옆 사람은 못듣고 나만 듣는 소리…'초지향 스피커' 개발

[포항=뉴시스]송종욱 기자 = 포스텍은 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수, 기계공학과 문원규 교수, 김웅지 박사, 박사과정 오범석씨 연구팀이 특정 사람에게만 말을 건넬 수 있는 스피커 기술을 개발하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

빛과 소리는 성질이 다르다. 손전등이나 레이저처럼 빛은 한 방향으로 곧게 뻗어 나가지만 소리는 사방으로 퍼진다. 소리도 빛처럼 원하는 곳으로만 보낼 수 있는 장치가 초지향 스피커다.

이를 활용한 대표 기술이 '파라메트릭 어레이 라우드스피커'다. 이 스피커는 일반 스피커에 비해 훨씬 좁은 범위에 소리를 모을 수 있지만 수십에서 수백개의 초음파 부품을 정교하게 늘어놓고 하나하나 제어 해야 하기 때문에 비용이 많이 들고 구조도 복잡하다.

이 같은 문제를 해결하기 위해 간단한 구조의 파라메트릭 어레이 라우드스피커를 개발했지만 스피커 진동판이 떨려 원치 않는 진동까지 발생해 소리가 사방으로 새어 나가는 문제가 생겼다.

연구팀은 두 종류의 메타 물질을 하나의 초음파 스피커에 결합하는 구조로 이를 해결했다. 장치 앞쪽에는 음향 메타 표면을 붙였다. 소리의 렌즈 같은 부품이다. 진동판에서 나오는 울퉁불퉁한 초음파를 가지런히 정리해 레이저처럼 곧고 좁은 초음파 빔으로 만든다. 뒤쪽에는 탄성 메타유닛을 달았다.

그 결과 부품 하나로 500㎐부터 10kHz까지, 4옥타브가 넘는 대역에서 원하는 방향으로만 소리를 보내는 데 성공했다.

연구팀은 비행기 좌석 상황을 가정한 실험도 진행했다. 옆 사람 눈치 보지 않고 각자에게 다른 안내 방송이나 음악을 틀어 놓고 방향별 소리 세기를 측정했고 탄성 메타유닛을 붙이기 전과 후의 차이가 뚜렷하게 나타났다.

특히 무엇보다 이 기술은 만들기도 활용하기도 쉽다는 장점이 있다. 메타 물질 구조 자체가 3D 프린터로 찍어낼 수 있는 조립식 형태이기 때문이다. 그만큼 좌석 간격이나 각도 등 사용 환경에 맞춰 손쉽게 다시 설계할 수 있다.

이 기술이 상용화되면 비행기나 기차에서 옆 사람 방해 없이 각자 원하는 안내 방송이나 콘텐츠를 들을 수 있고 박물관이나 전시장에서도 특정 전시물 앞에 선 사람에게만 설명이 들리게 만들 수 있다.

노 교수는 "메타 물질과 초음파 장치를 하나로 설계해 비용과 복잡성, 설계 한계를 동시에 풀어냈다"며 "그간 음향·탄성 메타 물질 연구는 원리를 검증하고 개념을 보여주는 데 그쳤지만 이번 연구는 실제 장치에 메타 물질을 녹여내 실용화 가능성을 입증한 첫 사례“라고 밝혔다.

이번 연구는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난 21일 실렸다. 과학기술정보통신부 중견 연구 사업의 지원을 받았다.

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