• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• 제15권4E호
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• pp.3-8
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• 1996

The bubble size distribution is critical information to understand sound propagation and ambient noise in the ocean. To estimate the bubble size distribution in a bubbly water, the sound attenuation has been only in the conventional acoustic bubble sizing method without considering the sound speed variation. However, the effect of the sound speed variation in bubbly water cannot be neglected because of its compressibility variation. The sound attenuation is also affected by the sound speed variation. In this paper, a coherent acoustic bubble sizing inverse technique is introduced as a new bubble sizing technique with considering sound speed variation as well as the sound attenuation. This coherent sizing method is theoretically verified with the bubble distribution functions of single-size, Gaussian, and power-law functions. Its numerical test results with the coherent acoustic bubble sizing method show good agreement with the given bubble distributions.

• Ocean Science Journal
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• 제41권4호
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• pp.195-199
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• 2006

Comparative study was carried out for an acoustic iterative inverse method to estimate bubble size distributions in water. Conventional bubble sizing methods consider only sound attenuation for sizing. Choi and Yoon [IEEE, 26(1), 125-130 (2001)] reported an acoustic iterative inverse method, which extracts the sound speed component from the measured sound attenuation. It can more accurately estimate the bubble size distributions in water than do the conventional methods. The estimation results of acoustic iterative inverse method were compared with other experimental data. The experimental data show good agreement with the estimation from the acoustic iterative inverse method. This iterative technique can be utilized for bubble sizing in the ocean.

• 한국음향학회지
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• 제29권4호
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• pp.251-257
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• 2010

본 논문에서는 액체 매질 내 기포운에 의한 초음파의 감쇠 및 분산 특성을 다룬다. 액체 내 기포운은 다양한 기작에 의해 발생되며 이에 따라 기포운을 구성하는 기포들의 크기와 분포가 다양한 양상을 가지게 된다. 따라서 기포들의 크기와 분포에 따라 기포운의 감쇠와 분산 특성이 어떻게 변화하는지에 중점을 둔다. 특히 아직 보고된 바 없는 나노 기포운의 감쇠 및 분산 특성에 대하여 조명하고자 한다. 수치해석 결과, 기포운의 음향 감쇠 및 분산 특성은 구성 기포들의 첨예도에 따라 크게 변화하는 것으로 나타났다. 본 연구는 기포운 내 음향 전파의 심도 있는 이해에 일조할 것으로 기대한다.

• 한국음향학회지
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• 제42권4호
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• pp.305-312
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• 2023

기포 크기 분포를 음파 감쇄 손실을 이용하여 역산하기 위해 Physics-Informed Neural Network(PINN)을 사용하였다. 역산에 사용되는 선형시스템을 풀기 위해 이미지 처리 분야에서 선형시스템 문제를 해결한 Adaptive Learned Iterative Shrinkage Thresholding Algorithm(Ada-LISTA)를 PINN의 신경망 구조로 이용하였다. 더 나아가, PINN의 손실함수에 선형시스템 기반의 정규항을 포함함으로써 PINN의 해가 기포 물리 법칙을 만족하여 더 높은 일반화 성능을 가지도록 하였다. 그리고 기포 추정값의 불확실성을 계산하기 위해 딥앙상블 기법을 이용하였다. 서로 다른 초기값을 갖는 20개의 Ada-LISTA는 같은 훈련데이터를 이용하여 학습되었다. 이 후 테스트시 훈련데이터와 다른 경향의 감쇄 손실을 입력으로 사용하여 기포 크기 분포를 추정하였고, 추정값과 이에 대한 불확실성을 20개 추정값의 평균과 분산으로 각각 구하였다. 그 결과 딥앙상블이 적용된 Ada-LISTA는 기존 볼록 최적화 기법인 CVX보다 기포 크기 분포를 역산하는데 더 우수한 성능을 보였다.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2004년도 학술대회지
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• pp.257-262
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• 2004

A series of preliminary model tests are performed to find out the wave attenuating effect of the pneumatic breakwater of environment friendly type, which is a bubble screen generated by releasing compressed air from a submerged multiple parallel manifold Rising bubbles induce vertical current, which produces horizontal currents flowing away from the bubble-screen area in both directions. Near bottom, the corresponding currents flow toward the bubble screen, thus completing the circulation pattern. The surface current moving against the direction of wave propagation causes some attenuation of the waves. It becomes more effective as the relative depth (d/ L) increases (short-period waves in deep water). With the same air-discharge, the multiple parallel manifold can be more effective for the attenuation of longer waves through optimum arrangement of manifold number. installation depth, manifold gap, etc. The pneumatic breakwater will give a wide utilization as a device for protecting harbor facilities and as a simple, mobile breakwater.

• 한국음향학회지
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• 제28권3호
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• pp.198-207
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• 2009

캐비테이션 기포 (cavitation bubble)가 존재하는 유체 내에서 다중 주파수 (multi-frequency)를 송수신할 때 음파의 감쇠(attenuation)와 음속 (sound speed) 변화가 발생되었고, 이 특징을 이용하여 기포의 크기와 분포량을 추정하였다. 음향실험은 $20{\sim}300\;kHz$ 대역의 다중 주파수를 이용하여 실시하였고, 기포가 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 주파수별 음속 비와 음파의 감쇠 값을 측정하였다. 캐비테이션 기포는 모터 끝에 장착된 둥근 막대형 블레이드 (blade)를 물 속에서 고속회전시켜 발생되었다. 캐비테이션 기포의 크기 및 분포량은 모터의 회전 속도, 블레이드 끝단 (tip)의 겉넓이를 변화시키며 관측하였고, 기포 생성 후 시간별 기포량 감소율을 측정하였다. 실험 결과 발생된 기포의 크기는 반경 $10{\sim}60{\mu}m$였고, $10{\sim}20{\mu}m$와 $20{\sim}30{\mu}m$ 반경의 기포가 전체의 약 45%와 25%를 차지하였다. 세부실험 결과로 모터의 회전 속도가 증가할수록 더 많은 양의 기포가 발생되지만 블레이드 끝단 면적의 증가와 기포 발생량의 변화는 상관성이 없음을 확인하였다. 또한 기포량의 감소율은 지속시간별로 일정하였고, 2분 이내에 전체량의 80%가 소멸됨을 관측하였다. 음향실험의 결과를 검증하기 위해 동일한 조건에서 광학카메라로 촬영한 기포 분포량과 비교하였다.

• 한국방사선학회논문지
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• 제6권5호
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• pp.351-356
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• 2012

초음파 캐비테이션 현상이란 강한 초음파 조사 조건에서 매질(주로 유체) 내에서 미세기포를 발생시키고, 천이시키는 물리적 현상을 의미한다. 본 연구에서는 초음파 캐비테이션 발생량의 정량적 평가를 위하여 초음파 조사조건에 따른 기포군의 초음파 음향 특성변화를 관찰하였다. 중심 주파수가 500 kHz. 1.1 MHz인 곡면형 단일 초음파 변환기를 이용하여 캐비테이션 현상을 발생시켰으며, 형성되는 기포군을 가로지르는 2.25 MHz 간섭 초음파를 송/수신하여 분석하였다. 본 연구에서는 캐비테이션 발생량 평가를 위한 파라미터로 투과하는 파의 중심주파수 변화 및 감쇠 특성, 전파시간을 제시하였으며, 캐비테이션 발생 조건(조사 강도 및 여기 신호, 중심주파수)에 따른 변화를 관찰하였다. 획득된 간섭 초음파 수신신호를 분석한 결과, 중심 주파수의 변화의 경우 상관계수는 낮지만 조사 강도에 따른 상관관계를 확인할 수 있었으며, 특정 조사 조건에서 주목할 만한 급격한 중심 주파수 변화가 관찰되었다. 조사조건에 따른 간섭 초음파의 감쇠 추세는 모든 조건에서 높은 상관관계를 보였으며, 캐비테이션 발생형태에 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다. 조사조건에 따른 전파 시간의 변화는 관찰되지 않았다. 차후 다양한 조사조건에 대한 평가를 통하여 보다 정량적인 캐비테이션 발생량 평가가 가능할 것으로 판단되며, 이러한 정량적 평가는 고강도 초음파 치료에서 발생할 수 있는 현상에 대한 기초 연구로서 활용 가능할 것으로 사료된다.

• 한국음향학회지
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• 제42권3호
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• pp.227-232
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• 2023

수중 소음 공해는 해양 환경에 막대한 영향을 미친다. 본 연구에서는 기포층을 갖는 구조물의 음향 방사 효율을 추정하기 위한 간이 해석법을 제안하였다. 선행 연구 결과를 바탕으로 공기층에 의한 삽입 손실은 감쇠량과 동등하다고 가정하고, 기포층에 의한 삽입 손실은 수치해석 결과의 후처리 기법을 사용하여 계산되었다. 제안된 방법의 검증을 위해 판 구조물에 대한 음향-구조 완전 연성 해석을 수행하였다. 음향-구조 완전 연성 해석은 상용 유한 요소 프로그램 COMSOL Multiphysics를 사용하여 수행되었으며, 기포층의 음향 특성은 Commander 및 Prosperetti 이론을 사용하여 구현하였다. 음향 방사 효율 비교를 통해 간이 해석법과 완전 연성 해석 결과의 경향이 유사함을 확인하였다. 이러한 결과를 바탕으로 기포층을 갖는 쐐기 구조물의 방사 효율 메커니즘을 예측할 수 있음을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제39권3호
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• pp.151-162
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• 2020

본 논문에서는 음향 역산법을 이용한 기포의 크기 분포 추정 기법을 제시하였다. 제 1종 Fredholm 적분방정식으로 표현된 감쇠계수의 추정오차를 목적함수로 정의하였고, 최적해를 구하기 위해 Levenberg-Marquardt(LM)기법을 적용하였다. 두 가지의 기포 분포에 대한 수치 시뮬레이션을 통해 제안된 역산 기법의 유용성을 검증하였다. 세 종류의 기포발생기를 이용하여 사각 수조(1.0 m × 0.54 m × 0.6 m)에서 기포 실험을 수행하였다. 고속카메라 촬영을 통해 기포의 분포 이미지를 획득하였고, 음원과 수중청음기를 이용하여 기포층의 주파수별 삽입손실(insertion loss)을 계측하였다. 촬영된 이미지는 후처리를 통해 기포 발생기별 기포 분포 특성을 파악하는데 활용하였고, 계측된 삽입손실에 역산 기법을 적용하여 기포의 크기 분포를 추정하였다. 음향 역산결과로부터 기포의 크기가 작아짐에 따라 기포 개수는 지수적으로 증가하며, 70 ㎛ ~ 120 ㎛의 국부 피크를 지난 후 다시 증가하는 경향성을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제41권4호
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• pp.426-434
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• 2022

해양에서 다양한 원인에 의해 발생된 기포들은 해수 중 오랜 시간 잔존하는 것으로 알려져 있다. 이러한 기포들이 해양환경에서 차지하고 있는 부피는 매우 작지만 공진, 감쇠 등으로 인해 해수 중 기포의 존재는 음향 특성에 큰 영향을 미친다. 이에 따라 본 논문에서는 인공기포가 존재하는 해양 환경에서의 양상태 잔향음 실험을 수행하였다. 다수의 송수신기들이 육각형 형태로 배치된 6개의 부이에 설치되었으며, 부이 중앙에 발포제를 투하하여 인공기포를 발생시켰다. 발생된 기포에 의해 변화하는 음향 특성을 반영한 잔향음 모델링을 위해 영상자료와 수신신호를 이용하여 기포의 공간적인 분포를 추정하였다. 측정치 기반의 기포 분포 형태를 이용하였으며, 추정한 기포의 공간적 분포 내에서의 기포 밀도는 동일하다고 가정하여 기포 밀도의 변화에 따른 모의 결과를 측정치와 비교, 분석하였다. 그 결과 기포에 의한 잔향음 모의결과가 실측값과 유사한 시간대에 모의되었으며, 약 10^-7 ~ 10^-6.8의 기포율에서 실측값과 유사한 기포 잔향음 준위가 모의됨을 확인하였다.