소리가 에너지를 만들 수 있을 까?

소리가 에너지를 만들 수 있을 까?

소리를 에너지로 활용하려는 연구와 시도는 있어 왔습니다. 음파란 물체의 진동이 균일하던 매질에 부분적으로 압력 변화를 일으켜서 종파의 형태로 고막을 진동시키는 것입니다.

 

줄이나 물체의 진동이 임의의 방향으로 운동하고 있는 공기 입자들을 교란시키면 부분적으로 압력이 높은 곳과 낮은 곳이 나타나게 됩니다.

 

그러면 압력차에 의해 공기 입자들이 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 곳으로 이동하게 되어 음파는 퍼져 나가게 되고, 공기의 압력 변화가 사람들의 귀에 도달하면 고막을 진동시킵니다.

 

줄이나 물체의 진동은 음파를 일으키는 원인은 될 수 있지만 음파는 아닌 것입니다. 소리가 일으키는 진동 원리로 에너지를 만들 수는 있다고 합니다.

 

 

음파의 성질

 

소리에는 음파를 특징지어주는 소리의 세기, 높낮이, 맵시를 소리의 2요소라고 합니다. 소리의 세기는 소리 파동의 진폭이라고 볼 수 있습니다.

 

음파의 진폭이 클수록 큰 소리가 나고, 진폭이 작을수록 작은 소리가 발생합니다. 그리고 소리의 높낮이는 음파의 주기, 즉, 주파수가 결정합니다.

 

주기가 짧을수록 높은 주파수가 나고 주파수가 높을수록 높은 음의 소리가 발생합니다. 소리의 3요소 중 마지막은 소리의 맵시입니다. 맵시는 소리의 파형을 말합니다.

 

 

이 뜻은 소리의 세기와 높낮이가 갖더라도 다른 악기나 다른 것으로부터 소리가 발생하면 전혀 다른 형태의 소리가 발생한다는 것이다. 소리에서는 반사, 굴절, 회절이 모두 나타납니다.

 

활용할 수 있는 음파의 성질

소리에 대한 물체의 성질 중 실용적인 면에서 중요한 것은 흡음성과 차음성입니다. 이 중에서 흡음성이란 그 물체에 도달한 소리를 약하게 해 서 반사하는 성질이며, 특히 유리섬유나 암면 등 다공성 물질은 이 성질이 풍부합니다.

 

또 얇은 금속판이나 합판 등은 단단한 벽에 밀착시켰을 때는 흡음성이 약하지만, 벽에서 어느 정도 사 이를 두어 벽 사이에 공기층을 만들면 공기층이 용수철 같은 작용을 하여 소리의 에너지를 소모시키므로 흡음성이 커집니다.

 

그러나 물질의 흡음성은 소리의 주파수나 입사각에 따라 차이가 나는데, 예를 들어 다공성인 흡음재는 주파수가 비교적 높은 소리에는 유효하나, 주파수가 낮은 소리에 대해서는 두께를 상당히 늘이지 않으면 효과가 작습니다.

 

흡음성의 정도를 흡음률이라고 합니다. 흡음률 1이란 활짝 열어젖힌 창문처럼 소리가 아무런 방해를 받지 않고 지나가는 것을 말하고, 흡음률 0.1이란 90%가 반사되는 것을 뜻합니다.

 

한편, 차음성이란 그 물체에 들어온 소리를 차단하여 투과시키지 않는 성질을 말하며, 차음성의 정도 즉 차 음률은 내부에 작은 구멍이 뚫려 있지 않는 한 그 물체(예를 들면 벽)의 단위면적당의 무게를 늘림으로써 증가합니다.

 

아주 작은 소리라도 방해가 되는 무향실이나 방송 스튜디오 등에는 적당한 공간을 둔 다중벽을 사용하여, 다중벽에 의한 차음 효과의 중복과 그 사이에 있는 공기에 의해 소리의 에너지를 소모시킴으로써 소리를 차단하는 방법을 취하고 있습니다.

 

같은 주파수를 지닌 음파가 겹치면, 어떤 때는 음파의 압축부와 압축부가 겹쳐서 소리가 강해지고, 어떤 때는 압축부와 팽창부가 겹쳐서 소리가 약해집니다.

 

이것을 소리의 간섭이라고 합니다. 주로 음향 기기에서 문제가 되는 현상인데, 예를 들어 스테레오용의 스피커 캐비닛에서는 스피커의 뒷면에서 나온 소리가 앞쪽으로 돌아 나와서 전면에서 나오는 소리를 약하게 하므로, 양쪽 소리의 압축부와 압축부가 겹쳐서 서로 소리를 증강하도록 캐비닛의 구조를 특별히 만들 수도 있습니다.

 

이런 음파의 성질로 우리들은 에너지를 발생시키고 응용할 수 있습니다.

 

 

소리의 진동 에너지를 전기에너지로 변환하는 원리

 

스피커 등의 진동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 배터리를 충전함으로써 배터리 사용 시간을 증가시키고 자체 발전 및 충전이 가능한 스피커 시스템을 제공할 수 있습니다.

 

 

이런 스피커 시스템은, 입력된 음향 신호를 증폭하는 증폭기와, 증폭된 음향 신호를 재생하는 스피커와, 스피커의 진동에 대응하는 교류 전류를 출력하는 마이크로폰과, 마이크로폰으로부터 출력된 교류 전류를 직류 전류로 정류하는 정류기, 및 정류기에 의해 정류된 전류를 배터리에 충전 가능하도록 제어하는 제어회로를 포함하여 이루어집니다.

 

이런 아이디어로 소리의 진동 에너지를 통해 전기 에너지를 발생시크는 아이디어도 나오고 있습니다. 실제로도 도시속의 소음을 줄임과 동시에 에너지를 발생시킬 수 있다면, 그 방음제는 매우 효과적이며 우리 실생활에 꼭 필요하게 되지 않을 까 생각됩니다.

 

우리가 불편하고 개선되어야 할 것들을 단순히 그 물건들이나 현상을 없애는 것이 아니라 효율적으로 응용하여 오히려 우리의 생활에 득이 되도록 연구하고 생각하는 것은 매우 중요한 부분입니다.

 

자연은 우리에게 모든 에너지이며 필요한 것이며, 불필요한것이 없다는 선입견을 버리고 개선을 해나가야만 혁신이 일어날 것으로 생각이 됩니다.