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1. 서론
파동은 공간이나 물질의 한 부분에서 생긴 주기적인 진동이 시간의 흐름에 따라 주위로 멀리 퍼져나가는 현상을 의미한다. 파동의 공간적·시간적 특징으로는 주기, 진동수, 마루, 골, 파장 등이 있다. 파동은 장애물이 없을 때 직진하고 가는 틈을 만났을 때는 회절하며, 성질이 다른 매질을 만났을 때 굴절한다. 또한 두 파동이 서로 만났을 때 간섭 현상을 일으킨다.
간섭 현상은 진행하던 두 파동이 만나 중첩되었을 때 위상에 따라 합성파의 진폭이 커지거나 작아지게 되는 현상을 말한다. 보강간섭은 두 파동의 위상이 같아 마루와 마루가 만나고, 골과 골이 만나도록 중첩되는 순간 생기며, 상쇄간섭은 두 파동의 위상이 180°어긋나 있을 때 마루와 골이 중첩되는 순간 생기는 현상이다.
이러한 간섭 현상은 실생활에서도 다양한 응용 사례를 찾을 수 있는데, 액티브 노이즈 캔슬링 기술이 대표적인 예이다. 액티브 노이즈 캔슬링은 외부 소음을 감지하여 그와 정반대 위상의 소음을 만들어 내는 기술로, 삼각함수를 통해 설명할 수 있다.
본 보고서에서는 이러한 소리 간섭 실험의 기본 개념과 실험 설계 및 절차, 실험 결과와 분석, 실험 결과에 대한 고찰, 실생활 응용 사례 등을 살펴보고자 한다.
2. 소리 간섭 실험
2.1. 파동의 기본 개념
파동이란 공간이나 물질의 한 부분에서 생긴 주기적인 진동이 시간의 흐름에 따라 주위로 멀리 퍼져나가는 현상이다. 파동에는 시간적·공간적으로 규칙적인 특징이 있는데, 주기는 일정한 간격의 시간 동안 어떤 현상이 반복되는 것을 의미하며, 진동수는 1초 동안 진동한 횟수로 단위는 Hz(헤르츠)를 사용한다. 마루는 파동을 관찰했을 때 공간적으로 가장 높은 부분이며, 골은 가장 낮은 부분이다. 파장은 마루와 마루 사이의 거리 또는 골과 골 사이의 거리를 나타낸다.
파동은 장애물이 없을 때 직진하고 갈 틈새를 만났을 때 회절하며, 성질이 다른 매질을 만났을 때 굴절한다. 또한 두 파동이 서로 만났을 때는 간섭 현상을 일으킨다. 파동의 간섭이란 진행하던 두 파동이 만나 중첩되었을 때 위상에 따라 합성파의 진폭이 크거나 작아지는 현상을 말한다. 같은 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 위상이 같을 때 보강간섭이 일어나 합성파의 진폭이 2배가 되며, 위상이 180도 어긋날 때 상쇄간섭이 일어나 완전히 상쇄된다.
2.2. 간섭 현상의 이해
2.2.1. 보강간섭
보강간섭은 같은 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 어느 순간 같은 영역을 통과할 때 나타나는 순간의 결과이다. 즉, 두 파동의 위상이 같아 마루와 마루가 만나고, 골이 골을 만나도록 중첩되는 순간 생기는 파동은 원래의 파동과 진동수는 같고 진폭이 2배가 된다. 이를 보강간섭이라고 한다.
보강간섭이 일어나는 조건은 경로차가 반파장의 짝수배일 때이다. 경로차는 스피커 사이 거리(L)와 센서 사이 거리(d)의 ...
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