소리도 빛과 같은 성격의 파동
초음파에 소리실어 목표물 보내는 기술 美서 개발
이어폰 없이도 미술관 그림앞에서 설명 듣게돼
조호진 기자 superstory@chosun.com 기자의 다른 기사보기
혼잡한 도심을 지나가는데 갑자기 요들송이 들려온다. 소리 나는 쪽으로 고개를 돌려보니 스위스 명품 시계점이 있다. 1m 정도 더 걸어가니 이번엔 열대 밀림의 동물 소리가 들린다. 아프리카 관광여행사에서 내는 소리인데 조금 전 들려오던 요들송은 어느새 사라져 버렸다.
이렇게 원하는 공간에 한정해 소리를 들려줄 수 있다면 업소의 홍보 효과는 만점일 것이다. 번잡한 도심에서 너나 할 것 없이 스피커로 쾅쾅 틀어대면 홍보가 아니라 소음이 될 뿐이기 때문이다.
최근 원하는 영역에만 소리를 들려주는 기술 개발이 활발하다. 일부 성공한 연구 결과도 학계에 보고되고 있다. 바야흐로 소리 제어 시대가 열리고 있다.
◆초음파로 소리 레이저 만든다
연못에 돌을 던지면 수면은 위아래로 흔들리면서 파문(波紋)을 만들어낸다. 이 파문은 마루와 골이 규칙적인 형태로 동심원을 그리며 나아간다. 빛이나 소리 역시 마찬가지이다. 일정한 마루와 골을 갖는 파동(波動) 형태로 공간 속을 골고루 퍼져나간다. 넓은 운동장에 운집한 사람들이 힘찬 구령소리에 맞춰 일사불란하게 행동할 수 있는 이유도 소리가 동심원처럼 퍼져나가기 때문이다.
▲ 소리는 연못의 파문처럼 동심원을 그리며 퍼져 나간다(왼쪽 그림). 따라서 곳곳에 흩어져 있는 사람도 들을 수 있다. 미국 ATC사는 원하는 방향으로만 소리를 전달하는 스피커를 개발했다(오른쪽 그림). 따라서 소리가 진행하는 방향에 있지 않은 다른 이들은 소리를 듣지 못한다.하지만 이제는 마치 레이저로 한정된 영역에 빛을 쏘듯이 소리도 보내고 싶은 영역에만 발사하고 싶다. 소리도 빛과 같은 성격의 파동이다. 빛이 가능한데 소리라고 불가능할 이유는 없을 것이다.
미국 나스닥 상장기업 아메리칸 테크놀러지(ATC)는 지난 2003년 초음파를 이용한 소리 레이저 기술을 개발하는 데 성공했다. 이 기술은 초음파에 소리를 실어보내 목표지점에서 1m만 벗어나도 들리지 않도록 하는 장치이다.
ATC는 올해 이 기술을 상용화, 월마트·맥도널드 등 미국시장에서 판매를 시작했다. 지난여름에는 미국 언론을 대상으로 시연 행사를 하기도 했다.
파동은 일반적으로 구멍을 통과할 때 주파수가 높을수록 좌우로 퍼지는 정도가 덜하고, 앞으로 곧게 직진하는 성격이 있다. 스피커가 구멍 역할을 한다고 보면 주파수가 높은 소리일수록 상대적으로 한정된 공간에만 전파될 것이다.
ATC는 사람의 가청(可聽) 대역을 벗어난 초음파 대역인 100㎑와 101㎑의 소리를 동시에 스피커를 향해 쐈다. 이렇게 하면 스피커는 두 소리의 주파수를 합한 201㎑의 소리와 그 차이에 해당하는 1㎑의 소리를 동시에 내보낸다. 고주파인 201㎑는 소리가 직진하도록 하는 역할을 맡고, 가청 대역인 1㎑의 소리는 실제 사람 귀로 들리게 된다. 사람은 최대 20㎑까지 들을 수 있다.
ATC는 이 기술에 초음파 소리(HSS·HyperSonic Sound)라는 이름을 붙였다. ATC는 이 HSS 기술이 상용화되면 활용될 수 있는 영역이 적잖을 것으로 보고 있다. 이를테면 미술관에서 안내 이어폰이 필요 없어진다. 사람이 그림 앞에 서면 HSS가 그 사람만 들을 수 있는 소리를 내보내 그림에 대해 설명해 준다는 것이다. ATC측은 “콜라 자판기 앞에 서면 콜라 따르는 소리가 나도록 하는 등 광고 등에도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
◆스피커 배열 이용해 소리 제어할 수도
국내에서 소리 제어 연구가 진행 중이다.
KAIST 기계공학과 김양한(57) 교수는 스피커의 배열을 통해 소리를 한정된 영역에만 전달하는 기술을 개발 중이다. 폭 90㎝ 안에 스피커 9개를 일렬로 세워 놓고 소리를 냈을 때, 맨 가운데에 있는 스피커를 중심으로 반경 58㎝ 범위를 벗어나면 소리가 죽는 현상을 확인했다. 김 교수는 최근 이 같은 이론을 검증할 수 있는 스피커 개발에 성공, 미국음향학회에서 발표하기도 했다.
김 교수는 “이 이론은 스피커 간 소리간섭 현상을 활용한 것으로 수학적으로도 입증 가능하다”며 “이미 영국 연구진이 우리의 이론을 바탕으로 비행기 좌석에 적용되는 개인용 스피커 시스템을 선보였다”고 말했다.
입력 : 2007.12.13 00:13
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소리 안들릴땐 ‘달팽이관 임플란트’를
[조선일보] 2007년 12월 13일(목) 오전 00:13
공기가 약 20~2만㎐ 사이로 떨리면 우리가 듣는 소리가 발생한다. 하지만 공기가 진동한다고 바로 귀로 들을 수 있는 것은 아니다. 공기가 진동을 하다 귀로 들어오면 먼저 고막에 부딪힌다. 고막은 음파와 달팽이관을 연결하는 역할을 한다. 달팽이관에서 소리를 전달하는 부분은 액체로 되어 있다. 따라서 소리가 기체 중에서 진행하다 바로 액체로 들어가면 반사되거나 신호가 왜곡될 수 있다. 고막은 기체의 소리와 액체의 달팽이관을 이어주는 다리 역할을 하는 것이다.
고막에 결함이 있어 소리를 들을 수 없는 경우에는 골도(骨導) 기술을 활용해 치료할 수 있다. 골도는 뼈의 통로라는 뜻인데 소리가 뼈를 통해 고막을 우회해 달팽이관으로 전달되도록 하는 기술이다. 이를 활용한 제품은 이미 나와 있다.
미국 가정음향연구소의 새넌(Shannon) 박사는 지난 4월 미국국립과학원회보(PNAS)에 뇌에 직접 소리를 전달하는 기술을 발표했다. 이 기술은 달팽이관마저 망가진 사람에게 소리를 재생해 주는 기술로, 머리에 직접 음파를 잡는 장치를 부착하고 이 장치가 달팽이관 대신 음파(音波)를 전기신호로 변환해주는 시스템이다. 새넌 박사는 “‘달팽이관 임플란트’를 할 수 있는 기술”이라며 “이 기술이 상용화되면 앞으로 청각장애인들이 정상인보다 훨씬 잘 듣는 때가 올 것”이라고 말했다. 국내에서는 KAIST 바이오뇌공학과 이수영 교수팀이 음파가 달팽이관에서 뇌로 전달되는 과정을 연구하고 있다.
