< Previous이광세, 손은국, 이송준, 이상헌, 정철웅 한국음향학회지 제 45 권 제 2 호 (2026) 112 해석을 수행하였다. 외력 {F s }에 의해 가진되는 구조 물의 운동 방정식은 다음과 같이 표현된다. [17,18] ,(5) 여기서 , 및 는 각각 구조물의 질량, 감 쇠 그리고 강성 행렬을 의미하며, , , 는 구조 물의 가속도, 속도, 변위 벡터이다. 음향 영역에서의 지배방정식은 압축성 유체에 대한 음향 파동 방정 식으로 표현되며 다음 식과 같다. ∇ ,(6) 여기서 p는 음압, c는 매질 내 음속이며, 음속은 다음 의 관계로 정의된다. ,(7) 여기서 ρ는 유체 밀도, κ는 체적 탄성계수이다. 다음 으로 구조–음향 연성 해석에서는 구조물의 진동으 로 인해 유체가 가진 되고, 동시에 유체의 음압이 구 조물 표면에 하중으로 작용한다. 구조–유체 경계면 에서의 음압은 구조물에 다음과 같이 하중으로 표 현된다. ,(8) 여기서 N s 는 구조 요소의 형상함수, n s 는 구조 표면의 법선 벡터이며, [A]는 구조–음향 연성 행렬을 의미한 다. 한편, 구조물의 가속도는 음향 영역의 경계 조건 으로 작용하며, 구조–유체 경계면에서 다음의 연성 조건을 만족해야 한다. · · .(9) 다음으로 음향 방정식을 유한요소 형식으로 정식 화하면 다음과 같은 연성 방정식을 얻을 수 있다. (10) 최종적으로 구조 영역과 음향 영역을 결합한 진동– 음향 연성 방정식은 다음과 같이 표현된다. (11) 유한한 음향해석 영역으로 경계에서의 비물리적 음향파 반사를 방지하기 위해 Fig. 6의 비반사 경계 조건으로, 음향해석 영역 외곽 경계에 Automatically Matched Layer(AML) 경계조건을 적용하였다. AML 은 가상의 감쇠층을 통해 음향파를 흡수함으로써 반사를 최소화하며, 이는 다음의 Sommerfelt 방정식 으로 표현된다. lim →∞ .(12) 본 연구에서는 하부구조물의 기초지지 조건을 단순화하기 위해, 해저면과 접하는 기초 경계에 완 전 고정 조건을 적용하였다. 이는 구조물–지반 상호 작용을 상세 모델링하기보다는, 지반 물성 및 관입/ 접촉 조건을 불확실성을 배제하고 경계조건을 통 일함으로써, 형상 및 운전 조건에 따른 방사 특성 차 이를 보다 명확히 해석하고자 하였다. 실제 설치 조 건에서의 관입 깊이 및 지반–구조물 상호작용을 포 함한 검토는 향후 연구에서 추가적으로 수행할 예 정이다. 다음으로 해저면 및 해수면에 적용한 경계조건에 대한 설명이다. 먼저, 해저면 경계조건을 위해 대한 민국의 서해 퇴적물에 의한 음파 흡수 및 반사 특성 을 고려하기 위해, Biot–Stoll 다공성 매질 이론을 기 반으로 해저 퇴적물을 모델링하였다. 퇴적물의 음 향 임피던스를 계산하기 위해 다음의 Williams [19] 가 제시한 복소 등가 밀도 계산식을 이용하여 복소 임 피던스를 획득하였다. · .(13)해상풍력터빈 운전 수중소음의 주파수 의존 전파 특성에 대한 수치적 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.45, No.2 (2026) 113 (14) ,(15) 여기서 ρ는 혼합 밀도, 는 위상 속도를 의미한다. Eq. (15)의 F는 점성 보정 계수로, 공극 내 유체의 점 성 저항 효과를 반영하는 항이다. T(ε)은 켈빈(Kelvin) 함수로 정의되는 복소 보정 함수로, 공극 내 유체의 점성 경계층 거동을 반영한다. ε은 무차원 매개변수 로, 공극 내 유체의 점성 경계층 두께와 공극 반경의 비를 나타내는 항이다. 서해 해저 퇴적물의 물성치 는 Zhou et al. [20] 의 정리 자료와 Kim et al. [21] 의 실측 데 이터를 기반으로 재정리하였으며, 적용한 물성치는 아래의 Table 4와 같다. φ는 입도지수로서 φ = –log 2 (d) 로 정의되며, d는 평균 입자 직경을 의미한다. 계산 된 퇴적물의 음향 임피던스는 다음의 Fig. 7과 같다. 바람에 의해 형성되는 해수면의 동적 거동은 수중 음파의 반사 및 산란 특성에 영향을 미칠 수 있다. 그 라나 본 연구의 대상 주파수 범위(10 Hz – 200 Hz)에 서는 수중 음파의 파장이 해수면 거칠기 규모에 비 에 충분히 크며, 이로 인해 해수면은 이상적인 자유 수면에 가까운 반사 특성을 보일 것으로 판단된다. 이에 따라 본 연구에서는 해수면을 공기–해수 간의 음향 임피던스 차이가 매우 큰 자유수면으로 가정 하고, 압력방출 경계조건(pressure release boundary condition, p = 0)을 적용하였다. 구조 격자는 충분한 해상도를 확보하기 위해 타워 둘레에 최소 20개 이상의 요소가 배치 되도록 설정 하였다. 타워, 트랜지션 피스 그리고 하부구조물인 자켓으로 갈수록 형상이 복잡해짐을 고려하여 격자 크기를 점진적으로 감소시켰다. 그리고 형상이 상 대적으로 복잡하지 않은 모노파일 하부구조물 또한 동일한 격자 해상도를 적용함으써, 하부구조 형상 차이에 기인한 진동–음향 응답 특성만을 비교할 수 있도록 자켓 형식의 하부구조물과 격자의 크기가 같도록 구성하였다. 구조 격자의 종류 및 크기를 다 음의 Table 5에 정리하였다. 구성된 구조 격자는 Fig. 8에 나타내었다. RNA는 집중 질량으로 모델링 하였다. 수중 방사소음의 주파수 영역 해석에서 음향 격자 의 해상도는 해석 결과의 정확도에 직접적인 영향 Table 4. Physical parameters used for calculating the acoustic complex impedance of the Yellow Sea seabed. ParameterDetails Grain density ( ) 2690 kg/m 3 Porosity ( ) 0.649 Tortuosity ( ) ≤ ≤ Permeability ( ) m 2 Viscosity ( ) 0.001 pa·s Fluid density ( ) 1023 kg/m 3 Pore size (a) Fig. 7. (Color available online) Calculated real (blue) and imaginary (red) components of the acoustic complex impedance for the Yellow Sea seabed as a function of frequency. Table 5. Physical parameters used for calculating the acoustic complex impedance of the Yellow Sea seabed. Mesh sizeMesh type Tower500 mmTri3 Transition piece250 mmTetra4 Substructure62.5 mmTri3이광세, 손은국, 이송준, 이상헌, 정철웅 한국음향학회지 제 45 권 제 2 호 (2026) 114 을 미친다. 본 연구에서는 목표 상한 주파수에서의 음파 파장을 기준으로 충분한 공간 해상도를 확보 하기 위해, 음향 영역 내에서 상한 주파수 파장당 최 소 6개의 격자 요소가 포함되도록 음향 격자를 구성 하였다. 진동–음향 연성 해석 과정에서 구조 격자와 음향 격자 간 해상도 차이에 따른 보간 오차가 발생 할 수 있다. 이를 최소화 하기 위해 하부 구조물과 접 촉하는 음향 격자의 크기를 구조 격자 크기와 동일 한 62.5 mm로 설정하였다. 또한 음향 격자의 크기가 62.5 mm에서 최대 1.25 m까지 급격하게 증가할 경우 수치적 안정성 저하 및 결과 신뢰도 감소가 발생할 수 있으므로, 음향 격자의 성장률은 1.3으로 제한하 였다. 이러한 음향 격자 구성 조건을 Table 6에 정리 하였다. 생성된 음향 격자를 Fig. 9에 나타내었다. 수치적 실행은 유한요소 상용해석 소프트웨어 Simcenter3D 2412를 이용하였다. V. 결과 및 고찰 본 장에서는 수치해석을 통해 예측된 해상풍력터 빈 운전 조건 및 하부구조물 형식에 따른 수중방사 소음의 특성을 분석하였다. 자켓 형식의 하부구조물을 갖는 해상풍력터빈에 대해, 풍속 조건별 수중 방사소음을 다양한 거리에 서 산출하였다. 측정 지점은 풍력 터빈을 중심으로 주풍향 풍하측 방항으로 각 각 10 m, 50 m, 100 m 그리 고 180 m 지점이다. Fig. 10에 풍속 조건에 따른 측정 Fig. 8. (Color available online) Structural finite element model of the offshore wind turbine, including mesh configuration and concentrated mass representation of the RNA. Table 6. Physical parameters used for calculating the acoustic complex impedance of the Yellow Sea seabed. PropertyDetails Acoustic mesh type3D-tetra4 Substructure contact mesh size62.5 mm Maximum mesh size1.25(λMax. Freq./6) Mesh growth rate1.3 Fig. 9. (Color available online) Three dimensional acoustic mesh surrounding the offshore wind turbine structure used for underwater noise analysis. Fig. 10. (Color available online) Underwater SPL spectra of the jacket substructure for wind speeds of 5 m/s, 9 m/s, 15 m/s, and 25 m/s. SPL in dB re 1 μPa. Table 7. Overall underwater SPL of the jacket substructure for wind speeds of 5 m/s, 9 m/s, 15 m/s, and 25 m/s. SPL in dB re 1 μPa. Wind speed 10 m50 m100 m180 m 5 m/s127.7114.6103.493.5 9 m/s144.3129.8116.6108.6 15 m/s151.6136.7121.0108.0 25 m/s151.6136.8121.1108.0해상풍력터빈 운전 수중소음의 주파수 의존 전파 특성에 대한 수치적 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.45, No.2 (2026) 115 거리별 음압레벨(Sound Pressure Level, SPL) 스펙트 럼을, Table 7에 해당 스팩드럼의 Overall SPL을 나타 내었다. 풍속이 증가함에 따라 음압레벨이 전반적으로 상 승하는 경향을 확인할 수 있다. 그러나 정격 운전 영 역에 해당하는 15 m/s 이상의 조건에서는 풍속이 추 가적으로 증가하더라도 SPL 증가폭은 크지 않으며, 스펙트럼의 형상 또한 유지된다. 이러한 경향은 터 빈의 피치 제어에 의해 로터 회전수가 일정하게 유 지되면서 구동계 및 구조물에 전달되는 동적 하중 의 변화가 크게 증가하지 않기 때문으로 해석된다. 즉 발전 출력이 포화되는 운전 조건에서는 가진력 의 증대가 제한되며, 이에 따라 수중으로 방사되는 음향 에너지 역시 일정 수준에서 유지되는 특성을 보인다. 그리고 측정 거리 증가에 따른 음압레벨 감 소 경향 또한 모든 풍속 조건에서 공통적으로 나타 난다. 이는 기하학적 확산 효과와 더불어 해저면 경 계에서의 에너지 소산이 함께 작용한 결과로 판단 된다. 다만 풍속 변화에 의한 차이는 거리 증가와 함 께 점차 완화되는 양상을 보이며, 원거리로 갈수록 초기 방사 에너지 차이에 의한 영향이 감소하는 것 으로 해석된다. 다음으로 동일한 운전 조건에서 하부구조물 형상 차이에 따른 수중방사소음 특성을 비교하기 위해, 자켓 형식과 모노파일 형식 하부구조물을 갖는 터 빈을 대상으로 풍속 15 m/s 조건에서의 결과를 분석 하였다. Fig. 11에 두 하부구조물에 대해 거리 10 m, 50 m, 100 m 및 180 m에서 계산된 SPL 스펙트럼을 나타내 었다. 전반적으로 자켓 형식에 비해 모노파일 형식 이 대부분의 주파수 영역에서 더 높은 수중 음압레 벨을 나타낸다. 이는 단일 원통형 부재를 통해 하중 이 비교적 직접적으로 전달되는 모노파일 구조의 특성으로 인해 구조 진동 에너지가 수중으로 보다 효율적으로 방사되기 때문으로 해석된다. 이와 같 은 구조 형식에 따른 차이는 Table 8에 제시된 거리별 Overall SPL 결과에서도 일관되게 확인된다. 모든 거 리에서 모노파일 형식이 자켓 형식보다 높은 레벨 을 유지하며, 특히 거리 증가에 따라 두 구조 간의 차 이가 확대되는 양상이 나타난다. 이는 하부구조 형 상에 의해 형성된 방사 특성의 차이가 전파 과정에 서도 지속적으로 반영된 결과로 판단된다. TL는 음원으로부터 방사된 음향파가 거리 증가에 따라 감소하는 정도를 나타내며, 일반적으로 기준 거리에서의 음압과 관심거리에서의 음압 차이로 정 의된다. TL은 다음과 같이 기하학적 확산과 흡수 효 과를 포함한 경험식으로 표현된다. [22] log ,(16) 여기서 N은 기하학적 확산계수, 𝛼는 매질의 흡수에 의한 감쇠를 그리고 r은 거리를 의미한다. 이상적인 자유 음장에서는 구면 확산에 해당하는 N = 20, 원통 확산의 경우 N = 10을 대표값으로 사용한다. 그러나 천해 환경에서는 해수면과 해저 경계, 다중 경로 전 파 등의 영향으로 인해 단순 이론값보다 큰 감쇠가 관측되며, 실제 계측 연구에서는 N = 20 ~ 25 수준까 지 증가하는 사례도 보고된다. [22-24] 한편 본 연구의 주파수 범위와 최대 분석 거리를 고려할 때, 흡수항 𝛼r 이 TL에 기여하는 값은 매우 작아 사실상 무시 가 능한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 거리 감쇠 특 성이 주로 기하학적 확산과 경계면 상호작용에 의 Fig. 11. (Color available online) Underwater SPL spectra predicted for the jacket and monopile substructures at a wind speed of 15 m/s. SPL in dB re 1 μPa. Table 8. Overall underwater SPL at a wind speed of 15 m/s for the jacket and monopile substructures. Type10 m50 m100 m180 m Jacket151.6136.7121.0108.0 Monopile162.7145.8138.6129.7이광세, 손은국, 이송준, 이상헌, 정철웅 한국음향학회지 제 45 권 제 2 호 (2026) 116 해 결정된다고 가정하고, 10 m 지점을 기준으로한 음압을 참조값으로 하는 상대 TL를 정의하였다. ,(17) 여기서 L(r)은 각 거리에서의 Overall SPL이다. 주파 수 의존성을 고려하기 위하여 10 Hz – 50 Hz, 50 Hz – 100 Hz 그리고 100 Hz – 200 Hz의 세 개의 대역으로 구 분하여 수행하였다. Fig. 12(a) ~ (c)는 풍속 15 m/s 조건에서 자켓 형식과 모노파일 형식의 하부구조물을 갖는 터빈 수중소음 의 거리별 TL 변화를 나타낸다. 실선은 예측값, 점선 은 아래의 식으로 수행한 회귀 결과를 의미한다. log .(18) 전반적으로 계산된 TL은 로그 감쇠 형태를 따르 며, 회귀선 또한 대부분의 거리 구간에서 계산 결과 와 비교적 양호한 일치를 보인다. 특히 50 Hz – 200 Hz 범위에서는 회귀 모델이 거리 감쇠 경향을 안정 적으로 재현하는 것으로 나타났다. 회귀를 통해 산 정된 확산계수를 Table 9에 정리하였다. 50 Hz – 100 Hz와 100 Hz – 200 Hz 대역의 경우 N은 대체로 15 ~ 22 범위에 분포한다. 이는 Reference [22]에서 제시된 천 해 환경의 일반적인 감쇠 수준과 유사한 수준으로, 본 해석이 현실적인 전파 특성을 합리적으로 반영 하고 있음을 보여준다. 풍속 변화에 따른 경향은 대 역별로 상이하게 나타난다. 10 Hz – 50 Hz에서는 모 든 풍속 조건에서 N 값이 약 35 내외로 거의 일정하 게 유지되어 운전 조건의 영향이 제한적임을 확인 할 수 있다. 반면 50 Hz – 100 Hz 에서는 저풍속 대비 15 m/s 이상에서 확산계수가 증가하지만, 정격 영역 에 해당하는 15 m/s와 25 m/s 사이에서는 다시 유사한 값으로 수렴한다. 100 Hz – 200 Hz 대역에서는 풍속 증가와 함께 확산계수가 감소하는 경향을 보인 후, 고풍속 구간에서 다시 큰 차이 없이 유지된다. 하부구조 형식에 따른 비교에서도 주파수 의존성 이 확인된다. 동일 풍속 조건에서 50 Hz – 200 Hz 대역 에서는 자켓과 모노파일 하부구조물을 갖는 터빈의 수중소음 확산계수가 유사한 수준을 보이는 반면, 10 Hz – 50 Hz 대역에서는 자켓과 모노파일 모두 30 이상으로 매우 큰 확산계수를 보이며, 자켓이 다소 높은 값을 나타낸다. 그러나 두 구조 모두 일반적인 천해 확산계수 범위를 크게 상회하는 수준으로, 이 대역에서는 구조 형식 차이보다 대역 특성에 따른 (a) 10 Hz – 50 Hz (b) 50 Hz – 100 Hz (c) 100 Hz – 200 Hz Fig. 12. (Color available online) Distance dependent TL referenced to 10 m for the jacket and monopile substructures at a wind speed of 15 m/s. Results are presented for the frequency bands of (a) 10 Hz - 50 Hz, (b) 50 Hz - 100 Hz, and (c) 100 Hz - 200 Hz. Solid lines denote the computed TL, while dotted lines indicate the logarithmic regression fits. Table 9. Estimated spreading coefficient N for each frequency band obtained from the regression of TL referenced to 10 m. Case 10 Hz – 50 Hz 50 Hz – 100 Hz 100 Hz – 200 Hz Jacket 5 m/s35.315.126.8 Jacket 9 m/s35.315.520.9 Jacket 15 m/s34.721.817.8 Jacket 25 m/s34.721.917.8 Monopile 15 m/s30.821.117.8해상풍력터빈 운전 수중소음의 주파수 의존 전파 특성에 대한 수치적 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.45, No.2 (2026) 117 영향이 지배적인 것으로 판단된다. 이는 분석 거리 가 해당 주파수의 파장과 비교하여 충분히 크지 않 아 완전한 원거리장이 형성되지 않았기 때문으로 해석된다. 따라서, 근접장 영역에서는 구조물 인근 의 간섭, 반사 및 구조물의 모드 형상이 음압 분포에 크게 작용하며, 이러한 효과가 로그 기반 확산 모델 에 포함될 경우 기울기가 과대 추정될 수 있다. 아울 러 이론적으로 TL은 매질과 경계조건이 동일하다 면 음원 세기와 무관해야 한다. 그러나 해상풍력 구 조물과 같이 분포 음원을 갖는 경우에는 운전 조건 에 따라 가진 위치, 위상, 방사 패턴이 달라지므로 거 리 감쇠 기울기 또한 달라질 수 있다. 따라서 본 연구 에서 제시한 값은 순수한 기하학적 전파 손실이라 기보다는 음원 특성과 전파 효과가 동시에 반영된 유효(apparent) 감쇠 특성으로 해석하는 것이 타당하 다. 종합하면, Fig. 12와 Table 9의 결과는 해상풍력 구 조물 주변의 수중 음향 전파가 단일 확산계수로 설 명되기 어려우며, 주파수 대역과 관측 거리 조건에 따라 상이한 감쇠 특성을 나타냄을 보여준다. 이는 향후 실 해역 소음 예측이나 환경 영향 평가에서 주 파수 의존적 접근이 필요할 수 있음을 시사한다. 수중 음장의 공간적 특성을 확인하기 위해 주파수 별 음향 방사 패턴을 분석하였다. Figs. 13 ~ 16은 수 심 15 m 에서의 x-y평면과 터빈 중심을 포함하는 x-z 평면에서 계산된 음압 분포를 나타낸 것이다. x-y 평 면에서 15 Hz – 45 Hz에서는 비교적 뚜렷한 이극자 소음원 형태의 방사가 관찰된다. 그러나 주파수가 증가함에 따라 방사 패턴은 점차 복잡해지며, 단일 로브 구조에서 벗어나 다수의 부엽이 형성된다. 특히 100 Hz 이상에서는 공간적인 세분화가 뚜렷해져 동 일 반경 내에서도 위치에 따른 음압 변동이 커지는 경향이 나타난다. x–z 평면에서도 유사한 변화가 확 인된다. 저주파에서는 비교적 완만한 분포가 유지 되는 반면, 주파수가 증가함에 따라 수심, 방향 그리 (a) (b) Fig. 14. (Color available online) Underwater acoustic radiation patterns of the jacket type substructure at 15 m water depth for wind speed 9 m/s: (a) x–y plane and (b) x–z plane. The same color scale as in Fig. 13 is used. (a) (b) Fig. 15. (Color available online) Underwater acoustic radiation patterns of the jacket type substructure at 15 m water depth for wind speed 15 m/s: (a) x–y plane and (b) x–z plane. The same color scale as in Fig. 13 is used. (a) (b) Fig. 13. (Color available online) Underwater acoustic radiation patterns of the jacket type substructure at 15 m water depth for wind speed 5 m/s: (a) x–y plane and (b) x–z plane. The color scale indicates SPL (dB re 1 μPa).이광세, 손은국, 이송준, 이상헌, 정철웅 한국음향학회지 제 45 권 제 2 호 (2026) 118 고 거리 모두에서 음압의 기복이 증가한다. 이는 음 장의 공간 구조가 주파수 상승과 함께 보다 복잡한 형태로 전이됨을 의미한다. 풍속이 증가함에 따라 전체적인 음압 수준은 상승하는 경향을 보이나, 방 사의 기본 형상 자체는 급격히 변화하지 않는다. 동일한 풍속(15 m/s) 조건에서 하부구조물 형식에 따른 차이도 뚜렷하게 관찰된다. Fig. 17의 모노파일 형식은 중심부에서 비교적 강한 음향 에너지 집중 을 보이며, 방사 패턴이 대칭에 가까운 형태를 유지 하는 경향이 있다. 반면 자켓 형식은 다수의 부재에 의해 음향 에너지가 여러 경로로 전달되면서 상대 적으로 분산된 공간 분포를 나타낸다. 이러한 차이 는 동일 거리 조건에서도 방향에 따른 음압 편차를 유발하며, 구조 형식이 방사 효율뿐 아니라 공간적 전달 방식에도 영향을 미친다는 점을 보여준다. 이와 같은 방사 패턴은 앞서 TL 분석에서 확인된 주파수 의존적 확산 특성을 이해하는 데 중요한 단 서를 제공한다. 소음의 방사가 특정 방향으로 강하 게 형성되면서, 관측 위치에 따라 상대적으로 큰 레 벨 차이가 발생할 수 있다. VI. 결 론 본 연구에서는 NREL 5 MW 기준 해상풍력터빈을 대상으로 운전 단계에서 발생하는 수중 방사소음을 진동–음향 연성 수치해석을 통해 예측하고, 하부구 조 형식과 운전 조건에 따른 전파 특성을 체계적으 로 수치 해석하였다. 자켓과 모노파일 형식을 비교 대상으로 설정하였으며, 풍속 5 m/s, 9 m/s, 15 m/s 그 리고 25 m/s 조건에 대해 주파수 10 Hz – 200 Hz 범위 에서 음압 분포, Overall SPL, 거리 감쇠 특성(TL) 그리 고 주파수별 방사 패턴을 종합적으로 분석하였다. 풍속 증가에 따라 음향출력 수준은 전반적으로 상 승하였으나, 정격운전 영역인 15 m/s 이상에서는 증 가 폭이 제한적으로 나타났다. 이는 피치 제어로 인 해 구조물에 전달되는 가진 조건이 크게 변하지 않 기 때문으로 판단된다. 동일 풍속(15 m/s)에서 하부 구조물 형식에 따른 비교에서는 모노파일 형식이 자켓 형식보다 더 높은 음향출력을 나타내었다. 이 는 하부구조 형식이 방사 효율에 중요한 영향을 주 는 것을 보여준다. 거리 감쇠 특성을 로그 모델로 회귀한 결과, 50 Hz – 200 Hz 범위에서 계산된 TL 회귀선이 전반적으로 로 그 모델을 잘 따르며, 확산계수 N은 주로 15 – 22 범위 에 분포하였다. 이는 천해 환경에서 자주 사용되는 대표값 N = 15가 부분적으로 유효함을 뒷받침한다. 반면 10 Hz – 50 Hz 대역에서는 이보다 큰 값이 도출 되었으며, 이는 근접장효과에 기인하는 것으로 추 정 한다. 저주파에서의 음향 방사 패턴 분석에서, 뚜렷한 (a) (b) Fig. 16. (Color available online) Underwater acoustic radiation patterns of the jacket type substructure at 15 m water depth for wind speed 25 m/s: (a) x–y plane and (b) x–z plane. The same color scale as in Fig. 13 is used. (a) (b) Fig. 17. (Color available online) Underwater acoustic radiation patterns of the monopile type substructure at 15 m water depth for wind speed 15 m/s: (a) x–y plane and (b) x–z plane. The same color scale as in Fig. 13 is used.해상풍력터빈 운전 수중소음의 주파수 의존 전파 특성에 대한 수치적 분석 The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.45, No.2 (2026) 119 이극자 패턴이 확인된다. 주파수가 증가함에 따라 방사 패턴은 다중 로브 구조를 보여준다. 또한 작동 조건에 따라 발생한 수중소음의 레벨 변화에도 불 구하고, 방사 패턴의 형상은 비교적 유지 되었다. 해석 결과를 종합하면, 해상풍력 구조물 주변의 수중 음향 전파 특성이 단일한 확산 계수로 대표하 기 어려우며, ① 주파수 대역, ② 구조 형상 그리고 ③ 관측 거리에 따라 상이한 결과를 보인다. 반면 중·고 주파 영역에서는 방사 패턴이 상대적으로 세분화되 고 공간적으로 분산되는 경향을 보이며, 이에 따라 로그 기반 확산 모델이 전파 특성을 비교적 안정적 으로 설명할 수 있음을 확인하였다. 이는 실해역 소 음 영향 평가 또는 예측 모델을 구성할 때 주파수 의 존적 감쇠 특성을 고려하는 접근이 필요함을 시사 한다. 또한 하부구조 형식에 따른 방사 효율 및 공간 분포 차이가 동일 거리 조건에서도 음압 수준의 변 화를 유발함을 확인하였다. 따라서 향후 해상풍력 단지 규모의 소음 전파 해석이나 누적 영향 평가를 수행할 경우, 단순 음원 레벨의 차이뿐 아니라 구조 형상에 따른 방사 특성의 변화를 함께 반영할 필요 가 있다. 또는 보수적으로 동일 반경에서 가장 큰 음 압의 크기를 기준 음압으로 정의 하여 소음 평가를 진행 할 수 있다. 본 연구에서의 TL 추정과 방사 패턴 분석은, 해상 풍력 수중 소음원을 단순 음원으로 정의할 때 우려되 는 점을 수치해석 결과에 근거하여 설명하고 있다. 특 히, 주파수 대역별 특성을 반영한 예측 체계 수립에 중요한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 감사의 글 이 논문은 2022년도 정부(기후에너지환경부)의 재원으로 한국에너지기술평가원의 지원(20220710 100020, 공존 적합 해상풍력 단지설계 및 수중소음 관리 기술 개발)과 2025년도 정부(기후에너지환경 부)의 재원으로 한국에너지공단의 지원을 받아 수 행된 연구임(RS-2025-KP900009, 수음점에서의 풍력 발전시스템 소음 특성 분석을 위한 표준화 기술 및 인프라 구축). 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ECUA, 222-226 (1992). 저자 약력 ▸이 광 세 (Gwang‑Se Lee) 2009년 2월 : 부산대학교 기계공학 학사 2011년 2월 : 부산대학교 기계공학 석사 2015년 8월 : 부산대학교 기계공학 박사 2015년 6월 ~ 현재 : 한국에너지기술연구 원 선임연구원 ▸손 은 국 (Eunkuk Son) 2006년 2월 : 세종대학교 항공우주 학사 2008년 2월 : 서울대학교 기계항공 석사 2014년 2월 : 서울대학교 기계항공 박사 2016년 3월 ~ 현재 : 한국에너지기술연구 원 선임연구원 ▸이 송 준 (Songjune Lee) 2010년 2월 : 부산대학교 기계공학 석사 2016년 2월 : 부산대학교 기계공학 석사 2022년 8월 : 부산대학교 기계공학 박사 2022년 8월 ~ 2023년 10월 : 한국에너지기 술연구원 박사후연구원 2023년 10월 ~ 현재 : 한국에너지기술연 구원 선임연구원 ▸이 상 헌 (Sangheon Lee) 2018년 8월 : 부산대학교 기계공학 학사 2020년 8월 : 부산대학교 기계공학 석사 2020년 9월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 박사과정 ▸정 철 웅 (Cheolung Cheong) 1997년 2월 : 서울대학교 항공우주 학사 1999년 2월 : 서울대학교 항공우주 석사 2003년 2월 : 서울대학교 기계항공 박사 2003년 3월 ~ 2004 8월 : 서울대학교 기계 항공 BK21 박사후연구원 2004년 9월 ~ 2005년 5월 : University of Southhampton, ISVR, Post-Doctoral Research Associate 2005년 6월 ~ 2006년 2월 : 한국표준과학 연구원 선임연구원 2006년 3월 ~ 현재 : 부산대학교 기계공학 부 교수I. 서 론 예인형 선배열센서는 제 1차 세계대전 당시 미국 해군 실험실에서 잠수함 탐지를 목적으로 선배열센 서 형태의 센서가 최초 발명된 이후 오늘날 석유 탐 사 연구를 위한 상업용 선배열센서를 개발하는 등 다양한 목적과 형태로 발전해 왔다. [1] 특히, 군사 목적용 예인형 선배열센서는 주로 수 초세장형 선배열센서를 위한 초소형 신호전송노드 제작 기술 연구 Research on the fabrication of ultra miniature signal transmission nodes for thin line array sensors 최형준, 1 최승호, 1 허준기, 1† 양정은 2 (Hyungjoon Choi, 1 Seungho Choi, 1 Junki Heo, 1 † and Jeongeun Yang 2 ) 1 LIG넥스원, 2 국방기술진흥연구소 (Received December 11, 2025; revised February 2, 2026; accepted February 23, 2026) 초 록: 예인형 선배열센서는 장거리 저주파 수중 탐지에 우수한 성능을 제공하지만, 예인 과정에서 유체 항력이 발생 하여 플랫폼의 기동성이 저하되는 문제가 있다. 특히 무인 잠수정이나 무인 수상정과 같은 소형 플랫폼에서는 항력을 최소화하기 위해 초세장형 배열 구조가 요구된다. 이러한 소형화를 실현하기 위해서는 고밀도 회로 설계, 정밀한 부품 집적, 신호 간섭 및 배선 감소 등이 필요하며, 이는 다양한 엔지니어링적 도전 요소를 포함한다. 본 연구에서는 회로 집적 화를 위해 다층 인쇄회로기판(build-up Printed Circuit Board, PCB)공정을 적용하고, 내부 배선을 줄이기 위해 다중 홉 네트워크(Multi-Hop Network) 아키텍처를 도입한 직경 30 mm 이내 배치 가능한 초소형 신호전송노드를 개발하였 다. 이러한 기술들은 제한된 직경 내에서 효율적인 공간 활용을 가능하게 하였으며, 제작된 초소형 신호전송노드는 전기 적 성능 시험을 통해 성능 최적화 및 실용성이 검증되었다. 핵심용어: 다층 인쇄회로기판, 초소형 신호전송노드, 다중 홉 네트워크, 유체 항력, 직경 최소화 ABSTRACT: Towed linear array sensors offer excellent long-range, low-frequency underwater detection performance but generate hydrodynamic drag during towing, which reduces platform maneuverability. For small platforms such as unmanned underwater or surface vehicles, minimizing drag requires ultra-slim array structures. Achieving such miniaturization demands high-density circuit design, compact component integration, and reduced signal interference and cabling, all of which introduce significant engineering challenges. In this study, we developed ultra-miniature signal transmission nodes that can be placed within a diameter of 30 mm, applying a build-up Printed Circuit Board (PCB) process for circuit integration and adopting a multi-hop network architecture to reduce internal wiring. These techniques enabled efficient spatial utilization within the constrained diameter of the array module, and the ultra-miniature signal transmission nodes were evaluated through electrical performance tests to verify performance optimization and confirm its practical applicability. Keywords: Build up Printed Circuit Board (PCB), Ultra-miniature signal transmission node, Multi-hope network, Hydrodynamic drag, Diameter minimization PACS numbers: 43.30.Wi, 43.60.Qv 한국음향학회지 제45권 제2호 pp. 121～135 (2026) The Journal of the Acoustical Society of Korea Vol.45, No.2 (2026) https://doi.org/10.7776/ASK.2026.45.2.121 pISSN : 1225-4428 eISSN : 2287-3775 †Corresponding author: Junki Heo (junki.heo@lignex1.com) LIG Nex1, Maritime Sensor Systems, 333, Pangyo-ro, Bundang-gu, Seongnam-si, Gyeonggi-do 13488, Republic of Korea (Tel: 82-31-5178-4438) Copyrightⓒ 2026 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. 121Next >