전성관
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1. 개요
전성관은 소리를 전달하는 데 사용되는 튜브로, 초기에는 나무나 금속으로 제작되었으며, 관의 임피던스를 조절하여 소리를 증폭했다. 음파가 좁은 관 안에서 평면파처럼 전파되는 원리를 이용하여, 장애물이 없는 곳보다 더 먼 거리까지 소리를 전달할 수 있다. 해상에서 감시 위치와 갑판, 기관실 사이의 통신에 사용되었고, 가정에서는 하인과의 소통을 위한 "스피킹 튜브"로 사용되기도 했다. 비행 교관이 학생에게 지시를 내리기 위해 사용한 "고스포트 튜브"도 존재했다. 현대에는 무전기, MRI, 오토바이 헬멧, 놀이터 등 다양한 분야에서 음향 튜브 이어폰, 인터콤, 놀이기구 등으로 활용되며, 과거에는 군함에서 전력 공급이 끊겼을 때를 대비한 예비용으로 사용되기도 했다.
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| 전성관 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 통신 장비 |
| 용도 | 음성 통신 |
| 작동 원리 | 소리 전달 |
| 역사 | |
| 발명 | 19세기 |
| 초기 사용 | 선박 내 통신 |
| 구조 및 재료 | |
| 주 재료 | 금속 또는 플라스틱 |
| 형태 | 관 형태 |
| 작동 방식 | |
| 작동 원리 | 관을 통한 소리 전달 |
| 사용법 | 입과 귀를 대고 말하고 듣기 |
| 응용 분야 | |
| 선박 | 선박 내 통신 |
| 건축물 | 건물 내 통신 |
| 군사 | 군사 시설 내 통신 |
| 기타 | 실험 장비 장난감 |
| 관련 기술 | |
| 관련 기술 | 전화기 인터콤 |
2. 디자인
초기 음성관은 나무 또는 금속으로 만들어진 두 개의 원뿔로 구성되었으며, 한쪽 끝은 말하는 사람의 입에 맞게 성형되었고, 다른 쪽 끝은 소리를 증폭하도록 넓게 퍼져 있었다(특히 관의 임피던스를 열린 공간의 임피던스와 일치시키기 위해).[1] 나중에 설계된 음성관은 탈착 가능한 코르크 마운트 휘슬을 삽입했는데, 이는 반대쪽 끝에서 관으로 불어 소리를 낼 수 있었다. 해군 함정에서 이는 긴급한 함내 통신과 관련된 독특한 소리를 만들어냈다. 휘슬 소리는 청취자를 소환했고, 청취자는 휘슬을 제거하고 응답했다.
초기 음성관은 나무 또는 금속으로 만들어진 두 개의 원뿔로 구성되었으며, 한쪽 끝은 말하는 사람의 입에 맞게 성형되었고, 다른 쪽 끝은 소리를 증폭하도록 넓게 퍼져 있었다. 이는 관의 임피던스를 열린 공간의 임피던스와 일치시키기 위한 것이었다.[1] 나중에 설계된 음성관에는 탈착 가능한 코르크 마운트 휘슬이 삽입되었는데, 반대쪽 끝에서 관으로 불어 소리를 낼 수 있었다. 해군 함정에서 이는 긴급한 함내 통신에 사용되었으며 독특한 소리를 만들어냈다. 휘슬 소리는 청취자를 소환했고, 청취자는 휘슬을 제거하고 응답했다.[1]
초기 음성관은 나무 또는 금속으로 만들어진 두 개의 원뿔로 구성되었으며, 한쪽 끝은 말하는 사람의 입에 맞게 성형되었고, 다른 쪽 끝은 소리를 증폭하도록 넓게 퍼져 있었다.[1] 나중에 설계된 음성관에는 탈착 가능한 코르크 마운트 휘슬이 부착되어 반대쪽 끝에서 관으로 불어 소리를 낼 수 있었다. 해군 함정에서는 긴급한 함내 통신에 사용되었으며, 휘슬 소리로 청취자를 호출하고 청취자는 휘슬을 제거한 후 응답하는 방식이었다.
음성관은 약 91.44m의 거리에서도 사용할 수 있었다.[1] 그러나 매우 긴 음성관은 호출을 나타내기 위해 전기 신호 장치를 사용할 수 있는데, 관 내부의 큰 공기 부피 때문에 반대쪽 끝에서 휘슬을 울릴 만큼 충분한 압력으로 불기가 어려웠기 때문이다.[1] 그럼에도 불구하고 더 긴 거리를 위해서는 더 큰 내부 직경을 가진 관이 바람직했는데, 신호 손실이 관의 단면적에 반비례하기 때문이다.[1]
음성관은 스위치 메커니즘이 없으므로 여러 목적지를 제공하려면 원하는 모든 쌍의 종점 사이에 전용 이동관이 있는 별도의 음성관을 제공해야 한다.
이 기술은 신뢰성과 저렴한 비용으로 인해 전자 시대에도 계속 사용되고 있다. 음성관은 완전한 전력 손실이나 전자기 펄스의 영향을 받지 않는다. 1950년대 후반에 건조된 군함들도 더 진보된 기술과 함께 음성관을 계속 사용했다.
금속 등의 관 양쪽에 송화구와 확성 장치를 겸한 깔때기 모양의 수화기가 달린 구조로 되어 있다. 이 깔때기에 입을 가까이 대고 말하면 관 속을 통해 소리가 전달되어 다른 쪽 수화기에서 음성이 들리는 방식이다. 불필요한 대화나 소리를 전달하고 싶지 않은 경우를 위해 수화기에 덮개나 마개가 있는 것도 있다.
전력 등의 에너지가 필요 없고 단순한 구조로 신뢰성이 높기 때문에 대형 선박이나 공장 등 넓은 건축물 등에서 내선 통화용으로 이용되었다.
3. 원리
음성관은 약 91.44m 거리에서도 사용할 수 있었다.[1] 그러나 매우 긴 음성관은 호출을 위해 전기 신호 장치를 사용하기도 했는데, 관 내부의 큰 공기 부피 때문에 반대쪽 끝에서 휘슬을 울릴 만큼 충분한 압력으로 불기가 어려웠기 때문이다.[1] 더 긴 거리에서는 더 큰 내부 직경을 가진 관이 바람직했는데, 신호 손실이 관의 단면적에 반비례하기 때문이다.[1]
음성관에는 스위치 메커니즘이 없으므로, 여러 목적지에 음성을 전달하려면 각 종점 쌍 사이에 전용 이동관을 가진 별도의 음성관이 필요했다.
이 기술은 신뢰성과 저렴한 비용 덕분에 전자 시대에도 계속 사용되고 있다. 음성관은 완전한 전력 손실이나 전자기 펄스의 영향을 받지 않는다.
음성관은 직경이 작은 관 안에서 음파가 평면파처럼 전파되어 감쇠가 적어진다는 원리를 이용한다.[5] 장애물이 없는 곳에서 음파는 거리의 제곱에 비례하여 감쇠하지만, 좁은 관 속에서는 음파가 확산되지 않아 감쇠가 크게 억제된다. 따라서 전성관을 사용하면 장애물이 없는 곳에서 대화하는 것보다 훨씬 더 먼 곳에 음성을 전달할 수 있다.
4. 역사
음성관은 약 91.44m 거리까지 사용 가능했지만,[1] 매우 긴 음성관은 호출을 위해 전기 신호 장치를 사용해야 했다. 관 내부의 큰 공기 부피 때문에 반대쪽 끝에서 휘슬을 울릴 만큼 충분한 압력으로 불기가 어려웠기 때문이다.[1] 긴 거리 통신에는 신호 손실이 관의 단면적에 반비례하므로 더 큰 내부 직경을 가진 관이 사용되었다.[1]
음성관에는 스위치 메커니즘이 없었기 때문에, 여러 목적지와 통신하려면 각 종점 쌍 사이에 별도의 전용 음성관이 필요했다. 이 기술은 신뢰성과 저렴한 비용 덕분에 전자 시대에도 계속 사용되었으며, 1950년대 후반에 건조된 군함에도 더 진보된 기술과 함께 음성관이 사용되었다.
자위대에서도 무라사메형 (1993년 건조 시작)부터는 전성관을 탑재하지 않고 있다. 현재는 음파의 성질을 배우는 교재로서 과학관 등에 설치되거나, 공원 등의 놀이기구에 포함되어 있다.
4. 1. 해상에서의 사용
해상 용어인 음성관은 상공의 감시 위치에서 갑판으로, 함교에서 조타 위치와 기관실로 보고를 전달하는 데 사용되었다. 음성관은 가정용 버전보다 직경이 약간 더 컸으며 효율성을 높이기 위해 종종 흡음재로 덮여 있었다.
구리 음성관은 1803년 이른 시기에 영국 2층 및 3층 전함에 장착되었다. 주목할 만한 사용 사례는 1805년 트라팔가 해전에서 HMS ''Victory''호에 탑재된 것이다. ''Victory''호의 선륜은 전투 초기에 파괴되었다. 이후 음성관을 사용하여 세 개의 갑판 아래 쿼터덱에서 선원들이 밧줄과 도르래를 사용하여 직접 배의 타륜을 조작하는 위치까지 조타 명령을 전달했다.[2]
음성관의 한 가지 단점은 방수 공간의 완전성을 침해할 수 있다는 것이다. 이 때문에 침수된 구획의 물이 음성관을 통해 다른 구획으로 들어가는 것을 방지하기 위해 음성관 양쪽 끝에 차단 밸브를 도입했다.
영구적으로 장착된 견고한 음성관은 여전히 사용되고 있으며 일반적으로 물의 유입을 방지하기 위해 덮개로 덮여 있다. 말하는 사람은 파이프의 "나팔" 또는 종 모양의 끝에 입을 대야 하고, 받는 사람은 무슨 말을 하는지 들으려면 '귀를 기울여야' 한다.
음성관은 일반적으로 무전기로 대체되었다. 해군 함선의 음성관은 전자적 스텔스를 위해 전화 대신 사용되기도 한다. 중세 시대에는 이미 내선 전화에 해당하는 역할로 이용되었다.
전화나 무선기 등의 통신 수단이 발달한 현재에는 실용적으로는 쇠퇴했으며, 이전에는 군함 등에서 전력이 끊겼을 때 사용하기 위한 예비용으로 사용되었다. 그러나 회선의 고성능화 및 다중화, 정전 시 백업 체제의 확충 등으로 인해 중복성이 향상되었고, 전성관의 대용품으로 무전지 전화와 같은 것이 대체하게 되었다. 또한 기밀・수밀상의 약점이 된다는 점 때문에 예비용으로 탑재하는 함선은 거의 존재하지 않는다.
그러나 같은 원리를 이용한 '''어쿠스틱 튜브'''는 가까운 곳에서는 의료용 청진기에 널리 사용되고 있다. 또한 여객기의 승객에게 배포되는 이어폰도 쇼와 시대 쯤까지는 스피커 내장형 전자식 이어폰에 비해 저렴했던 어쿠스틱 튜브형이 사용되었다. 현재에도 미국 비밀 경호국이 사용하는 이어폰에는 귓가 부분이 소형이고, 투명 소재로 만들어져 눈에 띄지 않는다는 장점 때문에 어쿠스틱 튜브형이 사용되는 경우도 있다.
4. 2. 가정에서의 사용
가정에서 사용되는 음성관은 더 작았으며 "스피킹 튜브"라고 불렸다. 튜브의 끝은 사용자가 쓰기 편하게 유연하게 만들어지는 경우가 많았다. 스피킹 튜브는 19세기에 비교적 작은 규모의 주택에서도 2층 방에서 작동하여 하인들의 숙소에서 울리는 원격 제어 핸드벨 배열을 보완했다. "혼을 잡아라", "그에게 한 번 불어봐", "송풍기"를 "전화"의 동의어로 사용하는 것은 일반적으로 스피킹 튜브의 이러한 특징에서 유래된 것으로 받아들여진다.
스피킹 튜브는 일부 사무실에서 사용되었으며, 양쪽 끝에 휘파람이 달려 있어 '''휘파람 튜브'''라고도 불렸다.[3] 여러 개의 스피킹 튜브를 책상 가장자리에 걸어 다양한 위치와 통신할 수 있었다.
스피킹 튜브는 1927년 롤스로이스 팬텀과 같은 고급 자동차에서도 사용되어, 필요에 따라 분리된 승객 및 운전석 간의 통신을 가능하게 했다. 중세 시대에는 이미 내선 전화에 해당하는 역할로 이용되었다.
4. 3. 고스포트 튜브
'고스포트 튜브'는 군용 항공 초창기에 비행 교관이 학생들에게 지시와 방향을 제시하기 위해 사용한 음성 튜브였다. 이 튜브는 1917년 고스포트에 개설한 특수 비행 학교에서 비행 교관 로버트 레이먼드 스미스-배리가 발명하였다.[4] 중세 시대에는 이미 내선 전화와 같은 역할로 이용되었다.
5. 현대적 이용
전화나 무선기 등 통신 수단이 발달하면서 전성관은 실용적으로 쇠퇴했다. 이전에는 군함 등에서 전력이 끊겼을 때 예비용으로 사용되었으나, 회선 고성능화, 다중화, 정전 시 백업 체제 확충 등으로 중복성이 향상되었다. 또한 무전지 전화와 같은 전성관 대용품이 등장하고, 기밀・수밀상의 약점이 있다는 점 때문에 예비용으로 탑재하는 함선은 거의 없다.[1]
자위대에서는 무라사메형(1993년 건조 시작)부터 전성관을 탑재하지 않고 있다. 현재는 음파의 성질을 배우는 교재로 과학관 등에 설치되거나, 공원 등의 놀이기구에 포함되어 있다.[1]
5. 1. 기타 응용
음향 튜브 헤드폰(공압 이어폰 또는 에어 이어폰이라고도 함)은 무전기에서 특히 유용하게 사용된다. 투명한 튜브를 사용하여 이어폰을 숨길 수 있기 때문이다. 또한 전화 교환원의 헤드셋 마이크와 자기 공명 영상(MRI) 검사를 받는 환자에게 음악을 제공하는 데에도 사용되는데, 스캐너의 자기장 내에서 금속 배선을 사용하는 것은 위험하기 때문이다.[1]공압식 인터콤은 조종사와 승객 간의 통신을 위해 오토바이 헬멧에 적용될 수 있다. 유사한 시스템은 초경량 항공에서도 흔히 사용된다. 이러한 시스템은 단순하고 배터리가 필요 없기 때문에 블루투스 또는 기타 무선 기술보다 선호되는 경우가 있다.[1]
말하는 튜브의 원리는 특정 놀이터 장비에서 발견할 수 있는데, 이 장비는 사운드 혼 또는 기타 말하는 상자를 연결하는 튜브를 사용하여 아이들의 재미를 위해 목소리가 별도의 지점으로 이동하도록 한다.[1]
같은 원리를 이용한 '''어쿠스틱 튜브'''는 의료용 청진기에 널리 사용되고 있다. 또한 쇼와 시대 쯤까지 여객기의 승객에게 배포되는 이어폰은 스피커 내장형 전자식 이어폰에 비해 저렴했던 어쿠스틱 튜브형이 사용되었다. 현재에도 미국 비밀 경호국이 사용하는 이어폰에는 귓가 부분이 소형이고, 투명 소재로 만들어져 눈에 띄지 않는다는 장점 때문에 어쿠스틱 튜브형이 사용되는 경우도 있다.[1]
참조
[1]
웹사이트
Voicepipes and Speaking-Tubes
http://www.aqpl43.ds[...]
The Museum of Retro-Technology
2010-03-15
[2]
서적
HMS Victory
Haynes
[3]
웹사이트
Silas-j-Ward
http://familytreemak[...]
2022-09
[4]
간행물
Barry, Robert Raymond Smith- (1886–1949)
http://www.oxforddnb[...]
Oxford University Press
2004
[5]
간행물
伝声管
http://www.asj.gr.jp[...]
일본음향학회
2008
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