해양에서의 수중소음원으로서 기포군의 집단운동

윤석왕,박광준,Yoon, S.W.,Park, K.J.,Crum, L.A. 한국음향학회 1991 韓國音響學會誌 Vol.10 No.1

해양에서의 비, 바람, 파도 등 표층교란에 의해 수중에 형성되는 기포층은 수 미터 깊이까지 이르며, 이 기포층은 수중 소음을 발생시킬 수 있는 물리적 역학 매체로서 역할이 가능하다. 실험실에서 수중에 기포군을 형성하여 이에 의한 발생소음을 추적하므로 개개 기포들의 기포군 집단운동에서의 역할을 밝혔으며, 이론적 예측과 실측 기포집단의 모드 진동수가 매우 잘 일치함을 보였다. 이상의 분석결과, 수중 기포군의 집단운동이 수 백 hertz 영역의 수중 소음의 주된 소음원이 될 수 있음을 입증하였다. it is well observed in the ocean that the surface disturbances due to rain, wind and breaking waves generate bubble clouds several meters deep from the water surfaces. Thses kinds of bubble clouds can work as a physical mechanism to produce underwater ambient noise. In the laboratory experiment observing the noise generated from a bubble cloud we showed a role of individual bubbles in collective oscillations of a bubble cloud. The experimental data agree very well with the theoretical predictions. These results confirm that the collective oscillations of a bubble cloud is one of the more likely mechanisms for an ocean ambient noise source around several hundred hertz.

수중 공기방울의 선형 배열에 의한 음향 방출

최복경,윤석왕,Choi, Bok-Kyeoung,Yoon, Suk-Wang 한국음향학회 1994 韓國音響學會誌 Vol.13 No.3

수중에서 공기방울들의 선형 배열에 의해 방출된 음향의 주파수 특성을 이론 및 실험적으로 살펴보았다. 공기방울들의 상호 작용을 고전적 조화진동자의 결합으로 다루었으며, 이론적으로 공기방울들의 선형 배열을 인접한 공기방울들간의 효과만을 고려한 유효 결합 조화진동자 모델로서 제안하였다. 공기방울 중심 사이의 거리가 공기방울 직경의 두 배가 넘는 약한 결합의 경우에 대해, 제안된 유효 결합 조화진동자 모델은 실험 결과들과 잘 일치함을 보여주었다. The frequency characteristics of sound radiated by a line array of bubbles in water was investigated theoretically and experimentally. In the theory we proposed an effective coupled harmonic oscillator model for a line array of bubbles treating the interaction of only adjacent bubbles as the coupling of classical harmonic oscillators. For weak coupling of bubbles that the distance between adjacent bubbles is larger than the diameter of a bubble, the pressented theoretical model shows very good agreement with the experimental results.

Application of the Polar Parabolic Equation Method for Sound Propagation over a Smooth Sea Mountain in the Ocean

유철수,윤석왕,You, Chul-Soo,Yoon, Suk-Wang The Acoustical Society of Korea 1995 韓國音響學會誌 Vol.14 No.e2

경계조건에 맞는 일련의 연속된 좌표계를 parabolic equation method에 적용한 polar parabolic equation method (Polar PE)는 하나의 곡면이나 언덕이 존재하는 경우 대기에서 음의 전파를 설명하는데 알맞은 수치 이론임이 입증되었다. 본 논문에서는 locally reacting 해저면과 pressure release 해수면의 경계조건을 사용하여 Polar PE 를 수중에서 해저구릉이 존재할 경우에 음의 전파를 설명하는데 적용하였다. 450m 높이의 해저구릉이 존재할 경우, 음의 전파에 관하여 계산하고 그 결과를 살펴보았다. Polar PE 를 수중에 해저구릉이 있는 경우 음의 전파를 계산하는데 적용가능성을 논의하였다. The polar parabolic equation method (Polar PE) which introduces a series of "cascaded" boundary fitting coordinates into the parabolic equation method has been verified as a good numerical method for atmospheric sound propagation over a curved surface and hills. Polar PE is applied here to underwater sound propagation over a sea mountain assuming locally reacting boundary sea bottom and pressure release water surface for the boundary conditions. Calculations are presented for underwater propagation over a 450 m high sea mountain. Feasibility of Polar PE application for underwater sound propagation over a smooth mountain is discussed.

Ultrasonic Diagnosis of Osteoporosis

이강일,윤석왕,Lee, Kang-Il,Yoon, Suk-Wang The Acoustical Society of Korea 2010 韓國音響學會誌 Vol.29 No.e2

Osteoporosis is a skeletal disease characterized by two factors: reduced bone mass and microstructure disruption of bone tissue. These symptoms increase bone fragility and can contribute to eventual fracture. In recent years, quantitative ultrasound (QUS) technologies have played a growing role in the diagnosis of osteoporosis. Most of the commercial bone sonometers measure speed of sound and/or broadband ultrasound attenuation at peripheral skeletal sites. However, QUS parameters are purely empirical measures that have not yet been firmly linked to physical parameters, such as bone strength or porosity, and the underlying physics for their variations in cancellous bone is not well understood yet. This paper reviews the QUS technologies for the diagnosis of osteoporosis and also addresses several theoretical models, such as the Biot model, the scattering model, the stratified model, and the modified Biot-Attenborough model, for ultrasonic wave propagation in bone.

수중 기포기둥에 의한 음파의 후방 산란특성 분석

박광준,윤석왕,Park, K.-J.,Yoon, S.-W.,Roy, R.A. 한국음향학회 1991 韓國音響學會誌 Vol.10 No.2

Acoustic backscattering from a buble column in water was studied theoretically and experimentally. For theoretical analysis a general scattering theory was used by assuming the bubble column to be lumped element scatterer which can be characterized by its shape, void fraction and dimensions. When the void fraction is less than 1% and the incident frequency is higher than individual bubble resonance frequencies, the experimental results show that the acoustic backscattering from a bubble column depends mainly on the void fraction rather than the individual bubble sizes. It was also theoretically and experimentally observed that the acoustic backscattering levels were increased and their peaks moved to the lower frequency regin by raising the void fraction of bubble column. 수중에서 원기둥 형태의 기포집단에 의한 후방 산란특성을 이론 및 실험적으로 연구하였다. 이론적 해석을 위하여, 기포기둥을 외형과 공기 함유비 및 크기에 의해 특정지워지는 하나의 단일 산란체로 가정하였으며, 일반 산란 이론식을 이용하여 분석하였다. 기포기둥의 공기 함유비가 1% 이하로 작은 경우와 기포기둥을 구성하는 단일기포의 공명 진동수보다 높은 입사 주파수에 대한 기포기둥의 산란특성은 단일기포의 크기보다 공기 함유비에 크게 의존함을 확인하였다. 또한, 공기 함유비가 증가할수록 후방 산란음압은 증가하며, 최대 음압 주파수는 저주파수 영역으로 이동되는 현상이 이론 및 실험적으로 관찰되었다.

Acoustic Band Structures in Two-dimensional Phononic Crystals Consisting of Periodic Square Arrays of Stainless-steel Cylinders in Water

이강일,Yoon Mi Kim,Hwi Suk Kang,윤석왕 한국물리학회 2016 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.68 No.2

The present study aims to investigate experimentally and theoretically the acoustic band structures in two-dimensional phononic crystals (PCs) consisting of periodic square arrays of stainlesssteel solid cylinders with diameters of 1.0 mm in water. Two types of PCs with different lattice constants (a), 1.5 and 3.0 mm, were assembled to investigate the influence of structural parameters on their band gaps. The dispersion relations were calculated along the X direction of the first Brillouin zone by using the finite element method. The experimental and the theoretical transmission coefficients were obtained for 2, 4, 6, 8, and 10 layers of cylinders along the X direction. The first band gap of the PC with a = 1.5 mm was found around a frequency of 0.5 MHz while that of the PC with a = 3.0 mm was found around 0.25 MHz. Relatively wide band gaps were observed in the PC with a = 1.5 mm compared to that with a = 3.0 mm. The combination of the two different PCs in tandem with different structural parameters was demonstrated to lead to a superposition of their individual band gaps.

공명 산란 이론을 이용한 단일층 원통형 껍질 내부 물질의 음향 식별

조영태,김완구,윤석왕,Jo, Young-Tae,Kim, Wan-Gu,Yoon, Suk Wang 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.4

Acoustic identification of inner materials in a single-layer cylindrical shell is investigated with acoustic resonance theory. The theoretical resonance peak frequencies for a cylindrical shell are little affected by the density variation, but remarkably changed by the sound speed variation of inner materials. Such acoustic dependency can be utilized to identify inner materials in a cylindrical shell. Acoustic resonance spectrogram for a single-layer cylindrical shell is theoretically plotted as functions of normalized frequency and sound speed of inner materials. The inner materials can be acoustically identified by overlapping acoustic resonance peaks from measured backscattering sound field on the spectrogram. To experimentally confirm this method, backscattering sound field of cylindrical shell filled with water, oil or ethylene glycol was measured in water tank. The inner materials could be identified by acoustic resonance peaks of the backscattering sound field monostatically measured with a transduce of 1.05 MHz center frequency. 음향 공명 이론을 이용하여 단일층 원통형 껍질 속 내부 물질의 음향 식별을 연구하였다. 원통형 껍질의 이론적인 공명 피크 주파수들은 내부 물질의 밀도 변화에 의해서는 거의 영향을 받지 않으나, 음속 변화에 의해서는 두드러지게 변화를 보인다. 이와 같은 음향 의존성을 원통형 껍질 속 내부 물질을 식별하는 데 활용할 수 있다. 단일층 원통형 껍질에 대한 음향 공명 스펙트로그램을 정규화 주파수 및 내부 물질 음속의 함수로서 이론적으로 작성한다. 이 스펙트로그램에 측정한 후방 산란 음압장의 음향 공명 피크들을 중첩함으로써 내부 물질을 음향학적으로 식별할 수 있다. 이를 실험적으로 확인하기 위하여 물, 기름 또는 에틸렌글리콜을 넣은 원통형 껍질의 후방 산란 음압장을 수조 안에서 측정하였다. 단일 송수신 방식으로 중심주파수 1.05 MHz인 음파 변환기로 측정한 후방 산란 음압장의 음향 공명 피크로 내부 물질을 식별할 수 있었다.

이차원 푸리에 필터링을 이용한 수중음향 펄스 튜브에서의 평면파 반사계수 결정

김완구,강휘석,윤석왕,Kim, Wan-Gu,Kang, Hwi Suk,Yoon, Suk Wang 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.6

물로 채워진 음향 펄스 튜브 내에는 가진 조건들에 따라 복잡한 형태의 음향 신호들이 형성될 수 있다. 이는 펄스 튜브를 이용해 저주파수 대역에서 평면파 반사계수를 측정하는 것을 어렵게 한다. 본 연구에서는 COMSOL Multiphysics를 이용하여 튜브 벽이 가진되는 경우 펄스 튜브 내에 평면파 뿐 아니라 비평면파 모우드의 복잡한 음장이 발생됨을 보였다. 모우드 분리 방법인 이차원 푸리에 필터링으로 입사 또는 반사하는 평면파 모우드만을 각각 분리할 수 있었다. 이에 시간 게이팅을 적용하므로 음향 시편의 평면파 반사계수를 보다 정확하게 결정할 수 있게 하였다. Complex acoustic signals can be formed in a water-filled acoustic pulse tube under some exciting conditions. It makes difficult to measure plane-wave reflection coefficient with the pulse tube for low frequency bands. In this study, using COMSOL Multiphysics we show that the tube wall excitation generates complex acoustic field of nonplanar mode as well as planar one. From such field incident or reflected planar mode can be decomposed respectively with a modal decomposition method, two-dimensional Fourier filtering. It makes possible to more accurately determine the plane-wave reflection coefficient of acoustic specimen with time gating.

수중에서 정방형 격자를 갖는 2차원 포노닉 크리스탈의 음향 밴드 구조

김윤미,이강일,강휘석,윤석왕,Kim, Yoon Mi,Lee, Kang Il,Kang, Hwi Suk,Yoon, Suk Wang 한국음향학회 2015 韓國音響學會誌 Vol.34 No.5

포노닉 크리스탈이란 기저물질 내에 주기적으로 배열된 산란체로 구성된 복합물질로서 포노닉 크리스탈에 입사된 음파가 특정 주파수 대역에서 차단되는 현상인 밴드 갭이라는 중요한 특성을 갖는다. 본 연구에서는 수중에서 산란체로서 1 mm의 직경을 갖는 원기둥 형태의 스테인리스 스틸 막대가 1.5 mm의 격자상수를 가지며 정방형으로 배열된 2차원 포노닉 크리스탈의 음향 밴드 구조를 이론 및 실험적으로 고찰하였다. 2차원 포노닉 크리스탈의 밴드 구조를 예측하기 위해 유한요소법을 이용하여 첫째 브릴루앙 영역의 ${\Gamma}X$ 방향에 대해 주파수와 파동벡터에 대한 분산관계를 계산하였다. 초음파가 입사되는 방향과 수직한 스테인리스 스틸 막대 층의 개수를 1, 3, 5, 7, 9개로 변화시켜가며 투과계수 및 반사계수를 측정하였다. 계산된 분산관계로부터 2 MHz 이하의 주파수 대역에서 5개의 밴드 갭이 존재하는 것으로 예측되었으며, 첫째 밴드 갭은 0.5 MHz를 중심으로 나타났다. 투과계수 및 반사계수로부터 실험적으로 확인된 밴드 갭은 분산관계로부터 예측된 밴드 갭과 잘 일치하는 것으로 나타났다. Phononic crystals are composite materials consisting of a periodic arrangement of scattering inclusions in a host material. One of the most important properties of phononic crystals is the existence of band gaps, i.e., ranges of frequencies at which acoustic waves cannot propagate through the structure. The present study aims to investigate theoretically and experimentally the acoustic band structures in two-dimensional (2D) phononic crystals consisting of periodic square arrays of stainless steel solid cylinders with a diameter of 1 mm and a lattice constant of 1.5 mm in water. The theoretical dispersion relation that depicts the relationship between the frequency and the wave vector was calculated along the ${\Gamma}X$ direction of the first Brillouin zone using the finite element method to predict the band structures in the 2D phononic crystals. The transmission and the reflection coefficients were measured in the 2D phononic crystals with 1, 3, 5, 7, and 9 layers of stainless steel cylinders stacked in the perpendicular direction to propagation at normal incidence. The theoretical dispersion relation exhibited five band gaps at frequencies below 2 MHz, the first gap appearing around a frequency of 0.5 MHz. The location and the width of the band gaps experimentally observed in the transmission and the reflection coefficients appeared to coincide well with those determined from the theoretical dispersion relation.

폴리우레탄 평판 음향 원도우 제조와 수중에서 기계적 및 음향적 특성 연구

조미숙(Mi Suk Cho),최재석(Chae Seok Choi),이수정(So Jung Lee),윤석왕(Suk Wang Yoon),구자춘(Ja Chun Koo),이영관(Young Kwan Lee) 한국고분자학회 2010 폴리머 Vol.34 No.2