육상수조에서의 파라메트릭 어레이를 이용한 저주파수 신호 특성 측정 실험

Abstract

파장보다 짧은 배열로 고지향성 저주파 신호를 생성하는 파라메트릭 어레이(Parametric Array, PA)는 1963년 Westervelt에 의해 제안된 이후 수중 통신, 해저 지층탐사 등과 같은 다양한 수중음향 영역에서 연구되었다. 본 실험의 목적은 PA의 음향특성을 고려하여 크기가 제한된 육상수조에서 PA를 음향재료의 특성을 측정하는 음원으로 제안하는 것이다. 실험은 BII-7544(Benthowave) 송신기를 사용하여 190~207 kHz 범위의 원주파수 신호를 가지고 10 kHz, 5 kHz의 차주파수 신호를 발생시켜 빔패턴, 주파수 특성 등 다양한 음향특성을 측정하였다. 실험결과 송신신호보다 약 50 dB 작은 세기의 저주파 신호가 발생하였으며, 빔폭(-3 dB)은 2 °~5 °범위로 원주파수 신호의 빔패턴과 유사하였다. 실험을 통해 확인된 고지향 특성은 수조실험의 주요 문제인 반사 및 회절 신호의 발생을 사전에 차단하는 데 강점이 있으므로, PA는 저주파 음원으로 사용하기에 적합할 것으로 판단된다. 향후 연구에서는 정확한 차주파수 신호 측정을 방해하는 pseudo sound의 영향을 분석하기 위해 음향필터 설치 여부에 따른 차주파수 신호의 변화를 측정하고 장거리 측정이 가능한 대형수조에서 거리변화에 따른 차주파수 신호를 측정할 예정이다.

Since the theory of Parametric Array(PA) was proposed by Westervelt in 1963, researches using PA have been implemented in various underwater acoustic areas such as underwater communication, sea-bottom profiling and so forth. This is because the signal characteristics of PA, which is a narrow beam at low frequency propagating in the distance with a shorter array than wavelength, are proper for such research topics. Therefore, the objective of this experiment is to propose the suitability of using PA as a transmitter for measuring acoustic properties of materials in a small acoustic tank, considering such acoustic characteristics of PA. In the experiments, a BII-7544(Benthowave) transmitter was used to generate signals with difference frequencies of 10 and 5kHz respectively, with a primary frequencies in the range of 190 to 207 kHz. And various acoustic characteristics of the PA such as beam patterns and frequency characteristics were measured. As the result of the experiments, signals with a power of about 50 dB smaller than the primary frequency signals were generated at difference frequencies. Their beam widths(-3 dB) ranged from 2 to 5 ° and similar beam patterns to those of the primary frequencies were measured. The high directivity characteristics confirmed through the experiments have strengths in blocking the generation of reflection and diffraction signals in advance, which are the main problems in water tank experiments. So it is concluded that the PA is suitable for using as a transmitter for low-frequency acoustical property measurement of materials. In a future research, in order to analyze the effect of pseudo sound, which interferes accurate measurement of difference frequency signal, the changes in the intensity of difference frequency signals with the installation of acoustic filter at various distances in a large acoustic tank, where long distance measurements are feasible, will be measured respectively.