1. 서론: 인공 구조물이 만든 ‘보이지 않는 소리 풍경’
해상·연안 양식장은 부표, 뜰망, 로프, 부력재, 방파 구조물 등 다양한 인공 부재로 이루어져 있다. 이러한 구조물은 일반적으로 생물 물리학적 연구에서 ‘정적인 배경 요소’로 간주되지만, 실제로는 수중 음향장을 교란하는 미세한 산란·반사·공진의 중심체로 작용한다.
특히, 현대 생태 모니터링에서 음향 기반 탐지가 정교해질수록, 구조물이 만드는 수 cm~수백 m 스케일의 음향 왜곡은 더 이상 무시할 수 없는 변수가 된다. 본 글은 양식장 구조물이 만들어내는 음향장 변화를 가장 기초적인 물리 영역부터 분석한다.
2. 물리적 메커니즘: 왜 인공 구조물이 음향을 교란할까?
2.1 산란(Scattering): 작은 부품도 충분히 문제를 일으킨다
- 로프, 그물, 고정 볼트와 같은 소형 단위들도
- 고주파대(>10 kHz) 에서는 충분한 산란체로 기능한다.
- 소음원이 멀리 있더라도 구조물의 주변에서는 난류성 미세 변화가 국지적 산란을 유발한다.
- 즉, 생물음 감지 시 ‘허위 피크’ 또는 ‘주파수 단절’이 나타날 수 있다.
2.2 반사(Reflection): 해면과 구조물의 다중반사(compound reflection)
양식장이 밀집된 지역에서는 “음향 골목(acoustic alley)”이 형성된다.
- 수면 반사
- 구조물 표면 반사
- 해저면 반사
이 세 요소가 중첩되면서 정상적인 신호보다 2~4배 긴 잔향(reverberation tail)을 만들기도 한다.
2.3 공진(Resonance): 구조물 재질 자체가 ‘미세 진동판’ 역할
특히
- PE 부표
- PVC 파이프
- 금속 고정 프레임
은 특정 주파수에서 미세한 공진을 일으키며, 이는 생물음과 혼동될 가능성이 있다.
공진은 일반적으로 - 200~600 Hz
- 2~4 kHz
대역에서 잘 나타나며, 이 구간은 다수 어종의 의사소통 주파수와 중첩된다.
3. 유동 동역학과 음향의 결합: 구조물 주변이 ‘잡음의 발생점’이 되는 이유
3.1 로프·망 주변의 미세 난류(Micro-turbulence)
조류나 파랑이 구조물을 흔들면 다음과 같은 미세 소리가 생긴다:
- 로프 진동음
- 망 흔들림이 만드는 broadband noise
- 구조물 간 충돌 소리（미세한 금속음 또는 광대역 충격음）
이들은 AIS, 선박, 생물음보다 매우 약하지만 장기 모니터링 장비(storage-mode hydrophones)에는 꾸준히 누적되어 잡음 바닥(noise floor)을 상승시키는 효과를 보인다.
3.2 부표 충돌 소리의 비정형성
부표 간 충돌음은 종종 새끼 돌고래의 broadband burst와 혼동될 정도로 스펙트럼이 불규칙하다.
- 측정값을 기반으로 보면, 충돌음은 1–8 kHz 범위에서 에너지 밀도가 존재한다.
- 이는 중요 생물음 탐지 알고리즘에서 오탐률을 증가시킨다.
4. 생태 모니터링 오류: 실제로 어떤 문제가 발생하는가?
4.1 개체수 추정의 과대평가·과소평가
반사와 공진으로 인해
- 같은 소리가 여러 경로로 도달
→ AI가 다중 개체로 오인 가능
반대로 - 구조물 뒤편의 음향 ‘그늘(acoustic shadow)’
→ 듣지 못해 개체수를 과소 추정하는 문제 발생
4.2 행동 분석의 시간적 왜곡
잔향이 길어지면
- 음향 이벤트의 시작·종료 시점 추출이 왜곡
- 행동 패턴 분석(예: feeding pulse) 정확도가 낮아짐
4.3 범위 추정(range estimation) 오류
음향장 교란은 Time-of-arrival 기반 거리 추정에 직접적으로 영향을 준다.
양식장 밀집지역에서는 거리 추정 오차가
- 일반적으로 ±10~15%
- 교란이 큰 경우 ±30%
까지 확대된다.
5. 교란을 최소화하기 위한 전략
5.1 구조물 배치 최적화
- 수중 음향 투과 모델에 기반하여
- 망·부표 배치를 비공진 영역으로 조정
- ‘음향 반사 통로’가 형성되지 않도록 각도 조정
5.2 저반사·저공진 재질 도입
- 공진 패턴이 높은 PVC 부품을
- 저탄성률(soft-elastic) 폴리머로 교체
- 철제 부재는 내부 충전 방식으로 공진 억제
5.3 음향 보정 알고리즘 적용
- 구조물의 산란/반사 특성을 사전 측정하여 structure-aware de-reverberation 필터 적용
- 다중 경로 신호를 분리하는 multi-path disentanglement 네트워크 적용
5.4 센서 배치 위치 최적화
- 음향 ‘그늘’ 영역 회피
- 로프 및 망으로부터 최소 3–5 m 이격
- 세 점 이상 삼각형 배치로 반사 경로 구분 가능하게 구성
6. 결론
양식장 주변 인공 구조물은 단순한 배경 요소가 아니라 수중 음향장의 구조적·물리적 형태를 결정하는 주요 인자다. 산란, 반사, 공진, 유동 기반 진동 등은 미세하지만 누적될 경우 생태 모니터링의 정확도를 심각하게 저하시킬 수 있다.
따라서 향후 수중음향 기반 생태 연구에서는
- 구조물의 음향 특성 모델링
- AI 보정 알고리즘
- 최적 설계
이 세 요소가 통합된 분석이 필수적이다.