음향 감쇠

음향학에서 음향 감쇠()는 음향 매질을 통한 음파 전파의 에너지 손실을 측정한 것이다. 대부분의 매질은 점성도를 가지고 있으므로 이상적인 매질이 아니다. 이러한 매질에서 소리가 전파될 때, 항상 점성도에 의해 발생하는 에너지의 열 소비가 있다. 이 효과는 스토크스 음향 감쇠 법칙을 통해 정량화할 수 있다. 음향 감쇠는 1868년 G. 키르히호프가 보여주었듯이 매질의 열전도도의 결과일 수도 있다. 스토크스-키르히호프 감쇠 공식은 점성도와 열전도도 효과를 모두 고려한다.

이질적인 매질의 경우, 매질의 점성도 외에도 음향 산란이 음향 에너지 제거의 또 다른 주요 원인이다. 손실성 매질에서의 음향 감쇠는 의료 초음파 검사, 진동 및 소음 저감과 같은 많은 과학 연구 및 공학 분야에서 중요한 역할을 한다.

 멱법칙 진동수 의존 음향 감쇠 
많은 실험 및 현장 측정 결과에 따르면, 연조직, 중합체, 흙, 다공성 암석과 같은 광범위한 점탄성 재료의 음향 감쇠 계수는 진동수에 대해 다음 멱법칙으로 표현될 수 있다.

여기서 는 압력, 는 위치, 는 파동 전파 거리, 는 각진동수, 는 감쇠 계수,  및 진동수 의존 지수 는 실험 데이터에 맞춰 얻은 실수 비음수 재료 매개변수이다.  값은 0에서 4까지 다양하다. 물에서의 음향 감쇠는 진동수의 제곱에 의존하며, 즉 이다. 많은 금속 및 결정질 재료에서의 음향 감쇠는 진동수와 무관하며, 즉 이다. 이와 대조적으로, 점탄성 재료의 는 0에서 2 사이라는 것이 널리 알려져 있다. 예를 들어, 퇴적물, 흙, 암석의 지수 는 약 1이며, 대부분의 연조직의 지수 는 1에서 2 사이이다.

고전적인 소산성 음파 전파 방정식은 감쇠파 방정식 및 근사 열점성파 방정식과 같이 진동수 독립 및 진동수 제곱 의존 감쇠로 제한된다. 최근 수십 년 동안 일반적인 멱법칙 진동수 의존 음향 감쇠를 설명하는 정확한 모델 개발에 대한 관심과 노력이 증가하고 있다. 이러한 최근의 진동수 의존 모델 대부분은 복소수 파수의 분석을 통해 확립되었고, 이어서 비정상파 전파로 확장되었다. 다중 이완 모델은 서로 다른 분자 이완 과정의 기초가 되는 멱법칙 점성도를 고려한다. Szabo는 시간 합성곱 적분 소산성 음파 방정식을 제안했다. 한편, 분수 미분 점탄성 모델에 기반한 음파 방정식은 멱법칙 진동수 의존 음향 감쇠를 설명하는 데 적용된다. 첸과 홀름은 양수 분수 미분 수정 Szabo 파동 방정식과 분수 라플라시안 파동 방정식을 제안했다. 멱법칙 감쇠 모델의 분수 파동 방정식을 비교하는 논문은을 참조하라. 멱법칙 감쇠에 대한 이 책도 이 주제를 더 자세히 다루고 있다.

진동수 멱법칙을 따르는 감쇠 현상은 응력과 변형률 사이의 분수 구성 방정식에서 파생된 인과적 파동 방정식을 사용하여 설명될 수 있다. 이 파동 방정식은 분수 시간 미분을 포함한다.



 및 그 참조 문헌도 참조하라.

이러한 분수 미분 모델은 복합 매질에서 측정된 감쇠를 야기하는 다중 이완 현상(Nachman 등 참조)에 대한 일반적으로 인정되는 가설과 연결된다. 이 연결은 및 조사 논문에서 더 자세히 설명되어 있다.

진동수 대역 제한파의 경우, Ref.는 Nachman 등의 프레임워크 내에서 일련의 이산 이완 메커니즘을 사용하여 인과적 멱법칙 감쇠를 달성하는 모델 기반 방법을 설명한다.

다공성 유체 포화 퇴적암인 사암에서는 음향 감쇠가 주로 고체 프레임에 대한 세공 유체의 파동 유도 흐름에 의해 발생하며, 는 0.5에서 1.5 사이로 변한다.

 같이 보기 
 흡음
 분수계 미적분학

 각주 

분류:음향학
분류:소리
분류:물리 현상
분류:음향 물리량