KPI뉴스 - 포스텍 연구팀, 단일 초음파 소자에 메타물질 결합한 초지향성 스피커 개발

  • 맑음장흥31.6℃
  • 맑음보성군31.1℃
  • 구름많음홍성30.8℃
  • 맑음함양군31.8℃
  • 맑음대구33.7℃
  • 맑음양산시35.5℃
  • 구름많음동해27.0℃
  • 맑음광양시32.1℃
  • 맑음거제30.9℃
  • 맑음대전31.1℃
  • 맑음부산32.3℃
  • 맑음봉화29.0℃
  • 맑음거창32.4℃
  • 맑음울진24.8℃
  • 맑음태백28.8℃
  • 맑음진도군30.3℃
  • 구름많음이천29.3℃
  • 맑음추풍령30.0℃
  • 맑음청송군32.3℃
  • 맑음북부산33.5℃
  • 구름많음양평28.8℃
  • 구름많음제천27.9℃
  • 맑음울산34.4℃
  • 구름많음홍천29.6℃
  • 맑음고창31.3℃
  • 맑음흑산도30.6℃
  • 맑음안동30.9℃
  • 맑음청주31.2℃
  • 맑음완도32.2℃
  • 맑음고산29.7℃
  • 맑음성산30.6℃
  • 맑음강릉27.5℃
  • 맑음영광군31.0℃
  • 맑음의성32.0℃
  • 맑음남해30.6℃
  • 맑음목포30.7℃
  • 구름많음수원29.7℃
  • 맑음영덕30.1℃
  • 구름많음영월29.7℃
  • 맑음장수28.6℃
  • 맑음창원32.7℃
  • 맑음통영30.6℃
  • 맑음서산29.9℃
  • 맑음광주31.3℃
  • 구름많음충주29.3℃
  • 구름많음속초25.9℃
  • 구름많음철원27.4℃
  • 맑음천안29.8℃
  • 구름많음동두천29.8℃
  • 맑음대관령26.9℃
  • 맑음울릉도29.2℃
  • 맑음고창군30.2℃
  • 구름많음강화28.3℃
  • 맑음강진군32.2℃
  • 맑음여수30.7℃
  • 맑음제주31.5℃
  • 구름많음북춘천29.4℃
  • 맑음의령군33.1℃
  • 구름많음인제27.3℃
  • 맑음금산32.6℃
  • 구름많음인천28.5℃
  • 구름많음서울28.7℃
  • 맑음남원30.9℃
  • 구름많음정선군30.0℃
  • 구름많음파주28.5℃
  • 맑음상주31.3℃
  • 맑음구미32.0℃
  • 맑음보령30.6℃
  • 맑음밀양33.8℃
  • 맑음정읍31.1℃
  • 맑음순창군30.0℃
  • 맑음경주시35.3℃
  • 비백령도25.0℃
  • 맑음부안31.4℃
  • 맑음영주29.7℃
  • 맑음영천33.5℃
  • 맑음순천29.4℃
  • 맑음김해시34.5℃
  • 맑음북창원33.9℃
  • 맑음산청32.1℃
  • 구름많음부여30.6℃
  • 구름많음군산31.4℃
  • 맑음보은28.5℃
  • 맑음세종30.2℃
  • 구름많음원주30.3℃
  • 맑음서귀포31.5℃
  • 구름많음춘천28.6℃
  • 맑음고흥31.9℃
  • 맑음포항26.6℃
  • 맑음북강릉27.3℃
  • 맑음전주31.3℃
  • 맑음임실29.2℃
  • 맑음서청주29.9℃
  • 맑음해남30.9℃
  • 맑음문경31.0℃
  • 맑음진주32.3℃
  • 맑음합천31.9℃

포스텍 연구팀, 단일 초음파 소자에 메타물질 결합한 초지향성 스피커 개발

장영태 기자
기사승인 : 2026-07-24 09:05:04
메타물질·초음파 장치를 하나로 설계…비용·복잡성 등 한계를 동시 해결
음향 분야 넘어, 의료영상 등 다양한 분야로 파급될 핵심 기반 기술 기대

포스텍 연구팀이 특정 사람에게만 소리를 전달할 수 있는 초지향성 스피커 기술을 개발했다.

 

▲ 포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수(왼쪽부터), 포스텍 기계공학과 문원규 교수, 포스텍 기계공학과 김웅지 박사, 포스텍 박사과정 오범석 씨. [포스텍 제공]

 

포스텍은 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과·융합대학원 노준석 교수, 기계공학과 문원규 교수, 김웅지 박사, 박사과정 오범석 씨 연구팀이 특정 사람에게만 말을 건넬 수 있는 스피커 기술을 개발하는 데 성공했다고 24일 밝혔다.

 

이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 게재됐다.

 

'빛'과 '소리'는 성질이 다르다. 손전등이나 레이저처럼 빛은 한 방향으로 곧게 뻗어 나가지만 소리는 사방으로 잘 퍼진다. '소리도 빛처럼 원하는 곳으로만 보낼 수 없을까'라는 궁금증에서 출발한 것이 '초지향성 스피커(MiPAL)'다.

 

사람이 들을 수 있는 소리를 초음파에 실어 보내면 원하는 공간에만 소리를 전달할 수 있다. 이를 활용한 대표 기술이 '파라메트릭 어레이 라우드스피커(PAL)'다. 서로 다른 초음파를 공기 중에서 상호 작용해 특정 방향으로 소리를 모으는 방식이다.

 

이러한 스피커는 일반 스피커에 비해 훨씬 좁은 범위에 소리를 모을 수 있지만 수십에서 수백 개의 초음파 부품을 정교하게 늘어놓고 하나하나 제어해야 한다는 문제가 있었다.

 

최근에는 이런 문제를 해결하기 위해 간단한 구조의 파라메트릭 어레이 라우드스피커가 개발됐지만 스피커 진동판이 떨리는 과정에서 원치 않는 진동까지 함께 발생해 소리가 사방으로 새어 나가는 문제가 발생했다.

 

▲ 두 종류의 메타물질을 결합해 연구팀이 만든 초음파 트랜스듀서 구조와 방향별 음성 신호 전달 특성을 나타낸 모식도. [포스텍 제공]

 

연구팀은 두 종류의 메타물질을 하나의 초음파 스피커에 결합하는 구조로 해결했다. 먼저 장치 앞쪽에는 '음향 메타표면'을 붙였다. 뒤쪽에는 '탄성 메타유닛'을 달았다. 이것은 '소리의 방음벽'에 가까운데 특정 주파수에서 생기는 불필요한 진동을 눌러 소리가 옆으로 새는 걸 막는다.

 

그 결과, 부품 하나로 500Hz부터 10kHz까지 4옥타브가 넘는 대역에서 원하는 방향으로만 소리를 보내는 데 성공했다.

 

연구팀은 비행기 좌석 상황을 가정한 실험도 진행했다. 옆 사람 눈치 보지 않고 각자에게 다른 안내 방송이나 음악을 들려줘야 하는 상황에서 실제 방송과 음악을 틀어놓고 방향별 소리 세기를 측정했는데 탄성 메타유닛을 붙이기 전과 후의 차이가 뚜렷하게 나타났다.

 

메타물질 구조 자체가 3D 프린터로 찍어낼 수 있는 조립식 형태이기 때문에 만들기도, 활용하기도 쉽다는 장점이 있다.

 

이 기술이 상용화되면 비행기나 기차에서 옆 사람 방해 없이 각자 원하는 콘텐츠를 들을 수 있고 박물관이나 전시장에서도 특정 전시물 앞에 선 사람에게만 설명이 들리게 만들 수 있다.

 

노준석 교수는 "메타물질과 초음파 장치를 하나로 설계해 비용과 복잡성, 설계 자유도 한계를 동시에 풀었다"며 "그동안 음향·탄성 메타물질 연구는 원리를 검증하고 개념을 보여주는 데 그쳤지만 이번 연구는 실제 장치에 메타물질을 녹여내 실용화 가능성을 입증한 첫 사례"라고 밝혔다.

 

 KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr

 

[저작권자ⓒ KPI뉴스. 무단전재-재배포 금지]