벽 통과해 소리 전달할 수 있는 기술 개발

[산업일보]
연세대학교 물리학과 이삼현 교수팀이 벽을 통과해 소리를 전달할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

이 연구 결과는 미국 물리학회에서 발간하는 저명한 학술지 저명 학술지 Physics Review Lettr(IF 7.37) 에 게재됐다.

단단한 벽은 대부분의 소리를 반사하기 때문에 벽을 사이에 두고 대화를 나눈다는 것은 불가능하다. 벽에 작은 크기의 구멍들을 뚫어도 투과되는 소리는 미미하다. 파장보다 작은 크기의 구멍을 통해 소리를 전달하려면 구멍 내의 공기는 아주 빠르게 진동해야만 하기 때문이다.

그러나 이삼현 교수 연구팀은 최근 음향 메타물질을 이용해서 작은 구멍을 통해서도 소리가 잘 전달되도록 하는 방법을 개발했다. 작은 구멍들을 팽팽한 플라스틱 필름(얇은 탄성막)으로 덮어서 전혀 다른 결과를 얻은 것이다.

소리의 투과량을 늘리기 위해서는 같은 시간 내에 많은 에너지가 통과해야 하고 이를 위해서는 공기들이 벽 바깥에서 보다 훨씬 빨리 움직여야 하는데, 공기들이 빠르게 움직이기 위해서는 공기의 효율질량을 영에 가깝게 만들어야 한다. 이삼현 교수 연구팀에서는 이것을 탄성막의 진동을 통해 가능하게 한 것이다. 탄성막이 공명을 일으켰을 때, 그것은 작은 스피커처럼 진동하고 벽을 통과해서 전파되는 파동을 만들어 낸다.


왼쪽에서 오른쪽으로 단단한 벽을 통과해서 진행하는 평면파를 나타내고 있는데 붉은색은 공기가 압축되고 파란색은 공기가 희박해지는 것을, 노란색과 녹색은 공기압의 변화가 거의 없는 것을 나타낸다. 그냥 구멍만 뚫어 놓은 경우에는 투과하는 소리의 양이 많지 않지만, 얇은 막으로 덮은 경우 음파 에너지의 80%가량이 투과하게 됐다.

실험에 따르면 벽의 경사 각도를 조절하거나 원형파를 적용할 경우에도 변함없이 투과율을 극대화되는 효과를 볼 수 있다.(그림2,3). 또한, 통과하는 통로가 매우 좁기 때문에 입사하는 음파에너지는 좁은 통로 안에서 모이게 되는데 최고 5700배까지 에너지가 집적되는 것을 볼 수 있었다. 또한, 실험에서 각각의 구멍들은 전파되는 소리의 파장보다 매우 작은 크기의 반 지름들을 가지고 있으므로, 파장보다 짧은 길이의 해상도를 갖는 고감도 음향 감지기 연구와 현미경, 소음필터, 새로운 타입의 창문(매표 창구 등), 음향집중장치 등 많은 부분에 잠재적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.