超音波

超音波 (超音波, 英語 : ultrasound(s), ultrasonic wave )는 人間이 들을 수 있는 可聽最大限界範圍를 넘어서는 周波數 를 갖는 週期的인 '音壓'(音壓, sound pressure)을 意味한다. 비록, 이러한 限界값이 사람마다 다르지만, 健康한 젊은 사람의 境遇 이 값은 約 20kHz(20,000 Hz)이고 따라서 20kHz는 超音波를 說明하는 데 있어 有用한 下限(下限)李 된다.

超音波는 一般的으로 媒介體(或은 매질)를 貫通시키거나 '反響派'(反向波, reflection signature)의 測定 또는 集中된 에너지를 供給하는 等 여러分野에서 使用되고 있다. 反響파는 媒介體의 內部構造를 仔細히 드러내는 데 使用될 수 있다. 가장 잘 알려진 應用은 子宮內胎兒寫眞을 만들어내는 消奴그라피 ( en:sonography )에 使用되고 있으며, 이 外에도 廣範圍하게 使用되고 있다.

超音波聽取能力 [ 編輯 ]

人間이 들을 수 있는 最大周波數限界(藥 20kHz)는 로우패스 필터 ( low-pass filter )처럼 作用하는 중이 (中耳, middle ear ) 때문이다. 超音波가 頭蓋骨로 直接的으로 傳達되거나 中耳를 거치지 않고 달팽이管 ( cochlea )에 다다를 境遇, 더 높은 周波數로 들릴 수 있게 된다. 이 影響은 超音波聽取 ( ultrasonic hearing )를 參照하도록 한다. 操心스럽게 設計된 科學的硏究를 통해 無意識中에 듣더라도 高周波音이 人間精神에 影響을 줄 수 있다는 超高周波效果 ( hypersonic effect )가 確認되었다.

音響心理學 ( psychoacoustics )에서, 어린이들은 나이든 成人들이 듣지 못하는 높은 音을 들을 수있는데, 이는 人間이 들을 수 있는 上限値가 나이가 들어감에 따라 낮아지기 때문이다. 한 携帶폰 會社는 이를 利用해서 젊은 사람만이 들을 수 있는 電話벨을 만들었는데, 相對的으로 많은 나이든 사람들이 들을 수 있다고 主張된 것을 보면 나이와 聯關된 退化의 程度가 相當히 流動的임을 알 수 있다. 個 , 고양이 , 돌고래 , 박쥐 , 그리고 쥐 와 같은 몇몇 動物들은 사람보다 더 높은 可聽範圍를 가지고 있으며 따라서 超音波度 들을 수 있다.

人工的超音波의 發生法 [ 編輯 ]

人工的으로 超音波를 發生시키는 方法은, 보통의 音波와 같이 높은 振動數의 發音體를 만들면 된다. 이것에는 物體의 電氣的或은 磁氣的性質을 適切하게 利用하는 方法에 쓰인다. 커다란 周波數(振動數)의 交流電壓을 修正·티탄산 바륨 等 특수한 物體의 兩 끝에 걸면, 그 物體는 振動한다. 또 코일에 커다란 周波數의 交流를 보내면 그 周波數로 振動하는 磁界(磁界)가 생긴다. 그 自戒 속에 磁氣的性質이 强한 니켈·페라이트 等의 物體를 넣으면, 그 物體도 振動한다. 이 物體들의 振動을 發音體로 해서 超音波를 發生시킬 수가 있다.

한便金屬性(金屬聲) 卽 쇠붙이가 부딪쳐서 나는 소리는 音波範圍뿐만아니라 超音波領域도 있는 것으로 알려져있다.

超音波의 利用 [ 編輯 ]

音波의 振動數가 커지면 그 波長은 짧아진다. 따라서 回折現象이 일어나기 어렵고 物體의 그늘이 생기기 쉽다. 또, 빛과 같이 한 方向으로도 가지런히 傳達할 수 있게 된다. 이것을 應用한 것이 超音波 소나이다.

小나는 航海目的에 音波를 利用하는 것의 總稱이지만, 現在는 超音波를 發射해서, 그 反射를 受信하고 反射한 物體(魚群·고래·潛水艦·船舶·機械受賂等)의 位置, 거리, 方向等을 알아내는 目的의 것도 包含해서 소나라 부르고 있다. 이 境遇目的으로 하는 反射物의 種類에 따라서 測深機, 魚群探知機, 고래 探知, 臺(對)潛水艦 소나 等으로 불리며, 各各의 目的에 적합한 裝置로 만들어져 있다.

特히 距離를 재기 위해서는 超音波의 펄스파를 使用한다. 發射한 다음에 되돌아오기까지의 時間을 재면 反射物까지의 距離를 求할 수 있다. 小나와 같은 原理로, 固體內의 情報를 捕捉하는 裝置도 있다. 超音波探傷機(探傷機)는 物體를 부수지 않고 內部의 缺陷을 探知하는 裝置로, 反射되어 오는 超音波로부터 그 缺陷의 크기나 位置를 알 수가 있다. 또 超音波後道界는 構造物의 한便에서 超音波를 보내어 그 두께를 재는 裝置이다. 反對便에서 反射된 超音波와 入社한 超音波로 만들어지는 定常波를 利用하여 物體의 두께를 잰다.

醫學方面에서의 利用도 活潑하다. 體內의 腫氣나 膽石, 異物質의 發見等에도 利用되고 있다. 도플러 超音波 는 心臟에 超音波를 대고, 反射波의 도플러 效果에 따른 波長變化를 재서, 心臟의 運動을 調査할 수도 있다. 工業方面에서는 단단하면서 깨지기 쉬운 修正·寶石等을 超音波를 利用하여 특수한 模樣으로 切斷하는 일에도 使用된다. 또 時計나 카메라의 部品等 작은 精密部品의 稅政에도 利用되고 있다. 이 밖에 混合되지 않는 液體와 液體를 油化시키거나 化學反應을 促進시키기도 하고, 超音波로 殺菌하여 飮食物을 保存하는 데에도 도움이 되고 있다.

醫療超音波 [ 編輯 ]

醫療超音波 는 筋肉, 힘줄, 그리고 많은 內部臟器들, 이들의 크기, 構造와 病理學的損傷을 實時間單層映像으로 可視化한, 超音波에 基盤한 診斷醫學撮影 ( medical image ) 技術이다. 이는 週期的 또는 應急狀況에서 胎兒를 可視化하는 데도 使用된다. 超音波를 利用한 診斷은 소노그라퍼 ( sonographer )라고 불리는 醫療專門家에 依해 遂行된다. 産科用超音波 는 一般的으로 妊娠期間 동안에만 使用된다. 超音波는 적어도 50年 동안 人間의 몸속을 映像化하는 데 使用되었다. 이는 現代醫學에서 가장 널리 使用되는 診斷技術中 하나이며 相對的으로 低廉하고 移動이 容易하다.

超音波化學 [ 編輯 ]

20~100kHz 範圍의 超音波는 化學에 應用된다. 超音波는 化學的變化를 誘導하기 위해 分子와 直接的인 相互作用을 하지 않는데, 超音波의 波長(밀리미터 範圍)李分子에 比較해서 너무 길기 때문이다. 이를 代身해서:

反應이 일어나는 液體內에서 溫度와 壓力의 枝葉的 극한 狀態를 만드는 캐비테이션 을 惹起시킨다.
固體를 破壞시키고 反應이 쉽게 이루어질 수 있도록 더 넓은 表面을 提供하기 爲해 不活性 ( en: inert ) 物質의 不動態 ( en: passivating ) 層을 除去한다.

例를 보면:

廢棄된 活性化沈澱物의 超音波前處理
에탄올 收率增大를 위해 乾燥 옥수수 工場에서 超音波의 導入
超音波崩壞를 통해 武器沈澱物除去向上

超音波 거리 探査 [ 編輯 ]

超音波 센서를 利用한 거리 測定

對象物體까지의 距離 : L [m]
測定된 時間 : T [s]
音速 : V [m/s]
氣溫 : t [C]
L = ( T＊V) [m]

여기서 V = 331.5+0.6＊t [m/s]

對象物體까지의 距離는 超音波 센서와 測定對象物體까지의 距離이고, 測定된 時間은 超音波가 對象物體에서 反射되어 돌아오는 時間을 말한다.

産業用超音波 [ 編輯 ]

超音波檢査는 一般的으로 材料 속의 缺陷을 찾거나 또는 物體의 두께를 測定하는 데 使用되는 非破壞檢事의 한 種類이다. 2~10 MHz의 周波數가 一般的인데, 특별한 境遇 다른 周波數範圍도 使用된다. 手動 또는 自動化된 檢査는 現代生産工程에서 必須的인 要素이다. 大部分의 金屬뿐 아니라 플라스틱과 宇宙航空龍複合體들도 檢査에 適用될 수 있다. 낮은 周波數의 超音波 (50kHz~500kHz)는 나무, 콘크리트와 시멘트 같은 密度가 낮은 物質의 檢査에 使用된다. 超音波는 以外에도 液體에 熱을 傳達하는 데도 使用될 수 있다.

超音波 캐비테이션 [ 編輯 ]

20kHz帶域의 高出力超音波는 分子의 崩壞를 促進시키는 캐비테이션 을 만들어낸다. 이를 利用해 下水溝內의 박테리아를 없애는 데 使用하거나 地方細胞除去에 活用할 수 있다. 超音波가 캐비테이션이 加해지면 脂肪細胞가 글리세롤과 脂肪酸으로 分解되며 老廢物로 排出되어 地方分解施術에 活用되고 있다. 아이오와 주립대의 Dr. Samir Khanal은 乾燥 옥수수 工場에서 높은 에탄올 收率을 위해 옥수수 슬러리를 붕괴시켜 液化와 唐貨를 向上시키기 위해 高出力超音波를 使用했다. 또한 이를 利用하는 超音波洗滌機 는 保釋 , 렌즈 그리고 다른 光學部品, 時計 , 齒科用機構 , 手術用器具 와 産業用部品에 20~40kHz의 周波數를 利用한다. 超音波洗滌器는 汚染된 表面近處에서 數百萬個의 微細共同 의 崩壞로부터 發生되는 에너지에 依해 動作한다. 共同崩壞에 依해 形成되는 氣泡가 生成하는 작은 氣流表面으로 向한다. 家庭用超音波洗滌器는 約美化 60달러 程度이다.

超音波와 動物 [ 編輯 ]

超音波를 소나 (sonar)로서 利用하고 있는 動物도 있다. 더구나 사람보다 훨씬 正確하게 障礙物이나 먹이를 識別하거나 發見하고 있다. 그 代表的인 動物은 박쥐 로서, 귀로 볼 수 있는 특수한 機能을 갖고 있다. 가느다란 鐵絲를 둘러친 캄캄한 房 안에서도 박쥐는 絶對로 鐵絲에 부딪치는 일 없이 繼續 날았다는 實驗報告가 있다. 고래 나 돌고래 도 超音波를 입에서 發射해서 먹이나 障礙物을 識別하거나 同僚를 알아내기도 한다. 진흙으로 濁하게 만든 풀場에 그물을 쳐서 둘로 나누고, 그물의 兩 끝에 돌고래가 빠져나갈 수 있는 程度의 작은 구멍을 내고, 그 두 구멍을 透明한 플라스틱 판으로 번갈아서 막았다 열었다 했으나 돌고래는 失手없이 열린 구멍으로 빠져나갔다는 報告도 있다. 昆蟲中에도 超音波를 使用해서 同類와 서로 通信을 주고받는 小나의 명수가 있다.

박쥐 [ 編輯 ]

박쥐 는 먹이를 찾아내기 위해 多樣한 超音波探知技術을 使用한다. 비록 最大限界周波數에 對한 論爭이 있긴 하지만, 100kHz까지 높은 周波數를 感知할 수 있다.

個 [ 編輯 ]

個 는 人間이 들을 수 있는 것보다 높은 周波數의 소리를 들을 수 있다. 개 訓鍊 휘파람 은 개를 부르기 위해서 높은 周波數를 發散하는데, 바로 이런 特性을 利用한 것이다. 大部分의 이런 訓鍊 휘파람은 높은 可聽周波數範圍에 있으나 無音 휘파람( Silent Whistle )은 18kHz~22kHz 範圍의 超音波周波數를 發生시킨다.

돌고래와 고래 [ 編輯 ]

一部 고래는 超音波를 들을 수 있을 뿐 아니라 그들만의 소나 (sonar) 시스템을 가지고 있는 것으로 잘 알려져 있다. 一部 고래는 사냥 道具(사냥감의 探知 및 攻擊을 위해)로 使用한다.

물고기 [ 編輯 ]

몇몇 물고기들은 超音波를 感知할 수 있다. en:Clupeiformes 목(目)과 Alosinae (shad)의 亞族(亞族)類들은 180kHz까지 探知할 수 있고, 反面에 다른 亞族들은 (例로, en: herrings )들은 4kHz까지만 들을 수 있다.

나방 [ 編輯 ]

박쥐 가 發散시키는 範圍의 超音波가 나방 이 回避起動하도록 만든다는 證據가 있다. 超音波領域의 周波數는 밤나방 이 攻擊을 避하도록 自身의 飛行方向을 몇 인치 낮추도록 反應시킨다.

昆蟲 및 齧齒類 [ 編輯 ]

超音波發生機/스피커 시스템은 齧齒類나 昆蟲이 接近하지 못하도록 만든다고 한다.그러나 이들이 그런 機能을 한다는 科學的證據는 없다. Kansas 주립대에 依해 遂行된 硏究에서 一部製品에서 肯定的인 反應을 보여주었다. 肯定的인 反應은 持續的으로 周波數를 變調하는 一部裝置로 限定된다. 그러나, 使用된 周波數는 어린이들이 들을 수 있고, 頭痛을 誘發 시킬 수 있다고 한다.

모기 [ 編輯 ]

人間이 들을 수 없는 特定周波數의 超音波가 모기를 쫓아낼 수 있다고 한다. 害蟲을 쫓아낼 수 있다고 主張되는 컴퓨터 프로그램이 인터넷에 퍼져 있다.

같이 보기 [ 編輯 ]

遲延線記憶機

各州 [ 編輯 ]

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超音波 聽取 能力 [ 編輯 ]

人工的 超音波의 發生法 [ 編輯 ]