소리에너지

소리에너지는 공기와 같은 물질의 진동에 의해 전달되는 에너지이다. 진공, 기체, 액체, 고체 순으로 소리의 속력이 빨라지며 진공 상태에서는 소리가 없어진다. 소리에너지는 소리가 가지는 에너지로 분자들의 진동이므로 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지를 갖는다.

인공 달팽이관은 외부의 소리 에너지를 전기 에너지로 바꿔 체내에 삽입한 전극을 통해 청신경을 직접 자극하는 장치이다.

소리에너지의 응용

Noise Power, 도로를 밝히는 LED 펜스

Eco Noise, 공사장을 아름답게 만드는 페널

• 에너지하베스팅 기술 : 소음이 공기를 통하여 전달된 파동이 진동 혹은 압전의 형태로 운동에너지로 전환하는 것을 이용하여 소리가 나는 공간 속에 공기와 함께 진동할 진동판을 사이에 두면 이 진동판의 진동판이 역학에너지로 일을 하거나 터빈을 돌리게 하면 소리에너지는 진동에너지나 운동에너지로 전환하게 되어 버려지는 소음이 에너지로 전환할 수 있는 기술이다. 길거리에서 채집된 소음이 생산한 전기로 크게는 전기차를 충전할 수 있는 전기충전소, 작게는 핸드폰 충전 등의 용도로도 간편하게 사용할 수 있는 가능성을 제안한다.

• 소음파워로 도로를 밝히는 LED 펜스 : 소음파워(Noise Power)ㄴ는 도로에 발생하는 소리에너지를 빛으로 변환하여 사용할 수 있게 해주는 펜스이다. 도로 가장자리를 둘러싸도록 디자인된 이 펜스는, 자동차가 지나갈 때 도로를 채우는 소리에너지를 예민한 음향 마이크로 진동 장치를 통해 받아들이고 이를 낮은 전압의 LED에 제공하여 빛을 내도록 고안되었다. 자동차의 소리가 펜스에 전달되면 전방의 센서가 이를 감지하여 자동차가 진입하기 전에 불을 밝혀주고 소리가 멀어지면 자동으로 불이 서서히 꺼지도록 설계되어 에너지를 절약하는 방식이 주요 기술이다.

• 에코소음(Eco Noise) : 에코소음은 공사장에 발생하는 소리에너지를 빛으로 변환시켜주는 페널이다. 페널에는 압전기의 성질을 가진 물질이 포함되어 있고, 소리가 발생하면 페널안의 전자가 활동하여 에너지를 발생시켜 OLED에 제공한다. Lotus Prize에 출품한 이 기술은 공사장에 설치되도록 고안되었는데, 공사장에서 발생하는 건설장비, 기계 소리, 기타 소음 등은 페널이 빛을 내는데 에너지원으로 사용된다. 이 페널은 세세한 입자들로 구성되어 있어 페널의 각 위치마다 여러가지의 색을 낼 수 있으며,?각각의 페널을 결합하여 공사장의 방음벽으로 설치 할 경우 OLED를 통해 아름답고도 자세한 표현을 가능하게 해준다. 기존 공사장 방음벽이 단순한 철골 구조물로서 미관상 보기 나빴던 점을 개선하기 위해 고안된 이 페널은 사람들이 소리를 소음이라고 느끼는 데에는 단순히 소리의 종류, 크기 뿐만 아니라 심리적인 부분도 크게 작용한다는 점을 착안하여 개발되었다. 즉, 같은 공사장 소리를 듣더라도 사람들의 심리적 상태에 따라 그것을 소음으로 인식하는지 아닌지를 파악한 것이다.

• 소리 전기 발생 장치 : 2014년 성균관대 나노전자물성연구실은 그래핀을 활용해 소리의 진동에너지를 '마찰전기'로 전환하는 장치를 고안했다. 지난 2010년 나노연구실은 세계 최초로 소리의 진동에너지를 전기에너지로 변환해 화제가 됐다. 압력이나 진동을 가하면 전류가 발생하는 ‘압전’원리를 이용했다. 두 기판 사이에 나노선(Nanowire)을 수직으로 배열한 후 한쪽 기판에 소리의 진동에너지로 자극을 주면, 나노선이 압력을 받아 전류가 흐르도록 설계했다. 그러나 압전 기술을 사용했을 때 장치의 출력은 수십 밀리볼트(mV)에 불과했다. 보완을 위한 연구를 거듭하던 연구진은 소리로 ‘마찰전기’를 발생시켜 ‘압전’을 이용할 때보다 훨씬 큰 전압을 생성했다.

• 하이푸(HIFU) : 풀어 쓰면 고강도 집속 초음파(High-Intensity Focused Ultrasound)의 영문 약자이다. 소리는 곧 음파이고 초음파는 사람이 들을 수 없는 주파수가 높은 음파이다. 고강도의 초음파를 한 점에 집중시키면 발열효과가 생기는데 이를 이용해 종양(질병부분)을 태우는 치료방식이다. 치료용 초음파는 복부초음파, 산전 초음파 등에 사용되는 진단용 초음파보다 약 100만 배 강한 에너지이다.

참고자료

• 버려지는 소음을 에너지원으로 전환하는 에너지 하베스팅 장치 - http://kpat.kipris.or.kr/kpat/biblioa.do?method=biblioFrame&applno=1020170155220&index=0&start=fulltext&openPageId=View02
• Jang Ho Jung, 〈Nois-Energy 소음에서 에너지로!〉, 《트렌드인사이트》, 2014-10-24
• 윤나영 기자, 〈'그래핀'으로 도약 이룬 소리 전기 발생 장치〉, 《성대신문》, 2014-04-07

같이 보기

• 소리
• 음파
• 초음파

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