높은 주파수를 가지며, 이를 통해 더 세밀한 이미지를 생성할 수 있습니다.

음향 카메라는 일반적으로 다음과 같은 단계로 작동합니다.

음파의 파장이 존재한다.

1. 발생원에서 송출된 초음파가 대상에 부딪치면 반사되어 돌아옵니다.
2. 수신기가 반사되어 돌아온 초음파를 수신하고, 소리의 특성과 반사파의 이동 시간을 분석합니다.
3. 반사파의 이동 시간을 이용하여 대상의 거리를 계산합니다. 이를 위해, 소리의 속도와 반사파의 이동 시간을 이용합니다.
4. 대상의 위치와 거리를 계산한 후, 이를 이미지로 변환합니다. 이를 위해, 소리의 속도와 발생원, 수신기, 대상 사이의 위치 및 거리를 이용한 수학적 모델이 필요합니다.

이러한 방식으로, 음향 카메라는 대상을 탐지하고, 해당 대상의 위치와 모양을 이미지로 표시할 수 있습니다. 음향 카메라는 비파괴적이며 비접촉식으로 작동하기 때문에 다양한 분야에서 활용됩니다.

 

3. 최근에 음향카메라 기술은 무엇이 있을까요?

  최근 음향카메라 기술은 다양한 분야에서 발전하고 있습니다. 이 중에서도 인공지능 기술의 발전과 함께 음향카메라 기술의 정확도와 활용도가 크게 개선되고 있습니다.

인공지능 기술을 활용한 음향카메라는 기존의 음향 신호 처리 기술과 결합하여, 대상의 위치 및 모양을 더욱 정확하게 파악할 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 기존에는 음파의 반사파에서 대상의 거리와 위치를 분석하여 이미지를 생성했지만, 인공지능 기술을 적용하면 음파의 특성을 분석하여 대상의 형태를 더욱 정확하게 파악할 수 있게 됩니다.

또한, 최근에는 음향카메라를 드론과 결합하여 사용하는 기술도 개발되고 있습니다. 드론은 높은 위치에서 대상을 촬영하고 음향카메라는 대상의 위치와 모양을 파악하여 드론이 촬영하는 대상을 보다 정확하게 선별할 수 있게 됩니다. 이러한 기술은 재난 상황에서 인명 구조 작업 등에 활용될 수 있습니다.

또한, 최근에는 음향카메라 기술을 이용한 건설자재 파손 감지 기술도 개발되고 있습니다. 건설 현장에서 발생하는 소음을 음향카메라로 탐지하여, 건설자재가 파손되는 것을 미리 예방할 수 있게 됩니다.

이와 같이 최근 음향카메라 기술은 기존의 응용 분야를 넘어 다양한 분야에서 활용될 수 있도록 발전하고 있습니다.

 

4. 소리를 이요한 음향탐지기 소나(SONAR)

   초음파를 이용한 소나(Sonar)는 수중에서 거리 및 위치를 측정하기 위한 기술로, 음파를 이용합니다. 초음파는 고주파수(20kHz 이상)의 음파로서, 인간의 청각 범위를 넘어서므로 인간의 귀로는 들리지 않습니다.

소나는 일반적으로 초음파 발생기와 수신기를 포함하고 있습니다. 초음파 발생기는 음파를 생성하고, 수신기는 음파가 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산합니다. 이를 이용하여 수중에서 물체의 위치와 크기를 파악할 수 있습니다.

소나는 해상 환경에서 선박이나 잠수함의 위치, 해저 지형의 지형도, 수중 장애물 등을 파악하는 데 사용됩니다. 또한, 수중 탐사나 자원 탐사, 수중 로봇 제어 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

소나는 초음파의 파장, 주파수, 음파의 발생 방향, 반사되는 물체의 크기, 형태, 거리 등 다양한 요인에 의해 정확도가 좌우됩니다. 최근에는 인공지능 기술과 결합하여 소나의 정확도를 높이는 기술도 개발되고 있습니다.

 

감사합니다.