오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics)
-
물리 음향학: 음파의 반사와 투과(반사 계수, 투과 계수 유도)오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2024. 4. 21. 21:11
아버지와 낚시를 가던 때가 있었습니다. 낚시를 가면 물고기가 저의 목소리를 듣는다며, 아버지는 항상 조용히 하라고 하셨습니다. 그때는 그말을 믿고, 꾹 참고 침묵을 유지했었습니다. 근데 과연 물고기는 저의 말을 들을 수 있었을까요? 조금 더 구체적으로, 공기 중에서 전파되던 음파는 물 안으로 들어갈 수 있었을까요? 이번 글에서는 그에 대한 이야기를 해보려 합니다. "음파의 반사와 투과" 오늘의 주제입니다. 이번에는 음파의 반사와 투과의 가장 기본이 되는 반사 계수와 투과 계수를 수학적으로 유도해보겠습니다. 그런 후에 그 식을 다음 글에서 음미해보시죠. 그럼 시작합니다. 먼저, 반사와 투과가 일어나는 상황을 아래 그림과 같이 상정해보겠습니다. 아래 그림은 p^+로 명시된 음파가 매질 1에서 전파하다가, 매..
-
물리 음향학: 부피 탄성 계수(Bulk modulus), (coefficient A)오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2023. 1. 6. 21:50
아래 음향 파동방정식 유도의 마지막, '선형화 및 결합' 글에서 하나 두고 온 것이 있습니다. 물리 음향학: 선형화 및 식 결합 - 음향 파동방정식 유도 마지막 안녕하세요, 오피입니다. 이번 글에서 드디어 음향 파동방정식 유도가 완료됩니다. 개요부터 질량보존법칙, 운동량보존법칙, 상태방정식 그리고 음속까지 먼 길을 달려왔습니다. 대학원 음향학 opee.tistory.com 그것은 바로 계수(coefficient) A입니다. 분명 아래 그림과 같이 A에 대한 설명은 다른 글에서 말씀드리겠다고 명시하였습니다. 그리고 저는 이제야 돌아왔습니다. 많이 늦었으니, 바로 A에 대해 이야기하겠습니다. 그럼 시작합니다. A가 처음 등장한 곳은 음향 파동방정식 유도 중 상태방정식에 대한 글이었습니다. 물리 음향학: 상태..
-
물리 음향학: 분산 관계(dispersion relation) - 흡음과 분산 속도, 파동 방정식을 구한 그 다음은?오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2021. 8. 29. 22:41
음향 파동방정식은 음파의 전파를 기술하는 방정식입니다. 음향 파동방정식을 유도하고 그 해를 구하면, 시간과 공간에 대해 음파가 어떻게 전파되는지 모두 알 수 있습니다. 참 대단하죠? 하지만 음향 파동방정식을 보고 있자면, 이상하게 답답한 마음이 듭니다. "이걸 어떻게 풀지?" 이런 생각이 듭니다. 일반적으로는 유한요소해석(finite element method, FEM)을 통해, 음향 파동방정식의 해를 구합니다. 잘 만들어진 상용 유한요소해석 소프트웨어(COMSOL Multiphysics, ANSYS 등)에 원하는 경계 조건과 초기 조건을 입력하여 음향 파동방정식의 해를 구합니다. (이에 대해서도 다루고 싶네요.) 그러면 원하는 지점, 원하는 시간의 음압 및 입자속도 등 다양한 음향 물리량들을 구할 수 ..
-
물리 음향학: 음향 특성 임피던스(acoustic characteristic impedance)오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2021. 7. 2. 23:10
임피던스(impedance)는 push와 flow의 비로 정의됩니다. 전기전자공학에서는 push는 전압, flow는 전류가 됩니다. 따라서, 임피던스는 전압/전류가 되지요. 음향 임피던스(acoustic impedance)는 음압(acoustic pressure)과 입자속도(particle velocity)의 비로 정의할 수 있습니다. 음향 임피던스를 알고 있으면, 음파 전파의 양상을 알 수 있습니다. (정확한 표현은 아닌 것 같습니다. 고민해보고 수정하겠습니다. 음향 임피던스를 알면?) 교수님 논문에는 아래와 같이 음향 임피던스를 표현하였습니다. "For plane progressive waves in linear acoustics, the specific acoustic impedance can be..
-
물리 음향학: Sound Pressure Level (SPL) (음압 레벨) (dB)오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2021. 1. 29. 19:34
"소음 측정 결과 90 dB(데시벨)이 나와, 기준치를 초과하였습니다" 뉴스에서 소음에 관한 내용을 다룰 때면, 꼭 나오는 문장입니다. 데시벨(decibels)은 대표적인 소음 단위로 많이 사용되고 있습니다. 뉴스뿐 아니라 예능이나 유튜브에서도 심심치 않게 데시벨(decibels)이 등장하여 많은 분들이 친숙하실 것입니다. 과거 피키픽처스에서 [엄마가 잠든 후에]라는 콘텐츠를 진행했었죠. 연예인들이 나와 최대한 조용히 음식을 요리하고 먹어야 했던 걸로 기억합니다. 기준 데시벨을 넘으면 벌칙이 있었던 것 같은데.. 잘 기억이 안 나네요. 하여튼 데시벨은 우리에게 무척이나 친숙한 단위입니다. 하지만, 여러분들은 데시벨에 관해 얼마나 알고 계신가요? 데시벨이 무엇을 의미하고, 왜 사용할까요? 아니 그전에 소음..
-
물리 음향학: 점성 음향 파동방정식오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2020. 10. 22. 11:36
앞서 오랜 시간 동안 음향 파동방정식을 유도하였습니다. 지금까지 유도한 음향 파동방정식은 가장 단순한 형태로, 1차원 무손실을 가정하였습니다. 실제로 음파가 전파하는 모든 상황에는 손실이 존재하지만, 많은 경우 그 크기가 무시할 정도로 작아 무손실을 가정합니다. 하지만 당연하게도 손실이 무시 못할 정도로 크다면, 앞서 유도한 무손실 음향 파동방정식은 사용할 수 없습니다. 따라서 앞으로 다양한 종류의 손실이 있는 음향 파동방정식을 소개해 드리려 합니다. 음향 에너지의 손실은 매질의 특성과 매질 내 각종 경계로 인해 발생합니다. 매질의 특성에 의한 손실은 대표적으로 점성(viscousity), 열전도(heat conduction), 이완(relaxation)이 있습니다. 이들을 앞으로 하나씩 소개해 드릴 예..
-
물리 음향학: 선형화 및 식 결합 - 음향 파동방정식 유도 마지막오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2020. 9. 23. 01:17
안녕하세요, 오피입니다. 이번 글에서 드디어 음향 파동방정식 유도가 완료됩니다. 개요부터 질량보존법칙, 운동량보존법칙, 상태방정식 그리고 음속까지 먼 길을 달려왔습니다. 대학원 음향학 수업 때, 음향 파동방정식을 유도하는 데 많은 시간을 소요합니다. 그리고 시험에 꼭 출제되는 내용입니다. 그만큼 음향학에서 중요한 부분입니다. 저도 오랜만에 천천히 손으로 유도하면서 식들을 음미하였습니다. 파동 방정식 유도의 마지막, 그럼 시작하겠습니다. 먼저, 파동방정식 유도 과정의 큰 그림을 다시 한번 보겠습니다. 질량보존법칙, 운동량보존법칙, 그리고 상태방정식을 이용하여 3개의 식을 유도하였습니다. 본 글은 마무리 단계로써, 3개의 식을 선형화 후 하나의 식으로 결합하는 내용입니다. 선형화는 음향학에서 다루는 물리량들..
-
물리 음향학: 음속 표(sound speed table)오피쓴의 음향학라이프/물리 음향학(Physical Acoustics) 2020. 9. 21. 15:33
음속은 매질에 따라 달라집니다. 일반적으로 고체에서 가장 빠르고, 기체에서 가장 느립니다. 다양한 음향학 책의 마지막 부분에는 음속 표(sound speed table)가 있습니다. 저의 편의를 위해서도, 다양한 매질에서 음속들을 본문에 모아보려 합니다. 여러분들에게도 도움이 되었으면 좋겠습니다. 감사합니다. 오피 올림 - 기체 기체(Gases, pressure 1.013 x 10^5 N/m^2) Sound speed (m/s) Air 331.6 Air (temperature 20 ℃) 343 Oxygen 317.2 Carbon dioxide (CO2) (low frequency) 258 Carbon dioxide (CO2) (high frequency) 268.6 Hydrogen 1269.5 Steam..