CONTENTS Acoustic backscattering strength from sea ice in the summer measured in the Arctic Ocean during KAMAS-24 ········· Joung-Soo Park, Su-Uk Son, Jungyong Park, Dae Hyeok Lee, Woo Shik Kim, Ho-Seuk Bae, Hansoo Kim, ·································Young Geul Yoon, Sungho Cho, Donhyug Kang, and Wuju Son429 Acoustic characteristic analysis of small yellow croaker (Larimichthys polyactis) sounds ······························ Beomsik Kim, Jongwook Choi, Young Geul Yoon, Sunhyo Kim, Hansoo Kim, Sungho Cho, ··········································································Donhyug Kang, and Jee Woong Choi440 Design of wideband class IV flextensional hydrophone structure ·························································································································· Gihyeon Kim and Yongrae Roh450 Japanoise listening methods : Why an avant-garde perspective is needed beyond traditional notions of dissonance and noise ····························································································································· Seunggyu Yi and Taegyu Lim458 A dual sliding window Iterative Wiener Filter to improve the time-varying system estimation performance ······················································································································································· Jun-Seok Lim464 An optimal adaptive coding and modulation mode selection method based on machine learning for underwater acoustic communication ····································································· Hyun-Woo Jeong, Ji-Won Jung, Jun-ho Kim, and Byoung-sun Ahn471 Period estimation in broadband propeller noise using auto-correlation and adaptive line enhancement ························································································································· Jun-Seok Lim and Keunhwa Lee482 Accumulative feature extracting network for sound event detection ····················································································································· Sangwon Park and Sangwook Park489 Emotion-intensity controllable speech synthesis using bidirectional state space models with emotion-guided cross attention ······················································· Insung Ham, Kyungseok Oh, Rakbeen Song, Bonhwa Ku, and Hanseok Ko496 Ultrasonic Doppler-based speech synthesis reflecting the movement of the lower muscles of the face ······················································································································································· Ki-Seung Lee508 MRNet: A multi-route convolutional neural network for robust music representation learning ········· Jungwoo Heo, Hyun-seo Shin, Chan-yeong Lim, Kyo-won Koo, Seung-bin Kim, Jisoo Son, and Ha-Jin Yu516 ■ Special Issue on Speech signal processing with artificial intelligence Improving end-to-end speaker diarization with a contrastive center loss for discriminative embedding space ····························································································································· Donghee Kim and Wooil Kim525 Speech distortion tracing : A noise classification approach for robust speech processing ······················································································································· Woongjae Lee and Souhwan Jung533 Analysis of trends in speech denoising using deep learning and a feasibility study for a Korean real time model ···················································································································································· Seon Man Kim540 A teacher student model based integrated feature speaker verification system robust to noisy environments ································· Kyo-won Koo, Jungwoo Heo, Hyun-seo Shin, Chan-yeong Lim, Seung-bin Kim, Jisoo Son, ··················································································Kyung-Wha Kim, and Ha-Jin Yu548 ▪Society News and Information ······················································································································ i 본 사업은 기획재정부의 복권기금 및 과학기술정보통신부의 과학기술진흥 기금으로 추진되어 사회적 가치 실현과 국가 과학기술 발전에 기여합니다. THE ACOUSTICAL SOCIETY OF KOREA Vol.44, No.5September 2025북극해 음향실험(KAMAS-24)에서 관측한 여름철 해빙의 음파 후방산란강도 Acoustic backscattering strength from sea ice in the summer measured in the Arctic Ocean during KAMAS-24 박정수, 1† 손수욱, 1 박중용, 1 이대혁, 1 김우식, 1 배호석, 1 김한수, 2 윤영글, 2 조성호, 2 강돈혁, 2 손우주 3 (Joung-Soo Park, 1 † Su-Uk Son, 1 Jungyong Park, 1 Dae Hyeok Lee, 1 Woo Shik Kim, 1 Ho-Seuk Bae, 1 Hansoo Kim, 2 Young Geul Yoon, 2 Sungho Cho, 2 Donhyug Kang, 2 and Wuju Son 3 ) 1 국방과학연구소, 2 한국해양과학기술원, 3 극지연구소 (Received July 24, 2025; revised August 12, 2025; accepted August 13, 2025) 초 록: Korea Acoustic Measurement in the Arctic Sea in 2024(KAMAS-24)는 2024년 8월에 북극해의 축치해와 동시베리아해 해역에서 수행되었고, 이 실험에서 해빙에 의한 음파의 후방산란강도 를 측정하였다. 중주파수 음원과 수직선배열센서를 이용하여 측정한 빔출력으로부터 산란각별 후방산란강도를 추정하고 기존의 알려진 관측과 비교하 였다. KAMAS-24의 후방산란강도는 60 deg 이하에서는 산란각에 따른 변화 경향이 해빙이 없는 해수면의 경우와 유 사하였다. 또한 저각에서 15 dB 이상의 변동이 나타났으며 해빙의 하부에 존재할 수 있는 용골에 의한 영향으로 생각된 다. 음파가 해빙을 투과하여 추가 손실과 상쇄 간섭이 발생할 가능성이 있는 고각인 90 deg에서는 후방산란강도가 낮아 지는 현상도 나타났다. 공개된 기존의 관측과 비교한 결과 KAMAS-24의 후방산란강도가 기존의 관측보다 낮았으며, 기후변화가 진행되며 여름철에 기온이 상승하여 해빙이 무르고 녹는 속도와 양이 증가하는 시기에 측정되었기 때문으 로 생각된다. 핵심용어: 북극해, 해빙, 후방산란강도, 수직선배열센서, 빔형성 ABSTRACT: Korea Acoustic Measurement in the Arctic Sea in 2024 (KAMAS-24) was conducted in the Chukchi Sea and the East Siberian Sea of the Arctic Ocean in August 2024, and the acoustic backscattering strength due to sea ice was measured in this experiment. The acoustic backscattering strength at each scattering angle was estimated from the beam output measured using a mid-frequency transmitter and a vertical line array, and compared with the previously known observations. The backscattering strength of KAMAS-24 showed a similar trend to the case of ice-free sea surface below 60 deg. And, it showed a fluctuation of more than 15 dB at lower angles, which was thought to be caused by the influence of the ridge keel that may exist under the sea ice. At 90 deg, where the possibility of additional loss and destructive interference could be considered by penetrating sea ice, the backscattering strength also tends to bo lower than the trend. Comparison with previously published observations shows that the backscattering strength from KAMAS-24 was lower than previously observed, which may be because the measurements were taken in summer, when climate change is progressing and temperatures are rising, causing sea ice to soften and melt at an increasing rate and amount. Keywords: Arctic ocean, Sea ice, Acoustic backscattering strength, Vertical line array, Beamforming PACS numbers: 43.30.Ma, 43.30.Cq 한국음향학회지 제44권 제5호 pp. 429～439 (2025) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.5 (2025) https://doi.org/10.7776/ASK.2025.44.5.429 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Joung-Soo Park (js.park@add.re.kr) Agency for Defense Development, Jinhae P. O. Box 18, Changwon, Gyeongnam 51678, Republic of Korea (Tel: 82-55-540-6321, Fax: 82-55-542-3737) Copyrightⓒ 2025 The Acoustical Society of Korea. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. 429박정수, 손수욱, 박중용, 이대혁, 김우식, 배호석, 김한수, 윤영글, 조성호, 강돈혁, 손우주 한국음향학회지 제 44 권 제 5 호 (2025) 430 I. 서 론 해빙 하부에서 발생하는 음파의 후방산란은 해수 면이나 해저면에서 일반적으로 발생하지 않는 전달 및 산란과 연관된 특성을 갖는다. 따라서 해빙에 의 한 산란을 이해하고 적용하려면 음장의 특성을 측 정하고 분석하는 것이 선행되어야 한다. 지금까지 여러 연구를 통해 북극의 해빙 하부에서 발생하는 반사 및 산란과 관련된 측정이 지속되었으나 정량 적 모델링과 적용에 필요한 충분한 자료는 아직 확 보되지 않고 있다. [1] 해빙은 해수면과 다른 물성을 가지고 있고, 하부 면은 거친 표면으로 구성되며, 기온에 따라 해빙의 강도와 형태가 달라지면서 음파의 산란이 특이한 경향을 보일 수 있다. [1,2] 특히, 해수면과 다르게 해빙 은 고정되어 있으나 생성과 소멸 과정에서 발생하 는 융기 능선의 하부에 존재하는 용골, 갈라짐, 물웅 덩이 등 수평과 수직적으로 매우 다양한 형태의 구 조를 동반한다. 따라서 해수면의 경우와는 다르게 측정 시기와 위치가 같아도 음파산란이 다르고 특 이한 형태가 나타날 수 있다. Milne [3] 은 1962년 봄철에 캐나다만 근처의 북극해 에서 해빙에 의한 후방산란강도를 측정했다. 이 실 험에서는 단일 수신기로 저각의 후방산란강도를 측 정했다. Mellen과 Marsh [4] 은 1962년에 북극제도 인근 에서 1 kHz 이하의 잔향음을 관측한 결과 주파수 종 속성이 매우 약하다고 보고하였다. 또한 1964년 9월 에 Brown [5] 은 보퍼트 해의 연안에서 1 kHz ~ 10.24 kHz 대역의 측정에서 주파수 종속성이 매우 약하다 고 보고하였다. Brown과 Milne [6] 은 1965년 봄철에 보 퍼트해에서 폭발성 음원으로 10 kHz 이하의 후방산 란강도를 측정하였고 비교를 통해 여름철보다 봄철 의 산란강도가 강하다고 보고하였다. 또한 주파수 와 산란각의 종속성이 있고, 1 kHz 이하에서의 주파 수 종속성은 약하지만 12 kHz ~ 25 kHz의 종속성은 크 다고 발표하였다. 1973년 봄철에 Garrison과 Early [7] 은 베링해 인근에서 60 kHz 음원으로 여러 위치에서 후방산란강도를 측정했으며, 위치에 따라 강도가 다르고 산란각이 작아질수록 그 차이가 크다고 발 표하였다. 기존의 측정을 종합한 Urick [8] 에 의하면 거칠고 날카로운 해빙 하부의 형상 때문에 강한 잔 향음이 발생하지만 여름철 해빙은 거칠기가 작고 무 르기 때문에 후방산란강도가 상대적으로 낮은 것을 알 수 있다. 1989년 봄철에 그린란드 북동쪽 지역에서 수직 어레이와 십자형 수평 평면 어레이를 배치하여 폭발성 음원으로 24 Hz ~105 Hz 대역의 저주파 후방산 란강도를 측정한 Yang과 Hayward [9] 은 주파수 종속성 이 있다고 보고하고, Milne [3] 의 결과 보다 약 10 dB 낮 은 값을 발표했다. Ivakin과 Williams [10] 은 2014년 봄철 에 보퍼트 해에서 중주파수인 3.5 kHz 음원으로 해빙 에 의한 장거리 후방산란강도를 측정하고 모델링과 잘 일치함을 보여주었다. 2024년 8월에 실시한 Korea Acoustic Measurement in the Arctic Sea in 2024(KAMAS-24) 실험에서는 해빙 에 의한 후방산란강도의 경향을 파악하고 모델링을 수행하기 위한 자료를 수집할 목적으로 후방산란강 도를 측정하였다. 수직선배열센서를 이용하여 배열 신호를 수신하고, 주파수영역의 빔형성을 통해 산 란각별 후방산란강도를 분석하였다. 또한 빔출력에 나타난 후방산란 신호의 변화를 비교하는 방법으로 해빙의 두께를 추정하고 후방산란강도를 분석하였 다. 2장에서는 후방산란 신호의 측정 방법을 기술하 였다. 3장에서는 신호분석 방법과 빔형성 결과를 기 술하고, 이어서 해빙의 두께 추정 결과를 설명하였 다. 4장에서는 후방산란강도의 특성을 분석하고 기 존의 결과와 비교하였다. II. 후방산란 신호 측정 2.1 실험 개요 KAMAS-24 실험은 2024년 8월에 Fig. 1에 표시된 영역인 축치해와 동시베리아해 인근에서 수행되었 다. 극지연구소의 쇄빙선인 아라온호에 승선하여 국 방과학연구소의 실험용역을 수행하는 기관인 한국 해양과학기술원과 극지연구소의 주관으로 실험을 수행하고 국방과학연구소도 편승하여 실험에 참여 하였다. 유빙 형태의 대형 해빙에 아라온을 붙여 정 박하고 해빙 위에서 실험을 수행하였다. 자세한 실 험 일정과 방법은 Park et al. [11] 의 논문에 기술하였다. Fig. 2는 후방산란 실험이 실시된 유빙 형태의 해북극해 음향실험(KAMAS-24)에서 관측한 여름철 해빙의 음파 후방산란강도 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.5 (2025) 431 빙에서 송신기와 수신기의 주위에 물웅덩이의 분포 와 정박 중인 아라온호의 위치를 볼 수 있는 사진이 다. 아라온호의 좌측에 검게 표신된 부분은 해빙이 없는 자유수면 영역이고, 아라온호의 우측에 회색으 로 표시된 부분은 해빙 영역이며 부분적으로 해빙보 다 어둡게 표시된 구역은 해빙의 상부가 녹아서 생 긴 물웅덩이다. 후방산란강도를 측정한 기간에 관측 한 수온과 염분으로부터 추정한 음속구조를 Fig. 3에 서 볼 수 있다. 표층에서 약 1,435 m/s이고 1,600 m에 서 약 1,473 m/s이다. 북극해에서 상층에 나타나는 대 표적인 보퍼트 도파관 [12] 과 유사한 도파관의 경계를 약 230 m에서 볼 수 있다. 8월 8일의 음속에서는 8월 11일에 80 m 이하의 표층에 나타난 도파관이 명확하 지 않아 보인다. 이러한 차이는 해빙의 표류 속도가 약 0.2 m/s이므로 수온과 염분을 관측한 3일 동안 위 치가 달라졌기 때문이다. 또한 약 50 m에서 음속의 역전 현상이 약하게 나타났다. 26 m보다 낮은 수심 에 위치한 송수신기와 해빙 사이의 음파의 전달경 로는 짧다고 할 수 있으므로 직선으로 가정하였다. 2.2 후방산란 신호 측정 후방산란 신호의 측정에 영향을 미치는 불확실성 의 요소는 독립된 펄스 측정 수, 펄스별 수신신호의 변동과 높은 소음준위, 해빙 하부의 거칠기에 의한 입사각의 모호성, 송수신 빔폭에 의한 후방산란 면 적의 모호성, 불확실한 수중음속과 흡수손실에 의 한 전달손실의 모호성 등이 있다. KAMAS-24 측정에 는 이러한 불확실성을 낮추는 방안으로 다음과 같 은 사항을 가정하였다. 1) 해빙에서 후방산란된 각 각의 신호의 통계적인 변동은 일반적으로 무작위적 인 특성을 갖는다. 다행히 KAMAS-24의 경우에 해빙 은 움직이지만 송수신기를 해빙에 고정한 경우이므 로 산란면의 변동을 무시할 수 있어서 에코 신호의 무작위성이 약하다고 가정하고 독립된 펄스 100개 를 사용해서 반복하여 측정했다. 2) 100개의 반복된 펄스의 변동이 무작위적이라는 가정하에 신호를 앙 상불 평균함으로써 변동에 의한 모호성을 완화 시켰 다. 3) 해빙 상부에서 Ground Penetrating Radar(GPR) 장비를 이용하여 해빙의 하부의 거칠기를 측정하고 자 했으나 아직 신뢰성 있는 결과가 나오지 않아서 분석에 사용하지 못했다. 해빙의 두께는 송수신장 Fig. 1. (Color available online) Site map of the KAMAS-24 experiment. Acoustic backscattering strength was measured in the yellow square box. Fig. 2. (Color available online) Top view of the measurement site. Gray colored area indicate sea ice and black colored area indicate ice-free sea surface. R/V ARAON is in the lower right. Fig. 3. (Color available online) Sound speed profile estimated from the observed temperature and salinity.박정수, 손수욱, 박중용, 이대혁, 김우식, 배호석, 김한수, 윤영글, 조성호, 강돈혁, 손우주 한국음향학회지 제 44 권 제 5 호 (2025) 432 비 설치를 위한 천공 과정에서 약 1.6 m로 확인되었 다. 일반적으로 여름철에 빠르게 녹는 과정에 있는 유빙의 가장자리 근처의 하부는 평평하고 매끄럽다 고 알려져 있다. 따라서 이번 분석에서는 해빙의 하 부를 평평하고 매끄럽다고 가정하고 도달각으로부 터 산란각을 추정하였다. 4) 송신기의 빔폭을 실측 하고 수직선배열센서의 빔폭을 빔각별도 세밀하게 계산하여 분석에 적용하였다. 평평하고 매끄러운 표면에서 발생하는 고각 영역의 일관 반사를 포함 하는 산란 효과는 좁은 빔으로 송수신하는 경우에 산란된 음선의 도달각이 빔폭 내에 정렬되지 않을 가능성이 있지만, [13] 16 채널의 수직선배열센서의 빔폭은 측면빔의 주변을 제외하면 산란신호를 감지 하기에 충분하다고 판단하였다. 5) 현장에서 수온과 염분을 측정하여 후방산란에 영향을 주는 흡수손실 과 전달손실을 계산하고 적용했다. 후방산란 신호의 측정을 위한 송수신기 운용 모식 도를 Fig. 4에서 볼 수 있다. 16 채널로 구성된 수직선 배열센서와 전방향성 송신기(ITC4004-A)를 사용했 다. 음파산란 측정에는 Continuous Wave(CW) 펄스 5 개와 Linear Frequency Modulation(LFM) 펄스 4개를 사 용하고 수직선배열센서의 심도를 가변하면서 각각 약 100번 반복 측정하였다. 측정한 후방산란 신호에 서 신호대 잡음비가 양호한 CW 3,005 Hz와 수직선배 열센서의 심도가 21.4 m인 경우를 분석하였다. Fig. 5 는 CW 3,005 Hz 경우에 수직선배열센서에 수신된 배 열신호의 예를 보여준다. III. 후방산란 신호 분석 3.1 배열신호 분석 측정자료에서 산란각에 해당하는 신호를 추출하 기 위해 펄스에 의한 배열신호의 빔형성 출력을 이용 했다. 실험에 사용된 송신신호는 음파산란의 경우에 CW는 0.0025 s이고 LFM은 0.05 s로 짧은 길이의 펄스 이다. 대역폭이 100 Hz인 LFM 펄스신호는 시간 분해 능이 0.01 s이므로 송수신기와 산란체의 거리가 가까 운 KAMAS-24의 실험 조건과 같이 짧은 시간에 산란 각의 변화가 나타나는 경우에는 부적합하다. 따라서 시간 분해능이 펄스길이인 0.0025 s로 가정할 수 있는 CW 펄스의 수신신호를 주파수영역에서 빔형성하여 후방산란을 분석하였다. 빔형성 하기 위해 수신신호 를 펄스길이와 같게 분할하고 50 %를 중첩시키며 Short Time Fourier Transform(STFT) 기법으로 주파수 분석을 수행하였다. Fig. 6은 CW 펄스 송신 경우에 배 열신호를 STFT 수행한 결과를 포락선으로 나타낸 것 이다. 해빙에 의한 산란신호로 추정되는 신호의 신호 대 잡음비를 고려하여 약 0.2 s까지만 분석하였다. Fig. 7은 주파수영역의 빔형성 결과이며 빔출력이 약 0.01 s까지 모든 빔각에서 강하게 보이는 것은 수 신기에 인접한 송신기로부터 직접 수신된 것이며, 송신기의 위치를 고려하면 (+) 90 deg에서만 출력이 강하게 나와야 하지만 수신신호의 클리핑과 넓은 부엽의 영향으로 모든 각에서 강하게 보인다. 약 Fig. 4. Geometry of the measurement of acoustic backscattering during KAMAS-24. A omni-directional acoustic source and a vertical line array were moored. Fig. 5. (Color available online) One of the array time series at vertical line array.북극해 음향실험(KAMAS-24)에서 관측한 여름철 해빙의 음파 후방산란강도 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.5 (2025) 433 0.03 s에서부터 빔각이 감소하는 방향으로 강한 출 력이 이어지며 나타나는 것은 (-) 90 deg에 위치한 해 빙의 하부에서 후방산란된 것이다. (-) 90 deg 부근에 서는 후방산란이 가장 강하므로 높은 출력이 나타 난다. 약 (+) 50 deg ~ (+) 90 deg에서 지속되는 강한 출 력은 송신기에서 발생한 잡음이 수신된 것이다. 또 한 (-) 10 deg 부근에서 강하게 유지되는 출력은 송수 신기 설치 정점으로부터 약 75 m 거리에 정박 중인 아라온호의 방사소음에 의한 영향으로 판단된다. 3.2 해빙의 두께 추정 및 후방산란 신호 추출 빔출력에서 후방산란 신호만 추출하기 위해서 Fig. 8과 같이 송수신기와 해빙의 위치를 이용해서 Eq. (1) ~ Eq. (5)와 같이 좌표( )를 계산한다. 빔출 력으로부터 수중에 잠겨있는 해빙의 두께인 를 추정할 수 있다면 수중에 잠겨있는 해빙의 비율 ( )을 이용하여 전체 두께 를 알 수 있다. 해빙의 비율은 결빙 시기와 계절 등에 따라 다를 수 있으며, 이 논문에서는 KAMAS-24와 같은 여름철에 Anhaus et al. [14] 이 북극해에서 관측한 값을 근거로 제시한 7.11을 적용하였다. ≈ ≈ ,(1) ≈ ≈ ,(2) ,(3) ,(4) asin ,(5) 여기서 는 빔 조향각, 는 송신기와 산란위 치 사이의 거리, 는 수신기와 산란위치 사이 의 거리, 는 유효 심도, 는 수신신호의 도달시간, 는 음속이다. Eq. (5)에 따라 추출할 빔각의 좌표를 계산할 때 필 Fig. 6. (Color available online) Envelope of the array time series after STFT. Fig. 7. (Color available online) Beamformed power in frequency domain. Source frequency is 3,005 Hz of monotone pulse. Fig. 8. Structure of sea ice and geometry of back- scattering measurement.박정수, 손수욱, 박중용, 이대혁, 김우식, 배호석, 김한수, 윤영글, 조성호, 강돈혁, 손우주 한국음향학회지 제 44 권 제 5 호 (2025) 434 요한 는 빔출력을 이용하여 추정할 수 있다. 즉, Eq. (3)의 를 임의로 가변하면서 Eq. (5)의 빔각 좌표( )를 각각 계산하고, 좌표에 해당하는 빔출 력을 추출한다. 추출한 빔출력을 별로 평균하 고, 평균 값이 최대인 를 Eq. (3)에 적용하면 빔 각별 후방산란 신호를 추출할 수 있는 를 추정할 수 있게 된다. Fig. 9는 를 탐색한 결과로서 가 1.39 m로 추정되었고 를 7.11로 가정하면 전체 해빙의 두께는 1.58 m이다. X 축에서 1.39 m 보 다 작은 부분의 출력이 불연속적으로 감소하는 것 은 높은 빔출력 부분이 추출 좌표에서 제외되면서 발생하였다. 추정된 해빙 두께는 KAMAS-24 실험 당 시 현장에서 천공으로 확인한 해빙의 두께와 유사 하다. 추정한 를 적용한 Eq. (5)로부터 계산한 시간 별 빔각 좌표( )를 빔출력에 겹쳐서 나타내면 Fig. 10(a)와 같다. Fig. 10(b)는 에 따라 추출한 빔출력 을 나타낸 것이며, 전달경로를 직선으로 가정하였 으므로 빔각에 해당하는 x 축을 해빙에 의한 후방산 란 각이라고 할 수 있다. 빔각과 달리 후방산란 각은 (+) 각으로 바꾸어 표현하였다. Fig. 10(b)에서 각이 약 20 deg부터 약 80 deg까지는 값이 증가하지만 90 deg에서는 오히려 감소한다. 특이하게 각이 약 20 deg보다 작으면 오히려 10 dB 이상 증가하는 현상이 나타났다. Fig. 3에서 송신기와 수신기의 위치는 동 심원의 원점에 위치하고 아라온호는 원점으로부터 약 75 m에 위치하므로, 해빙에 의한 후반산란 신호 에 아라온호의 선체에 의한 반사신호가 섞여 있을 가능성이 크다. 따라서 이러한 간섭신호를 제외하 기 위하여 원점으로부터 약 60 m까지에 해당하는 21 deg 이상의 빔출력만 추출하여 후방산란강도를 분 석하였다. 3.3 후방산란강도 계산 송신 펄스가 해빙에 반사되어 음향센서에 수신된 에코준위(Echo Level, )은 Eq. (6)과 같이 표시할 수 있고, 해빙에 의한 후방산란강도( )는 Eq. (7)과 같이 계산할 수 있다. log Fig. 9. (Color available online) Estimated thickness of sea ice draft by exhaustive search from beam power. (a) (b) Fig. 10. (Color available online) (a) Extraction coor- dinates and (b) extracted level over the beam power. The red dots indicate .북극해 음향실험(KAMAS-24)에서 관측한 여름철 해빙의 음파 후방산란강도 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.44, No.5 (2025) 435 log (6) log (7) 여기서 는 수신기에 수신된 시계열신호, 은 음원준위, 은 전달손실, 는 송신기의 지향지 수, 는 수신기의 지향지수, 는 후방산란면적, 는 음향센서의 수신감도, 그리고 는 이득을 나 타낸다. 전달손실(Transmission Loss, TL)은 log × 와 같이 계산했다. Eq. (7)에서 후방산란면적( )은 산란각별로 해빙 하부에서 산란되는 면적을 의미하며, Fig. 11은 해빙 의 하부에 형성되는 후방산란면적을 나타낸 모식도 이다. 후방산란면적의 계산에는 측정 장비와 구성에 따라 적절한 방법을 적용해야 한다. [8,15,16] 수직선배 열센서로 수신한 배열신호로 부터 후방산란강도를 추정하는 경우에 후방산란면적은 Eq. (8)과 같이 동 심원의 반지름을 이용하여 계산할 수 있으며, 빔 조 향각별로 3 dB가 낮아지는 빔폭인 Half Power Beam Width(HPBW)를 적용하여 반지름을 각각 Eqs. (9)와 (10)과 같이 계산할 수 있다. ,(8) tan .(9) tan .(10) 여기서 과 는 송수신기 위치에서 조향각 에 해당하는 수평거리, 는 조향각에 해당 하는 빔폭이다. 후방산란면적을 계산할 수 있는 또 다른 방법으로써 주파수 영역에서 빔형성 과정에서 신호의 주파수 분석에 사용되는 신호의 길이인 를 적용하여 Eqs. (11)과 (12)와 같이 계산할 수 있다. 는 펄스의 길이와 같게 적용하였다. .(11) ,(12) 여기서 는 주파수 변환에 사용한 시간의 길이이 고, 는 조향각별로 송수신기에서 해빙까지 전달경로의 길이이다. Fig. 12는 후방산란면적의 계산 결과를 log 의 형태로 나타낸 것이다. 측정에 사용한 수직선배열 센서의 는 3,005 Hz에서 0 deg일 때 약 17 deg 이고 90 deg일 때 약 90 deg로써, 후방산란면적이 각 에 따라 크게 변한다. 를 적용한 경우에는 빔각 이 낮아지면서 면적이 완만하게 증가하는 것을 볼 수 있다. 를 적용한 후방산란면적이 상대적 으로 매우 넓으며, 조향각에서 피크 신호의 형태로 나타나는 후방산란신호 [13] 에 영향을 미치는 영역보 다 과도하게 넓다고 판단된다. 즉, 짧은 시간에 산란 각이 빠르게 변하므로 빔폭에 해당하는 긴 신호의 길이를 적용하면 후방산란면적이 과대 추정된다고 판단된다. 따라서 빔형성에 적용한 주파수 변환의 신호길이를 사용하는 것이 적절한 것으로 판단했 고, 를 사용한 Eqs. (11)과 (12)로부터 면적을 계산 하였다. Fig. 11. (Color available online) Schematic geometry of backscattering insonified area.Next >