1. 서론
해저 케이블(Submarine Cable)은 통신·전력 전송 등 필수 인프라로 전 세계 해역에 확장되고 있다. 그러나 케이블은 조류 흐름, 파랑, 해저 지형과의 상호작용 과정에서 지속적인 저빈도 진동음(Low-frequency Cable Vibration Noise)을 발생시킨다.
이 진동음은 해양 포유류·어류 등이 사용하는 저주파 의사소통 대역과 중첩되는 경우가 많아, 장기적으로 지역 사운드스케이프(soundscape)에 영향을 미치는 주요 요인으로 평가되고 있다.
따라서 본 글은 해저 케이블 진동음의 발생 구조를 분석하고, 그 저빈도 신호가 지역 생태 음향 환경에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는 데 목적을 둔다.
2. 해저 케이블 진동음의 발생 메커니즘
2.1 케이블–해류 상호작용
해류가 케이블 외벽 표면과 접촉할 때 경계층 난기류(turbulence)가 발생하며 10–200 Hz 범위의 저주파 진동음을 유발한다.
이 대역은 고래·물범 등의 의사소통 신호와 중첩되는 구간이다.
2.2 케이블 장력 변화
수심 차이, 조류 강도 변화로 케이블에 작용하는 장력이 변하면서 주기적 진동 특성이 발생한다.
특징:
- 시간적 반복성
- 주변 해양 환경의 영향에 민감
- 장기 모니터링 시 추세 분석 가능
2.3 해저 지형과의 접촉
암반 또는 기울기 지형에 케이블이 닿는 구간에서는 미세 진동이 증폭되며 비선형, 불규칙 패턴의 저주파 성분이 나타난다.
3. 해저 케이블 진동음의 신호 특성
3.1 주파수 특징
- 주요 대역: 10–200 Hz
- 피크 대역은 케이블 종류·수심·해류 조건에 따라 달라짐
- 선박 소음, 해양 지진과 분리하기 위해 세밀한 스펙트럼 분석 필요
3.2 시간적 변동성
해류 변화에 따라 주기적 증감 패턴이 나타나며, 장기 모니터링 시 계절성도 관측된다.
3.3 공간적 확산
저주파 음은 감쇠율이 낮아 수 km 단위로 확산될 수 있다.
따라서 한 케이블 구간의 진동이 인접 해역의 사운드스케이프에도 영향을 미칠 가능성이 높다.
4. 지역 사운드스케이프에 미치는 저빈도 영향
4.1 의사소통 간섭(Masking)
저주파 진동음이 일정 수준 이상이면
- 고래·물범 등 저주파 신호를 사용하는 생물
- 일부 어류의 산란기 의사소통 음
등이 배경음에 가려져 신호 탐지 가능성이 감소(masking)한다.
4.2 행동 반응 변화
장기 노출 시 특정 종이 다음과 같은 패턴을 보일 수 있다.
- 해역 회피
- 의사소통 패턴 변화
- 그룹 행동 변화
이는 결과적으로 서식지 이용도와 이동 경로에 영향을 줄 수 있다.
4.3 생태계 구조 간접 변화
의사소통 저해 → 산란·포식·군집 활동 변화 → 장기적으로 개체군 구성 변화 가능.
특히 이 변화는 저주파 중심 생물군에서 더 크게 나타날 가능성이 크다.
5. 저빈도 진동음 평가 모델 및 분석 방법
5.1 주파수 기반 스펙트럼 분해
- FFT, 웨이블릿 분석을 통해 케이블 특유의 저주파 대역을 분리
- 인근 선박·지진 신호와 중첩되는 구간을 정확히 배제하는 것이 중요
5.2 해저 지형 기반 음향 전달 모델링
해저 케이블 주변 음향 확산을 예측하기 위해
- 음향 전달 손실 모델(TL model)
- 해저 지형 3D 모델
을 결합해 진동음 확산 거리 및 강도를 시뮬레이션한다.
5.3 딥러닝 기반 저주파 소스 식별
케이블 진동음은 선박 소음과 유사한 구조를 갖는 경우가 있어
- CNN 기반 스펙트로그램 분류
- Transformer 기반 저주파 패턴 학습
등이 활용된다.
5.4 장기 시계열 추세 분석
케이블 진동음의 월·계절별 변동은 해류·조석 패턴과 결합해 나타난다.
이 데이터는 장기적으로
- 생태계 교란 가능성
- 잠재적 위험 시기
등을 예측하는데 활용될 수 있다.
6. 저허용 수준 평가 및 관리 필요성
6.1 해양 종별 허용 대역 분석
각 생물군의 감각 민감도(dB re 1 μPa 기준)를 고려해
- 허용 가능
- 회피 가능성 증가
- 생태적 영향 발생 가능
구간을 구체적으로 설정할 필요가 있다.
6.2 케이블 설계 및 설치 기준 개선
- 케이블 고정·부력 조절 장치 사용
- 지면과의 접촉 최소화
- 해류 속도 높은 지역 회피
이러한 조치들은 진동음 발생을 실질적으로 감소시킨다.
6.3 장기 모니터링 체계 구축
해저 케이블망이 지속적으로 확장되고 있는 만큼
- 데이터 자동 수집
- 이상 신호 실시간 분석
- 저주파 이벤트 자동 분류
와 같은 체계를 갖추는 것이 요구된다.
7. 결론
해저 케이블 진동음은 지금까지 상대적으로 주목받지 못했지만, 실제로는 저주파 사운드스케이프 변동의 중요한 배경 요소로 작용할 가능성이 크다.
특히 저주파 의사소통을 주요 통신 방식으로 사용하는 해양 포유류·어류에게는 장기적 영향이 누적될 수 있다.
따라서 케이블 진동음의 발생 메커니즘 분석, 장기 추세 평가, 음향 전달 모델링, 생물 반응 데이터 통합을 포함하는 다층적 분석 체계가 필요하다.
이러한 연구는 해양 인프라 확장과 생태계 보전 간의 균형을 마련하는 데 중요한 기반 자료로 활용될 수 있다.