각종 토목공사가 수행됨에 유발되는 소음 및 진동에 관한 민원사례가 증가하고 있다. 일반적으로 육상부보안물건에 대한 관리기준과 피해 발생시 분쟁을 해결하는 객관적 기준자료는 다수 확보된 상태이다. 그러나 수중 소음에 관한 객관적 자료나 기준은 부족한 상태이다. 수중 생태의 환경 검토는 국외의 경우 수중소음계를 이용한 수중소음계측 방식 및 계측 결과값에 대한 항목(최대소음레벨, 실효치, 노출소음레벨)별 관리기준을 제시하고 있으며, 청각역치 연구 결과를 토대로 관리기준을 제시하고 있다. 그러나 국내에서는 수중생태에 관한 연구자료 및 피해정도를 판단할 수 있는 관리기준의 설정이 미흡한 상태이다. 따라서 본 연구는 수중 소음 측정 장비를 활용한 합리적인 수중소음 관리기준 설정을 위한 방향을 모색하고자 한다.
선박에서 발생하는 소음 가운데 수중 추진기 소음은 가장 우세한 소음이다. 추진기 소음은 소나에 의해 적을 탐지하는 군용 선박에 경우 생존과 직결된 문제가 되며 쾌적함과 정숙성을 요구하는 여객선의 경우에서도 중요한 문제로 대두되고 있다. 이러한 중요성과 필요성에 따라, 본 연구에서는 수중 추진기의 비공동 및 공동 소음을 수치적으로 해석하였다. 수중 추진기 소음 해석을 위해 유동 해석이 선행되어야 하며 이는 포텐셜을 기반으로 한 패널법을 이용하여 해석한다. 소음 해석은 시간 영역 음향상사법을 이용하였으며, 공동 소음은 홀극 음원으로 모사하여 해석하였다. 또한 향후 수중 추진기의 날개 끝 볼텍스 캐비테이션 해석을 위한 기초연구로서 Eulerian-Lagrangian 접근법을 이용하여 수중익에서의 날개 끝 볼텍스 캐비테이션의 거동과 소음을 예측하였다.
본 연구에서는 암반의 굴착(발파)공사 등으로 인하여 발생되는 지반진동과 어패류 양식장 등의 수중 배경소음도 및 실제 발파작업시에 발생하는 수중 대상소음도의 척도를 비교 분석하고, 회귀분석에 의한 지반진동추정식과 수중 대상소음 간의 상관식을 도출하여 굴착공사시 수중소음도의 발생정도를 사전 예측하고자 하였으며, 나아가 수중소음 관리기준의 정립을 위한 첫걸음으로 본 연구를 시작하게 되었다. 그동안 실험을 진행하기 전에 상황조건을 달리한 어패류 양식장에 대해 배경소음도를 측정하여 본 결과 양식장마다 각각의 환경적 특성에 따라 배경소음 수준정도가 다양하게 나타나고 있고, 수중소음을 유발하는 지반진동을 실측하여 지반진동과 수중 대상소음 간의 상호 관계식을 도출할 수 있었다. 따라서 상관식에 의해 각종 건설공사에서 수중소음 유발정도를 사전에 예측하여 당해 실정에 적합한 관리(허용)기준을 설정, 설계 시공 등에 적용할 수 있으므로 과거의 기술적, 공학적 논리의 빈약한 기술전개로 인한 어패류 피해의 경제적 손실을 사전에 예방할 수 있고, 수중생물체에 대한 안전성을 확보한 가운데 원만한 건설공사를 진행할 수 있다는 가능성을 발견할 수 있었다.
선박 내부에 탑재된 추진 기계류에서 발생되는 진동은 마운트 Deck을 통하 여 선체에 전달되어 수중으로 전파된다. 기계류에 의해 발생되는 수중방사소 음을 감소시키기 위해서는 선체로 전달된 진동수준 및 수중방사소음 예측이 우선 중요하다. 수중방사소음 예측 방법으로 FEM과 BEM에 의한 저주파수 대역 예측, 전달함수에 의한 실험적 예측, SEA(Statistical Energy Analysis) 기법을 이용한 고주파수 대역 예측으로 나눌 수 있다. R.H.Lyon 등에 의해 발전된 SEA 기법은 항공기, 선박등 복잡한 구조물의 고주파수 대역 진동해 석에 널리 이용되고 있다. SEA 기법의 선박에 대한 적용은 소형선박의 기계 류에서 발생되는 진동에 의한 선체 진동수준 및 수중방사소음 해석 등에 적 용되고 있다. 본 연구에서는 보강 원통형 셀 모델에 대한 수중방사소음을 SEA 기법을 이용하여 예측하고 실험을 통하여 검증하였다.
수중운동체의 수중방사소음을 측정하기 위해서는 수중음향 최근접점 거리의 계산과 해표면 반사 등에 의한 음향간섭이 음향준위에 미치는 영향이 고려되어야 한다. 그러므로 본 논문에서는 해표면 반사에 의한 음향간섭으로 발생하는 로이드 미러 효과가 수중운동체의 수중방사소음 측정 결과에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 수중운동체의 수중방사소음 측정결과에 로이드 미러 효과에 의한 주파수스펙트럼 레벨의 변동이 나타나는 것을 확인하였고, 이론식으로부터 예측한 로이드 미러 패턴이 측정결과와 일치됨을 확인할 수 있었다. 확인된 로이드 미러 패턴으로부터 수중운동체의 최근접점거리를 추정하였으며, 표면 간섭으로 나타나는 로이드 미러 효과가 수중운동체의 수중방사소음 준위 분석에 영향을 미치는 것을 확인하였다.
해양 수중 소음이 수중 무선 전화기를 설계하는데 있어서 미치는 영향에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 연구는 잠수기 어업용 수중 무선 전화기의 최적 반송 주파수 선정과 통신 가능한 수신기의 SNR 및 송신기의 최적 음향 출력 준위를 산정하기 위한 것이다. 우리 나라 잠수기 어업의 주 조업장에서의 수중 소음을 측정 분석하여 이들 수중 무선전화기 설계 패러미터을 해석하였다. (중략)
한국연안에서 높게 보고되고 있는 수중소음의 소음원규명을 위하여 일차적으로 해상교통량에 그 초점을 맞추었다. 100Hz 부근의 소음은 이미 잘 알려진대로 선박에 기인함이 실험결과에서도 드러났지만, Wenz의 천해수중소음 모델 중 heavy shipping때보다 10-20dB 높게 관측되었다. 200Hz 이상에서의 소음은 선박분포에 따른 평균소음값에 큰 차이를 보이지 않았지만, 선박들의 거리 변화율이 심한 근거리에 다수의 선박이 분포해 있을 경우는 10분간격의 소음값이, 특히 1KHz 이상에서 최고 10dB까지 변화를 보였다. 이것은 이 주파수대역에서 연근해의 밀집해 있는 선박들이 하나의 소음원으로서의 역할을 함을 의미한다.
수중 프로펠러의 비공동 소음을 수치적으로 해석하였다. Ffowcs Williams-Hawkings 형태의 음향상사 방정식을 시간영역에서 해석하였으며 임의의 형상과 하중조건을 가지는 프로펠러의 소음 예측이 가능하도록 하였다. 또한 좌표계 변환을 통해 관찰자에 대해 상대적 운동이 있는 경우에도 소음 예측이 가능하도록 하였다. 균일/비균일 유입류 조건을 갖는 수중 프로펠러에 대해 소음 해석을 수행하였고 각각의 조건에 대해 음원별 소음 강도와 방향성을 예측하였다. 수치 해석결과 프로펠러 표면상의 압력 변화에 따른 비정상 하중에 의한 이중극 소음이 지배적인 것으로 나타났다. 이러한 음원별 접근법은 수중 프로펠러의 운용시 지배적인 소음원을 구별하고 그 특성을 파악하여 적절한 소음 제어책을 마련하는 기반이 될 것이다.
복잡하게 운동하고 있는 예망어구에서 발생하는 여러 가지 소음들을 분석 녹음하기 위해 수중 녹음장치를 제작하여 실제 소형 트로올망의 수중소음을 녹음 하였으며, 본 수중 녹음장치는 이동하고 있는 어구에서 발생하는 수중소음을 녹음하는데는 편리하고 효과적이었고 spectrum의 분석 결과는 다음과 같다. 1) 예일중인 트로올망의 수중소음이 주된 음원은 어구의 발줄과 해저와의 마찰에 의한 소음이라는 것을 알았다. 2) 이동중의 트로올망의 수중소음의 주파수 분포는 $DC\~5000\;Hz$이고 그중 우세한 주파수는 약 $500\~700Hz$ 였다. 3) 트로올망의 절대음압의 최대는 50m 수심에서는 약 22 dB이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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