[논문]인공기포 존재 환경에서의 양상태 잔향음 예측을 위한 해상 실험 분석 및 모델링 연구

양원준; 오래근; 배호석; 손수욱; 김다솔; 최지웅

doi:10.7776/ask.2022.41.4.426

초록
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해양에서 다양한 원인에 의해 발생된 기포들은 해수 중 오랜 시간 잔존하는 것으로 알려져 있다. 이러한 기포들이 해양환경에서 차지하고 있는 부피는 매우 작지만 공진, 감쇠 등으로 인해 해수 중 기포의 존재는 음향 특성에 큰 영향을 미친다. 이에 따라 본 논문에서는 인공기포가 존재하는 해양 환경에서의 양상태 잔향음 실험을 수행하였다. 다수의 송수신기들이 육각형 형태로 배치된 6개의 부이에 설치되었으며, 부이 중앙에 발포제를 투하하여 인공기포를 발생시켰다. 발생된 기포에 의해 변화하는 음향 특성을 반영한 잔향음 모델링을 위해 영상자료와 수신신호를 이용하여 기포의 공간적인 분포를 추정하였다. 측정치 기반의 기포 분포 형태를 이용하였으며, 추정한 기포의 공간적 분포 내에서의 기포 밀도는 동일하다고 가정하여 기포 밀도의 변화에 따른 모의 결과를 측정치와 비교, 분석하였다. 그 결과 기포에 의한 잔향음 모의결과가 실측값과 유사한 시간대에 모의되었으며, 약 10^-7 ~ 10^-6.8의 기포율에서 실측값과 유사한 기포 잔향음 준위가 모의됨을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Bubbles generated by various causes in the ocean are known to persist for long periods of time. Although the volume occupied by bubbles in the ocean is small, the presence of bubbles in ocean due to resonance and attenuation greatly affects the acoustic properties. Accordingly, bistatic reverberatio...

Bubbles generated by various causes in the ocean are known to persist for long periods of time. Although the volume occupied by bubbles in the ocean is small, the presence of bubbles in ocean due to resonance and attenuation greatly affects the acoustic properties. Accordingly, bistatic reverberation experiment was performed in the ocean where artificial bubbles exist. A number of transducers and receivers were installed on 6 buoys arranged in a hexagonal shape, and blowing agents were dropped in the center of the buoy to generate bubbles. For reverberation modeling that reflects acoustic characteristics changed by bubbles, the spatial distribution of bubbles was estimated using video data and received signals. A measurement-based bubble spectral shape was used, and it was assumed that the bubble density within the spatial distribution of the estimated bubble was the same. As a result, it was confirmed that the bubble reverberation was simulated in a time similar to the measured data regardless of the bubble density, and the bubble reverberation level similar to the measured data was simulated at a void fraction of about 10-7 ~ 10-6.8.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Calculations of bubble-induced (a) sound speed, (b) attenuation rate and (c) scattering strength for single radius bubble.
그림 Fig. 3. Wind data near the experiment site.
그림 Fig. 2. (Color available online) Buoy geometry and experimental schematic diagram.
그림 Fig. 4. (Color available online) (a) Artificial bubble distributions right after dropping of blowing agents and after 100 seconds and calculations of bubble-induced (b) sound speeds, (c) attenuation rates, (d) scattering strengths.
그림 Fig. 5. (Color available online) Change of resonance frequency according to bubble radius and depth.
그림 Fig. 6. (Color available online) Received data on same buoy but at different depth (transducer at 7 m and receiver at 2 m). D, S and B mean direct path, surface-bounce path and bottom-path respectively. Red dotted box indicates the time right after dropping the blowing agents.
그림 Fig. 7. (Color available online) Buoy geometry(Top view) and estimated spatial distribution of bubbles.
$Fig. 8. (Color available online) (a) Received data from transducer of buoy 4 to receiver of buoy 3. (b ~ d) comparison between the measured ensemble averaged value and predicted received level for different void fraction (black solid line : total received level, black dashed line : bubble reverberation). Gray solid and dotted line indicate at the time right after the dropping the blowing agents and without the influence of artificial bubbles respectively. (e) Received data from transducer of buoy 5 to receiver of buoy 5. (f ~ h) same explanation as (b ~ d).$ 그림 Fig. 8. (Color available online) (a) Received data from transducer of buoy 4 to receiver of buoy 3. (b ~ d) comparison between the measured ensemble averaged value and predicted received level for different void fraction (black solid line : total received level, black dashed line : bubble reverberation). Gray solid and dotted line indicate at the time right after the dropping the blowing agents and without the influence of artificial bubbles respectively. (e) Received data from transducer of buoy 5 to receiver of buoy 5. (f ~ h) same explanation as (b ~ d).

참고문헌 (15)

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