국내연구진, 소리방향에 따라 변하는 파동현상 세계 최초로 입증

의료용 초음파 장비 등 다양한 분야에 응용 기대

포스텍 노준석 교수

전북대 김은호 교수

국내 연구진이 소리 방향에 따라 높낮이가 달라지는 독특한 파동현상을 세계 최초로 입증하는 데 성공했다. 앞으로 의료용 초음파 장비부터 소음차단 기술 등에 이르는 다양한 분야에 많은 변화를 가져올 것으로 기대된다.

포스텍(포항공대) 노준석 교수, 박사과정 장영태·오범석 씨, 전북대 김은호 교수 등 공동 연구팀은 단일 시스템 내에서 파동 방향에 따라 주파수가 달라지는 현상을 증명했다. 연구는 물리학 분야 세계 최고 권위의 학술지인 '피지컬 리뷰 레터스'에 지난 15일 게재됐다.

연구팀은 파동의 주파수를 바꾸는 원리에 주목했다. 이를테면 녹색 레이저 포인트는 보이지 않는 적외선 주파수를 2배 높게 변환해 만든다. 또 초지향성 스피커는 2개의 초음파를 섞어 낮게 변화시킴으로써 사람들이 들을 수 있게 한다.

이렇듯 파동세기가 높아지거나 낮아진다고 해서 관련 반응이 일정하게 나타나는 것은 아니다.

이에 연구팀은 작은 구술을 연결한 과립형 '포논 결정' 구조를 설계해 파동세기를 고정했다.

이후 연구팀이 각 구슬의 연결강도에 변화를 주자, 같은 파동이라도 방향에 따라 전혀 다른 반응이 나타났다. 들어온 방향의 파동이 주파수 상향으로 날카로운 소리를 내는 반면 반대쪽은 주파수가 낮아져 둔한 소리가 만들어졌다.

연구팀은 특정 진동수에 구슬이 유독 크게 흔들리는 특성을 이용해 비선형성과 비대칭성을 동시에 구현해냄으로써 상하향 변환을 한 시스템 안에서 자유롭게 일어날 수 있도록 만들었다.

이번 기술은 공사현장에서 특정 진동만 선택적으로 줄이거나 의료용 초음파 진단장비의 해상도 향상, 아날로그 신호 처리 기술, 인간이 들을 수 없는 소리를 감지하는 음향기기 등의 개발에 활용될 수 있다는 게 연구팀의 설명이다.

노준석 교수는 "이론적인 가능성으로만 제시되던 개념을 실제 실험으로 입증했다는 데 큰 의미가 있다"며 "차세대 주파수 변환, 신호처리 기술에 폭넓게 응용될 수 있을 것으로 보인다"고 다.