인간에게 ‘슈퍼 청력’ 제공하는 장비 개발

과학기술

인간에게 ‘슈퍼 청력’ 제공하는 장비 개발
박쥐가 내는 초음파 듣는 장비 나와

2021.07.05 09:00 심재율 객원기자

사람이 들을 수 있는 소리는 정해져 있다. 주파수가 20Hz에서 20,000Hz 사이에 있는 음파에 대해서만 인간은 ‘소리’로 구분한다. 이 주파수 밖의 것은 인간에게는 소리가 아니다.

보통 20Hz 이하의 주파수를 초저주파(infrasound)라고 하고, 20,000Hz 이상의 주파수를 초음파(ultrasound)라고 부른다. 사람은 일반적으로 초저주파나 초음파 소리는 들을 수 없다.

이 중 20,000Hz 주파수 이상의 초음파는 디지털 신호 처리 기술을 사용하여 사람이 들을 수 있는 청각 범위로 가져올 수 있다. 그러나 아직까지는 초음파 소리가 어느 방향에서 오는지 식별하는 시스템은 개발되지 않았다.

만약 20,000Hz 이상의 초음파를 들을 수 있다면 얼마나 좋을까. 알토대학(Alto University) 연구팀은 20,000Hz 이상의 주파수로 소리를 내는 초음파도 들을 수 있는 새로운 오디오 기술을 개발했다고 발표했다.

초음파 감지 마이크를 이용한 헤드폰을 낀 연구원, © Ville Pulkki

새로운 오디오 기술은 사람들이 20,000Hz 이상의 주파수를 가진 초음파 소리를 들을 수 있게 하면서, 동시에 소음이 발생하는 방향을 인지할 수 있게 한다. 이 같은 장비는 야생동물의 서식지를 파악하거나, 초음파 소리를 내는 각종 설비 및 공장 시설에서 누출 같이 초음파 신호를 감지함으로써 사고를 미리 예방할 수 있다.

6월 2일 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 저널에 발표한 논문에서 알토 대학의 빌 풀키(Ville Pulkki) 교수는 “인간에게 슈퍼 청력을 주고 있다”라고 말했다.

초음파에 민감한 6개 마이크 사용

박쥐를 비롯한 설치동물, 파충류, 양서류, 벌레 등 많은 야생동물은 초음파를 내면서 서로 교통한다. 연구팀은 이중 자연 서식지에 사는 박쥐를 대상으로 실험했다. 새로운 기술을 이용해서 과학자들은 박쥐가 내는 초음파 소리를 들을 수 있을 뿐 아니라, 그 소리가 어느 방향에서 오는 지도 실시간으로 파악할 수 있었다. 초음파 소리가 오는 방향을 실시간으로 구분한다는 것은 박쥐가 날아다니면서 울어도 박쥐의 비행궤적을 추적할 수 있음을 의미한다.

이전에는 박쥐가 내는 초음파 소리를 듣기 위해 장치가 사용되었다. 그러나 이 장치로는 박쥐가 내는 소리의 방향은 찾지 못하고 다만 소리만 들었을 뿐이다.

연구원들은 작은 막대기 끝에 여러 개의 마이크를 공 모양으로 배치한 장치를 이용한 헤드폰을 쓰고 초음파를 감지한다. 작은 공에는 초음파에 민감한 6개의 마이크가 장착되어 있다.

가스 누출 등 산업현장 안전 점검에 활용될 듯

이렇게 수집한 초음파 신호가 사람이 들을 수 있는 주파수로 변환된 다음, 다시 헤드폰을 통해서 사람이 들을 수 있는 소리로 재생된다. 연구팀이 실험한 장치에서는 초음파 신호를 가성 주파수로 변환하기 위해서 컴퓨터를 사용하지만, 미래에는 헤드폰에 장착된 전자부품에서 초음파를 가성 주파수로 변환할 것으로 전망된다.

새 기술은 박쥐가 내는 초음파의 방향도 탐지한다. © 픽사베이

인간이 지금까지 듣지 못했던 초음파도 쉽게 구분하면, 실제 상황에서 이용될 분야가 적지 않다고 연구팀은 발표했다. 초음파를 조기에 발견하는 것은 산업 설비에서 안전성을 높이는데 매우 중요하다. 예를 들어 가스 배관에서 미세하게 새어 나오는 가스는 초음파 소리를 낸다. 만약 배관에서 누출되는 가스를 미리 찾아낸다면, 사고를 예방하는데 매우 효과적이다.

풀키 교수는 이 새 장치가 가스 누출에서 발생하는 초음파를 빨리 찾아내게 해준다고 말했다.

때로는 손상된 전자 장비도 초음파를 방출한다. 새 장치는 예를 들어 데이터 센터와 같은 곳에서 결함있는 장비가 내는 나오는 초음파 소리를 미리 감지하는데 이용될 수 있다. 대형 사고를 줄이면서 장비의 수명을 연장하는 동시에 이용자들에게 안정적인 서비스를 제공하는데 매우 효과적이라고 연구팀은 밝혔다.

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