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음향공학

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목차

1. 개요

음향 공학은 소리의 생성, 제어, 전달, 그리고 인간의 청각에 미치는 영향을 연구하는 학문 분야이다. 음향 공학은 헤드폰, 마이크, 스피커, 사운드 시스템 등의 설계와 관련된 전기음향학을 포함하여 공기음향학, 오디오 신호 처리, 건축 음향, 생물음향학, 환경 소음, 음악 음향학, 소음 제어, 심리음향학, 음성, 초음파, 수중 음향, 진동 및 동역학 등 다양한 하위 분야를 포괄한다. 음파의 흡음, 잔향, 회절, 굴절과 같은 기본적인 음파 거동을 이해하고 수학적 분석을 통해 소리를 제어하며, 오디오 공학회, 영국 음향 학회 등 관련 학회에서 연구가 진행된다.

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음향공학
개요
학문 분야공학
관련 학문물리학, 기계공학, 전기공학, 전자공학, 토목공학
세부 분야음향학
진동
소음 제어
건축 음향
음향 신호 처리
심리 음향학
전기 음향학
음악 음향학
생체 음향학
수중 음향학
항공 음향학
참고 문헌세계 보건 기구 (WHO)
마이클 배런
볼프강 아너트

2. 음향 공학의 하위 분야

음향 공학은 다양한 하위 분야를 포함한다. 아래는 미국 음향학회에서 사용하는 물리학 및 천문학 분류 체계(PACS) 코드를 기반으로 분류된 주요 하위 분야들이다.[8]

2. 1. 공기음향학 (Aeroacoustics)

공기음향학은 공기의 움직임(예: 난류)으로 인해 소음이 발생하는 방식과 소리가 유체인 공기를 통해 전파되는 방식을 연구하는 학문이다. 공기음향학은 항공기 및 풍력 터빈에서 발생하는 소음을 이해하고, 관악기의 작동 원리를 탐구하는 데 중요한 역할을 한다.[9]

2. 2. 오디오 신호 처리 (Audio Signal Processing)

오디오 신호 처리는 아날로그 및 디지털 신호 처리를 사용하여 오디오 신호를 전자적으로 조작하는 것이다. 이는 다음과 같은 다양한 이유로 수행된다.

  • 잔향과 같은 오디오 효과를 적용하여 사운드를 향상시킨다.
  • 신호에서 원치 않는 노이즈를 제거한다. (예: VoIP (Voice over IP) 인터넷 음성 통화에서 에코 제거)
  • MP3, Opus의 지각적 코딩과 같이 오디오 신호를 압축하여 효율적인 전송을 가능하게 한다.
  • 음악 정보 검색을 통한 음악 트랙 식별과 같이 신호의 내용을 이해한다.[10]


오디오 엔지니어는 오디오 신호 처리 알고리즘을 개발하고 사용한다.

2. 3. 건축 음향 (Architectural Acoustics)

텔아비브 문화 궁전 콘서트홀의 천장은 천공 금속 패널로 덮여 있다.


건축 음향은 건물 내부에서 양질의 소리를 구현하는 과학 및 공학 기술이다.[11] 극장, 식당 또는 기차역에서 훌륭한 언어 명료도를 얻거나, 콘서트홀 또는 녹음 스튜디오에서 음악의 품질을 향상시키거나, 소음을 억제하여 사무실과 주거 공간을 더 생산적이고 쾌적한 환경으로 만드는 것과 관련될 수 있다.[12] 건축 음향 설계는 일반적으로 음향 컨설턴트가 수행한다.[13]

2. 4. 생물음향학 (Bioacoustics)

생물음향학은 동물의 소리 생성과 청취에 대한 과학적 연구와 관련이 있다. 여기에는 다음 내용이 포함될 수 있다.

  • 음향 커뮤니케이션과 관련된 동물의 행동 및 종의 진화
  • 동물이 소리를 생성하는 방식
  • 동물의 청각 메커니즘 및 신경생리학
  • 동물의 개체수를 모니터링하기 위한 소리의 사용
  • 인공 소음이 동물에게 미치는 영향

2. 5. 전기음향학 (Electroacoustics)

이 음향 공학 분야는 헤드폰, 마이크로폰, 스피커, 음향 시스템, 음향 재생 및 녹음 설계를 다룬다.[15] 휴대 전화, 휴대용 미디어 플레이어, 태블릿 컴퓨터와 같이 음향을 재생할 수 있고 음향 전기 공학에 의존하는 휴대용 전자 장치의 사용이 빠르게 증가하고 있다.

"음향 전기"라는 용어는 초음파의 영향 아래에서 이종 액체에서 발생하는 일련의 전기 운동 효과를 설명하는 데에도 사용된다.[16][17]

2. 6. 환경 소음 (Environmental Noise)

환경 음향은 교통, 항공기, 산업 장비, 레크리에이션 활동 및 불쾌감을 줄 수 있는 모든 것으로 인해 발생하는 소음 및 진동 제어와 관련이 있다.[1] 환경 음향과 관련된 음향 엔지니어는 예상 소음 수준을 측정하거나 예측하고, 해당 소음에 대한 허용 가능한 수준을 결정하며, 소음을 제어하는 방법을 결정해야 하는 과제에 직면한다. 환경 음향 작업은 일반적으로 음향 컨설턴트 또는 환경 보건 분야에서 일하는 사람들이 수행한다.[13] 최근 연구에서는 사운드스케이프, 긍정적인 소리 (예: 분수, 새소리) 사용 및 고요함 유지를 강조하고 있다.[18]

2. 7. 음악 음향학 (Musical Acoustics)

음악 음향학은 음악의 물리적 현상과 그 지각, 즉 소리가 음악으로 사용될 때 어떻게 작용하는지를 연구하고 설명하는 데 중점을 둔다.[19] 여기에는 다음이 포함된다.

  • 전자 신디사이저를 포함한 악기의 기능과 설계
  • 사람의 목소리(노래의 물리학 및 신경생리학)
  • 음악의 컴퓨터 분석 및 작곡
  • 음악 치료에서의 음악의 임상적 사용
  • 음악의 지각과 인지

2. 8. 소음 제어 (Noise Control)

소음 제어는 소음원을 줄이거나, 방음벽 등과 같은 방법으로 소리 전파를 억제하거나, 귀마개나 귀덮개와 같은 귀 보호 장비를 사용하여 소음 공해를 줄이기 위한 일련의 전략이다.[20] 소음 제어는 소음원을 제어하는 것이 가장 비용 효율적인 방법이다. 자동차와 트럭에 적용되는 소음 제어 엔지니어링은 소음, 진동, 불쾌감 (NVH)으로 알려져 있다. 제품 소음을 줄이는 다른 기술로는 진동 격리, 음향 흡수재 적용, 음향 인클로저 등이 있다. 음향 공학은 소음 제어를 넘어 제품에 가장 적합한 소리가 무엇인지, 예를 들어 자동차의 문 닫는 소리를 조작하는 것과 같은 문제를 탐구할 수 있다.[21]

2. 9. 심리음향학 (Psychoacoustics)

심리음향학은 인간이 소리에 어떻게 반응하는지를 연구하는 학문이다. 이는 단순히 소리의 물리적 특성뿐만 아니라, 그 소리가 사람에게 어떤 감정적, 생리적 반응을 일으키는지를 탐구한다. 예를 들어, 어떤 소리는 짜증 나게 느껴지고, 어떤 소리는 아름다운 음악처럼 들리는 이유를 밝히는 것이다.

음향 공학의 많은 분야에서 인간 청취자는 설계의 성공 여부를 판단하는 최종 심판관이다.[10] 예를 들어, 서라운드 사운드 시스템에서 소리 위치가 제대로 작동하는지 여부와 같이 인간이 실제로 소리를 어떻게 인지하는지가 중요하다.

심리음향학은 음향 자극과 그 주변의 모든 과학적, 객관적, 물리적 특성을, 그것에 의해 유발되는 생리적, 심리적 반응과 조화시키려 한다.[10]

2. 10. 음성 (Speech)

음성은 음향 공학의 주요 연구 분야로, 음성의 생성, 처리 및 인식을 포함한다. 여기에는 물리학, 생리학, 심리학, 오디오 신호 처리, 언어학이 포함될 수 있다. 음성 인식과 음성 합성은 기계적인 음성 처리의 두 가지 중요한 측면이다. 음성이 명료하고 효율적이며 고품질로 전달되도록 보장하는 것, 실내, PA 시스템, 그리고 전화 시스템을 통한 전송은 또 다른 중요한 연구 분야이다.[22]

2. 11. 초음파 (Ultrasonics)

초음파는 일반인이 들을 수 없을 정도로 주파수가 높은 음파로, 고체, 액체, 기체 내에서 발생한다. 초음파 관련 전문 분야로는 의료 초음파술을 포함한 의학 초음파, 초음파화학, 비파괴 검사, 재료 특성화, 수중 음향(소나) 등이 있다.[23]
자궁 내 태아의 초음파 이미지 (임신 12주차, 2차원 스캔)

2. 12. 수중 음향 (Underwater Acoustics)

수중 음향은 물속에서 소리가 어떻게 나는지를 연구하는 학문이다. 자연적이거나 인공적인 소리 모두를 다루며, 소리가 물속에서 어떻게 퍼져나가는지, 그리고 동물들이 소리를 어떻게 듣는지를 연구한다. 수중 음향은 여러 분야에서 활용되는데, 소나를 이용해 잠수함 같은 물체를 찾아내거나, 동물들이 물속에서 어떻게 소통하는지, 기후 변화를 알기 위해 바닷물 온도를 재는 데, 그리고 해양 생물학 연구 등에 쓰인다.[24]

2. 13. 진동 및 동역학 (Vibration and Dynamics)

음향 공학자들은 진동을 연구하며, 측정, 분석, 제어를 포함하여 기계 시스템과 환경 간의 움직임과 상호 작용을 연구한다. 여기에는 철도 및 건설로 인한 지반 진동, 녹음 스튜디오로 유입되는 소음을 줄이기 위한 진동 격리, 인간에 대한 진동의 영향 연구 (진동 백지 손가락), 지진으로부터 다리를 보호하기 위한 진동 제어, 건물 전체로 전달되는 구조 전달 음향의 모델링 등이 포함될 수 있다.[25]

3. 음향 공학의 기초

소리가 주변 환경과 상호 작용하는 방식은 종종 매우 복잡하지만, 음향 설계를 이해하는 데에는 몇 가지 기본적인 음파 거동이 있다. 복잡한 음파 거동에는 흡음, 잔향, 회절, 굴절 등이 있다.[26] 음향 엔지니어는 이러한 기본 개념을 수학적 분석과 함께 적용하여 다양한 응용 분야에서 소리를 제어한다.[27]

3. 1. 흡음 (Absorption)

흡음은 음파가 표면에서 반사될 때 발생하는 에너지 손실이며, 표면 재료를 통해 전달되고 소멸되는 음향 에너지를 모두 의미한다.[26]

3. 2. 잔향 (Reverberation)

잔향은 소리원(source)이 멈춘 후, 반복적인 경계 반사로 인해 소리가 지속되는 현상이다. 이 원리는 밀폐된 공간에서 특히 중요하다.[26]

3. 3. 회절 (Diffraction)

회절은 음파가 파동의 경로에 있는 표면 주위로 구부러지는 현상이다.[27]

3. 4. 굴절 (Refraction)

소리가 주변 환경과 상호 작용하는 방식은 매우 복잡하지만, 음향 설계를 이해하는 데에는 몇 가지 기본적인 음파 거동이 있다. 복잡한 음파 거동에는 흡음, 잔향, 회절, 굴절 등이 있다. 굴절은 파동이 통과하는 매질의 변화로 인해 음파가 구부러지는 현상이다.[27] 예를 들어, 온도 기울기는 음파 굴절을 일으킬 수 있다.[27]

4. 관련 학회


  • 오디오 공학회
  • 호주 음향 학회[28]
  • 캐나다 음향 학회[29]
  • 영국 음향 학회
  • 중국 과학원 음향 연구소

참조

[1] 서적 Burden of disease from environmental noise http://www.euro.who.[...] WHO
[2] 서적 Auditorium Acoustics and Architectural Design Taylor & Francis
[3] 서적 Sound Reinforcement Engineering: Fundamentals and Practice CRC Press
[4] 웹사이트 MSc Engineering Acoustics, DTU http://www.dtu.dk/en[...] 2018-02-09
[5] 웹사이트 Job profiles: Acoustics consultant https://nationalcare[...] 2013-05-13
[6] 웹사이트 Graduate Jobs in Acoustics http://www.acoustics[...] 2013-05-13
[7] 웹사이트 Acoustics and You http://acousticalsoc[...] 2013-05-13
[8] 웹사이트 PACS 2010 Regular Edition—Acoustics Appendix http://www.aip.org/p[...] 2013-05-22
[9] 서적 Aeroacoustics of Wind Instruments: Investigations and Numerical Methods VDM Verlag
[10] 서적 Principles of Digital Audio, Sixth Edition McGraw Hill Professional
[11] 서적 Dictionary of Acoustics Academic Press
[12] 서적 Acoustics in the Built Environment: Advice for the Design Team Architectural Press
[13] 웹사이트 Job profiles Acoustics consultant https://nationalcare[...]
[14] 웹사이트 Acoustical Society of America Animal Bioacoustics Technical Committee. What is Bioacoustics? accessed 23 November 2017 http://www.animalbio[...] ASA 2013-05-22
[15] 웹사이트 Acoustics and You (A Career in Acoustics?) http://asaweb.devclo[...] 2013-05-21
[16] 서적 Characterization of liquids, nano- and micro- particulates and porous bodies using Ultrasound https://dispersion.c[...] Elsevier
[17] 간행물 ISO International Standard 13099, Parts 1,2 and 3, Colloidal systems – Methods for Zeta potential determination https://www.iso.org/[...]
[18] 서적 Urban Sound Environment CRC Press
[19] 웹사이트 ASA TCMU Home Page http://www.public.co[...] 2013-05-22
[20] 서적 Engineering Noise Control: Theory and Practice Spon Press/Taylor & Francis
[21] 웹사이트 Making products sound better http://www.acoustics[...] 2013-05-21
[22] 웹사이트 Speech Communication http://acosoc.org/Te[...] Acoustical Society of America 2013-05-22
[23] 서적 Ultrasonics: Fundamentals, Technologies, and Applications CRC Press
[24] 웹사이트 Underwater Acoustics http://www.apl.washi[...] 2013-05-22
[25] 웹사이트 Structural Acoustics & Vibration Technical Committee http://fubini.swarth[...] 2013-05-22
[26] 문서 Barron, 2002, ch. 7.1.
[27] 문서 Hemond, 1983, pp. 24–44.
[28] 웹사이트 Australian Acoustical Society ABN 28 000 712 658 A.C.N. 000 712 658 https://www.acoustic[...]
[29] 웹사이트 Canadian Acoustics - Acoustique Canadienne http://caa-aca.ca
[30] 서적 Burden of disease from environmental noise http://www.euro.who.[...] WHO 2022-04-12
[31] 서적 Auditorium Acoustics and Architectural Design Taylor & Francis
[32] 서적 Sound Reinforcement Engineering: Fundamentals and Practice
[33] 웹인용 MSc Engineering Acoustics, DTU http://www.dtu.dk/en[...] 2018-02-09
[34] 웹인용 Job profiles: Acoustics consultant https://nationalcare[...] 2013-05-13
[35] 웹인용 Graduate Jobs in Acoustics http://www.acoustics[...] 2013-05-13
[36] 웹인용 Acoustics and You https://web.archive.[...] 2013-05-13


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