자체 소음
수중 음향 시스템(예: 에코 사운더 또는 소나)이 장착된 모든 선박은 다소간의 자체 소음을 발생시킵니다.
이러한 자체 소음은 여러 원인이 있습니다. 선박에서 다양한 자가 잡음의 원인을 분석하고 각 잡음원이 수중음향 기기의 소음 수준에 어떤 영향을 미치는지 알아내야 합니다.
기계 소음
기계 소음의 주요 원인은 대부분 선박의 주 엔진에서 비롯됩니다. 그 밖에 특히 작동에 문제가 있을 경우에는 보조 장비에서 나오는 소음도 만만치 않습니다. 기계 소음은 다음과 같은 형태로 트랜스듀서에 전달될 수 있습니다.
| • | 선박 구조나 트랜스듀서 마운팅을 통한 구조적 소음 |
| • | 수중 선체를 통해 트랜스듀서에 전달되는 수중 소음 |
전기 소음
일반적으로 최신 선박에는 수중 음향 시스템, 레이더, 항해 시스템, 통신 장비 등 수많은 전기 계측기가 장착됩니다. 하지만 어떤 전기 계측기든 전기 간섭 및 소음이 어느 정도 발생하기 마련입니다. 국제 규정이나 인증을 통해 이러한 소음을 줄이려고 노력하고 있지만 전기 시스템의 설치 및 유지보수가 불량인 경우에는 이러한 노력도 제한적일 뿐입니다.
프로펠러 노이즈
프로펠러는 선박 속도를 높일 때 나타나는 소음의 주범일 때가 많습니다. 일반적으로 가변 피치 프로펠러나 고속 프로펠러가 고정 프로펠러나 저속 프로펠러에 비해 발생하는 소음이 더욱 큽니다.
이러한 소음은 대부분 수중에서 발생합니다. 하지만 프로펠러 주변의 샤프트 진동이나 선체 진동으로 인해 트랜스듀서에 전달되는 구조적 소음인 경우도 있습니다. 프로펠러 날개가 손상된 경우에도 소음이 크게 증가할 수 있습니다.
프로펠러 공동 현상 역시 심각한 소음 원인입니다. 프로펠러 명음 현상도 소음 원인으로 이산 주파수에서 간섭을 일으킬 수 있습니다. 그 밖에 회전하는 프로펠러 샤프트에서 정전기가 일어날 때 상당한 외란이 발생하기도 합니다.
공동 현상
공동화 현상은 트랜스듀서 표면 가까이에 작은 기포가 형성되는 것입니다. 기포는 음향 압력 주기의 일부 과정에서 국부 압력이 음극화되기 때문에 나타납니다. 캐비테이션 한계점은 유체 정압을 증가시킵니다. 공극이 붕괴하면서 소음을 일으킵니다.
캐비테이션 소음은 더 빠른 속도로 물체를 돌출시킬 때 나타날 수 있지만 프로펠러에 의해 발생하는 경우가 더 많습니다. 프로펠러 공동 현상 역시 심각한 소음 원인입니다. 캐비테이션은 물이 프로펠러 날과 같은 방향으로 흐를 때 시작됩니다. 여기서 프로펠러 날개가 아래로 이동합니다.
그 밖에 선체 주변의 구멍에서 공진 현상으로 소음이 일어나기도 합니다. 이 소음은 이산 주파수를 갖는 반면 다른 해류 소음은 모두 넓은 주파수 스펙트럼을 갖습니다.
(사진 출처: 미해군 공개 도메인)
유동 노이즈
상부 해수층에서는 쇄파로 인해 작은 기포들이 무수히 발생합니다. 선체가 물을 통과할 때 방해가 되며, 이로 인해 마찰이 발생합니다. 이러한 마찰 구간을 해수 경계층이라고 합니다. 이 경계 해수층의 유동은 층류나 난류가 될 수 있습니다.
| • | 층류는 흩어짐 없이 해수와 나란히 이동합니다. |
| • | 그리고, 난류는 소용돌이를 치며 무질서한 패턴으로 이동합니다. |
| A | 난 류 |
| B | 층 류 |
| C | 기 포 |
공기 방울은 소리 에너지를 흡수하고 반사하며, 그것들은 최악의 경우 완전히 소리 송신을 차단할 것입니다.
해수 경계층은 난류일 때 두께가 증가합니다. 그리고 선체 전방에서는 얇지만 선미로 이동할 수록 두꺼워집니다. 이 두께는 선박 속도와 선체의 거칠기에 따라 달라집니다. 선체에서 돌출된 물체나 선체의 흠집 역시 해류를 외란하여 해수 경계층의 두께가 늘어나는 원인이 됩니다. 해류 속도가 높으면 난류가 거세지면서 일정한 상태를 유지하려는 해수의 무결성이 파괴될 수 있습니다. 이때 해수에 작은 공극이나 공동이 발생하고, 이를 공동 현상이라고 부릅니다.