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SAVEX15 실험 해역에서 측정된 전달손실 자료를 이용한 음파 전달 조건의 변환점 추정
Estimation of a transition point of sound propagation condition using transmission loss data measured in SAVEX15 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.37 no.1, 2018년, pp.1 - 11  

권혁종 (한양대학교 해양융합공학과 해양음향공학연구실) ,  최지웅 (한양대학교 해양융합공학과 해양음향공학연구실) ,  김병남 (한국해양과학기술원)

초록
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천해 환경에서 음파 전달은 경계면에 의해 구형 분산에서 원통형 분산으로 음파 전달 조건이 전환되는데, 이 지점을 음파 전달 조건의 변환점 (transition point)이라고 정의한다. 이론적으로 거리에 따른 전달손실을 이용하여 음파 전달 조건의 변환점을 계산할 수가 있으며, 본 논문에서는 포물선 방정식 기반 음향모델을 이용하여 Pekeris 도파관에서 송 수신기가 수층의 중심에 위치한 경우 전달손실을 모의한 후 변환점을 도출하였다. 계산된 변환점은 수층과 퇴적층의 음속비로 계산된 임계각으로 추정한 임계거리와 비교, 분석되었으며, 동일한 환경에서 수층에 음향채널이 존재하는 경우와 음원 수심 변화에 따른 변환점 변동성을 확인하였다. 최종적으로 2015년 5월, 제주도 서남쪽으로 약 65 km 떨어진 SAVEX15(Shallow Water Acoustic Variability EXperiment 2015) 실험에서 획득한 천해 환경에서의 거리에 따른 저 중주파수 음파 전달 실험의 전달손실 자료를 이용하여 실험 해역에서의 음파 전달 조건 변환점을 도출하였으며, 이를 실험해역의 해양환경과 비교를 통하여 음전달 특성을 파악하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Sound propagation in shallow water changes from spherical spreading to cylindrical spreading, depending on boundary conditions, and this point is defined as a transition point of the sound propagation condition. Theoretically, the transition point can be estimated using the transmission loss as a fu...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • [1,7] Tang et al.[8] 은 SW06(Shallow Water Experiment 2006) 실험으로부터 획득한 중주파 전달손실 자료로부터 변환점을 이용한 실제 해양에서 음전달을 이해하고자 하였다. 본 논문에서는 Pekeris 도파관 하에서 음전달에 영향을 미치는 여러 해양인자 및 기하학적 인자들의 조건을 변화시키면서 그 변화에 따른 변환점의 변동성을 이해하고자 하였으며, 더 나아가 퇴적층의 음속 변화에 따른 변환점의 변동성 확인을 통해 측정된 전달 손실의 변환점을 사용한 퇴적층 음속의 역추정 가능성을 확인하고자 하였다.
  • [8] 은 SW06(Shallow Water Experiment 2006) 실험으로부터 획득한 중주파 전달손실 자료로부터 변환점을 이용한 실제 해양에서 음전달을 이해하고자 하였다. 본 논문에서는 Pekeris 도파관 하에서 음전달에 영향을 미치는 여러 해양인자 및 기하학적 인자들의 조건을 변화시키면서 그 변화에 따른 변환점의 변동성을 이해하고자 하였으며, 더 나아가 퇴적층의 음속 변화에 따른 변환점의 변동성 확인을 통해 측정된 전달 손실의 변환점을 사용한 퇴적층 음속의 역추정 가능성을 확인하고자 하였다.
  • 본 논문에서는 SAVEX15 실험에서 측정된 거리에 따른 전달손실 자료로부터 실험해역의 변환점을 추정하기 위한 분석을 수행하였고, 실제 음원 수심이였던 23 m의 조건에서 변환점은 약 240 m로 추정되었다. 또한 음원을 수층의 중심인 51 m로 이동시킨후 추정된 변환점은 약 210 m로 추정되었다.
  • 본 논문에서는 천해 해양환경에서 측정된 거리에 따른 전달손실 곡선을 이용하여 음파 전달조건이 구형 분산에서 원통형 분산으로 전환되는 변환점을 예측하고 이 변환점과 해저면 음속과의 관계를 파악하고자 하였다. 결론적으로 수층의 음속이 등음속일 경우 변환점은 해저면 임계각과 밀접한 관계가 있다.

가설 설정

  • 이러한 이유로 천해 음파 전달 연구를 수행하기 위해 간단한 Pekeris 도파관에서 소나 파라메터별 음전달 특성을 파악하고자 하는 많은 연구가 진행되어 왔다.[3-6] 본 논문에서는 Pekeris 도파관의 천해 해양 환경을 가정한 후 음파 전달이 구형 분산에서 원통형 분산으로 전환되는 변환점(transition point)을 임계각과 관련지어 조사하였다. 임계각은 수층 및 퇴적층의 음속비를 이용하여 정의되므로 변환점과 임계각과의 연관성 파악은 해저면 지음향 인자에 의한 음파 전달 양상을 이해하는 데 중요한 정보를 제공할 수도 있다는 것이 본 연구의 동기이다.
  • 이때 두 분산의 변환 점(R0)은 실제로는 명확히 구분하기 어려우나, 음파가 임계각(θc) 보다 큰 수평 입사각에서는 반사 손실로 인해 음 에너지가 빠르게 감소하여 무시할 수 있으며 임계각(θc) 보다 작은 수평입사각으로 전파되는 음파는 전반사되어 장거리 전파가 가능하므로[7,9]  임계각에 해당하는 수평거리로 변환점을 정의할 수있다. 본 논문에서는 변환점에 대한 이해를 돕기 위해, 간단한 Pekeris 도파관을 가정하여 경계면에서의 반사 및 굴절에 의한 에너지 손실이 고려되지 않은 이상적인 음파 전달 환경을 가정하였다. 이때의 구형 방사 손실(20logR)과 원통형 방사 손실(10logR)의 변환점은 임계각에 관한 Eq.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
해양에서의 음파 전달 요인 중 하나인 천해 환경에서 모의할 때 주의할 점은? 특히 천해에서는 해수면 및 해저면과 같은 해양 경계면 조건에 의해 그 음파 전달 특성이 크게 달라지며, 수온, 염분 및 압력에 의해 결정되는 수층의 음속구조(Sound Speed Profile, SSP)[1] 는 음파 전달 경로에 영향을 준다. 따라서 천해 해양 환경에서 음파 전달을 모의하기 위해서는 수층의 음속구조와 경계면에 대한 영향을 고려하는 것이 중요하다.
해양에서의 음파 전달이 영향받는 요인은 무엇이 있는가? 해양에서의 음파 전달은 해저면 구성성분, 해상상태, 주변소음 등과 같은 다양한 환경적인 요인들에 의한 영향을 받으며 전파된다. 특히 천해에서는 해수면 및 해저면과 같은 해양 경계면 조건에 의해 그 음파 전달 특성이 크게 달라지며, 수온, 염분 및 압력에 의해 결정되는 수층의 음속구조(Sound Speed Profile, SSP)[1] 는 음파 전달 경로에 영향을 준다.
음파 전달 조건의 변환점이란? 천해 환경에서 음파 전달은 경계면에 의해 구형 분산에서 원통형 분산으로 음파 전달 조건이 전환되는데, 이 지점을 음파 전달 조건의 변환점 (transition point)이라고 정의한다. 이론적으로 거리에 따른 전달손실을 이용하여 음파 전달 조건의 변환점을 계산할 수가 있으며, 본 논문에서는 포물선 방정식 기반 음향모델을 이용하여 Pekeris 도파관에서 송 수신기가 수층의 중심에 위치한 경우 전달손실을 모의한 후 변환점을 도출하였다.
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