• 한국음향학회지
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• 제23권5호
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• pp.362-369
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• 2004

수층과 사질 퇴적층이 이루는 경계면이 평탄할지라도 고주파수 (30∼120 ㎑) 음파의 반사손실은 퇴적물의 입도와 입사파의 파장에 따라 거친 경계면에서의 반사 효과를 갖게 된다. 경계면 거칠기 영향은 음향학적 거칠기 (acoustical roughness, g/sub R/)로 표현하며 사질 퇴적물의 경우 g/sub R/∼ O(1)이고 주파수에 따른 종속성을 가진다. 따라서 입도분포에 따른 반사손실의 편차 (deviation)와 주파수에 따른 종속성을 포함하는 개선된 해저면 반사손실 모델 (HYBRL 모델, Hanyang University Bottom Reflection Loss model)을 제안한다. 그리고 주파수 종속성과 해저면 물성이 갖는 편차를 포함하는 반사손실 모델을 검증하기 위해 수조실험과 해상실험을 실시하였다. 수조실험 및 해상실험에서 측정된 해저면 반사손실 결과 사질 퇴적물에서 모델의 특성을 잘 반영한다.

• 한국음향학회지
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• 제40권4호
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• pp.297-303
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• 2021

천해 환경에서 음파가 장거리 전파되는 경우, 해저면의 비균질성으로 인해 일반적으로 사용하는 Rayleigh reflection 모델을 적용한 음파전달 모의 결과보다 더 큰 전달손실을 보이는 것으로 알려지고 있다. 이에 따라 미 해군은 경험식 기반의 해저면 반사손실(High-Frequency Bottom Loss, HFBL) 모델을 적용하여 음파 전달을 예측하고 있다. 본 연구에서는 여름철 동해 천해환경에서 중주파수(2.3 kHz, 3 kHz)를 이용한 해상실험 전달손실 측정 및 분석이 수행되었다. BELLHOP 모델을 통해 고유음선을 추적한 결과, 임계각보다 낮은 수평입사각에 대해서만 음파가 수 km 이상 장거리 전파되었으며, Rayleigh reflection 모델 기반의 전달손실 예측값과 실측 전달 손실 값과의 차이는 전달거리가 증가함에 따라 점차 증가하는 경향을 보였다. 큰 수평입사각 영역에서 Rayleigh reflection 모델과 HFBL 모델을 비교하여 HFBL의 입력값인 해저면 province 값을 추정한 후, 이를 적용한 전달 손실을 모의하여 실측 전달 손실 값과 비교하였다. 그 결과 BELLHOP 모델의 반사 손실 모델로 경험식 기반의 HFBL을 적용하여 전달 손실을 모의했을 때, 실측 전달 손실과 일치하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제23권4호
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• pp.296-302
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• 2004

해저면 분류를 위한 음향실험을 2003년 5월 19일부터 23일까지 5일간 남해에서 실시하였다. 실험 해역은 해저 구성물질이 각기 다른 6개의 정점을 선정하였으며 5개의 주파수 (30, 50, 80, 100, 120 kHz)를 이용하여 해저면 반사 신호를 측정하였다. 지음향 인자의 측정은 피스톤 코어를 이용하여 해저 퇴적물 샘플을 채취 후 입도분석을 하였다. 측정된 결과는 퍼지 이론을 이용하여 정점별 해저 퇴적물을 분류하였다. 반사손실 모델로 구성된 입력 소속 함수를 이용하여 측정결과를 평가 후, 그 결과를 Wentworth 입자 크기를 이용하여 출력 가능하도록 구성하였다. 퍼지 이론을 이용한 해저면 분류 기법과 잘 일치하였으며, 퍼지 이론을 통한 해저면 분류 기법의 가능성을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제22권8호
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• pp.652-659
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• 2003

사질로 이루어진 평탄한 경계면에서 수평입사각 (25°, 40°, 65°, 80°)에 따른 고주파(40∼120 kHz) 반사손실 측정 실험을 수조 내에서 수행하였다. 5×5×5 m 크기의 수조는 바닥을 두께가 0,5m 이고 평균입도가 0.5 ø인 사질 퇴적물로 채웠으며 퇴적층 경계면은 평탄하게 조성하였다. 측정된 주파수별 수평입사각에 따른 반사손실은 고주파 해저면 반사손실 모델인 APL-UW 모델 (Mourad & Jackson, 1989)과 비교하였다. 60 kHz 이하 주파수의 경우 모델과 실측치가 거의 일치하였으나 70 kHz 이상의 경우에는 주파수가 증가함에 따라 2∼3dB씩 증가하는 결과를 보였다. 70 kHz 이상의 경우 모델과 실측치 간의 차이는 모델에서 다루지 않는 거칠기 (입도)의 수직 크기 때문이며 고주파로 갈수록 산란이론의 레일리 인자 (Rayleigh parameter)의 값이 증가하여 거칠기에 의한 산란효과를 포함하기 때문이다. 따라서 평탄한 해저면일지라도 사질과 수층으로 이루어진 경계면에서의 반사손실모델은 입도분포의 신뢰구간 내에서 갖는 거칠기 영향에 의한 주파수의 종속성을 고려하여야한다.

• 한국음향학회지
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• 제28권3호
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• pp.174-186
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• 2009

경계면이 존재하는 해양에서의 수중 음파 전달 모델링 시 일반적으로 평평한 경계면을 가정하고 Rayleigh가 제안했던 반사계수를 이용해 반사파를 계산할 수 있다. 하지만 해수면이나 해저면과 같은 실제 해양의 경계면은 불규칙적인 거칠기를 가진다. 이러한 경계면에서의 반사 손실은 실험식이나 산란 이론에 기반한 간섭 반사 계수를 계산하여 구할 수 있다. 본 논문에서는 섭동 이론, Kirchhoff 근사법, 작은 가지 근사법과 같은 산란 이론을 이용하여 유체-유체 경계면에 대한 간섭 반사 계수를 각각 유도한다. 이를 이용하여 임의의 거칠기를 가지는 해수면과 해저면에 대한 각 산란 이론의 간섭 반사계수를 계산하며, 이 결과를 Rayleigh 반사 계수와 비교하여 경계면의 거칠기에 따른 반사 손실을 분석한다. 또한, 섭동 이론과 Kirchhoff 근사법의 결과를 일반적으로 적용 범위가 넓은 작은 기울기 근사법의 결과와 비교하여 각 이론의 유효범위에 대해 고찰한다.

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• 제25권1E호
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• pp.1-7
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• 2006

This study examines the reflection characteristic of a thin transition layer of the ocean bottom showing variability with respect to depth. In order to model the surficial sediment simply, we reduce the Biot model to the depth dependent wave equation for the pseudo fluid using the fluid approximation (weak frame approximation). From the reduced equation, the difference between the inherent frequency dependency of the reflection and the frequency dependency resulting from a thin transition layer is investigated. Using Tang's depth porosity profile model of the surficial sediment [D. Tang et al., IEEE J. Oceanic Eng., vol.27(3), 546-560(2002)], we numerically simulated the reflection loss and investigated the contribution from both frequency dependencies. In addition, the effects of different sediment type and varying depth structure of the sediment are discussed.

• 한국음향학회지
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• 제34권6호
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• pp.470-478
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• 2015

음선 모델링에서 다층 해저 바닥을 고려하는 경험적 방법 중 하나는 단일층 가정으로써, 다층 구조에 대한 평면파 반사계수를 사용하는 것이다. 본 연구자는 이층 해저 바닥에 대해 단일 층 가정의 유효성을 조사하고, 음속비, 송수신 거리 당 층 두께, 1차 반사파의 스침각의 함수로 표현되는 간단한 부등식 조건을 얻었다. 부등식 조건으로부터, 단일 층 가정이 실제 해양 환경의 중주파수 음선 모델링에 적용될 수 있음을 보였다. 마지막으로 한국 동해와 유사한 해양환경에 대해 수치실험을 수행하였다. 다층 해저 바닥에 대한 평면파 반사계수를 적용한 기하학적 빔 모델을 이용하여 비상관 전달손실을 계산하고, 서울대학교에서 개발한 포물선 방정식 패키지인 SNUPE 2.0의 결과와 비교하였다.

• 한국음향학회지
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• 제34권6호
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• pp.423-431
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• 2015

한국해양과학기술원과 한양대학교에서 공동으로 진행한 해양음향 실험이 2013년 5월에 경기만 태안반도 서쪽에 위치한 천해에서 실시되었다. 본 논문에서는 측정된 중주파수(6~16 kHz) 해저면 반사손실 결과를 제시하고, 수평입사각 $17{\sim}60^{\circ}$ 범위에서 레일리 반사계수 모델과 비교분석한다. 실험해역 지질은 다중 퇴적층으로 구성되어 있었으며, 표층 퇴적물이 다양한 구성성분(평균 입도 $5.9{\phi}$)으로 이루어져 있는 지역이었다. 분석 결과에 의하면 표층 퇴적물의 평균 입자를 고려한 모델결과는 측정된 반사손실과 다소 차이를 보였으며, 퇴적층의 지음향 정보를 역산한 결과 약 $4{\phi}$ 평균입도에서 측정치와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. 이러한 차이의 원인은 표층 퇴적물 입도의 표준 편차가 $4.3{\phi}$로 다른지역에 비해 상당히 컸기 때문일 것으로 추측된다. 상부 퇴적층은 역산 결과로부터 얻어진 지음향 파라미터를 사용하고 하부 퇴적층은 $1.3{\phi}$의 평균입도로부터 예측된 지음향 파라미터를 사용하였을 때, 모델결과는 측정된 반사손실 결과와 전체적으로 일치하는 경향을 나타냈다.

• 한국음향학회지
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• 제29권4호
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• pp.223-228
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• 2010

남해 진해만에서 주파수 17-40 KHz를 이용하여 수평 입사각 $82^{\circ}$에 대한 고주파 해저면 반사손실을 측정하였다. 측정된 해저면 반사손실은 주파수에 따라서 주기적인 변동성을 보였으며 이러한 특성은 이층 구조의 해저면을 가정한 레일리 반사 계수 모델을 사용하여 예측한 결과와 비교 분석되었다. 이층 구조 반사 계수 모델은 수층, 상부퇴적층, 그리고 하부 퇴적층으로 구분되며 총 9개의 입력 인자 (수층의 음속과 밀도, 상부 퇴적층의 음속, 밀도, 감쇠계수, 두께, 하부 퇴적층의 음속, 밀도, 감쇠계수)가 사용된다. 하부 퇴적층의 지음향 인자들은 코어로부터 측정된 평균 입도 크기로부터 유추되었으며 상부층의 음속, 밀도, 감쇠계수와 두께는 몬테카를로 방법을 이용하여 역추정되었다. 지음향 인자들의 민감도 조사로부터 다층구조 해저면에서 나타나는 반사계수의 종속성은 상부 퇴적층의 두께에 가장 민감하게 반응함을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제59권6호
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• pp.362-371
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• 2022

As considerable interests in noise emission from the ships have been increased, International Maritime Organization (IMO) standardized the Underwater Radiated Noise (URN) measurement process of commercial ships in deep seas by enacting the related ISO standard ISO 17208-1 and classification societies responded with the enactment or revision of corresponding notations. According to this trend, a new hybrid underwater sound propagation model based on underwater sound propagation theories was developed and its accuracy on analysis was verified through the result comparison with the results of other generally used models. Using the verified model, each URN propagation characteristics adjusted by the correction methods proposed in the ISO standard and class notations were analyzed and compared in two assumed URN measurement cases. The results showed that the effects of transmission loss corrections in the circumstances with less bottom reflections generally similar but they had rather large differences in the model analysis results with bottom-reflection-dominant conditions. It was concluded that the deep consideration of effective bottom-reflection-correction method should be made in future revisions of ISO standard and class notations.