일반적인 상용 파라메트릭 어레이가 3.5미터 지점에서 40 kHz 초음파 118 dB를 기록했으며, 이는 비교 대상이던 일반인 지침을 17 dB 이상 웃도는 값이다(Dolder 외, Proceedings of ICA 2019). 같은 종류의 기기는 가청음을 폭 3도의 빔 안에 가둘 수 있지만(Pompei, JASA 1999), 초음파 전력 중 가청음으로 바뀌는 것은 대체로 0.15% 미만이며(Li 외, JASA 2023), 오디오 주파수가 절반이 될 때마다 출력이 약 12 dB 떨어진다(Zhong, Kirby, Qiu, JASA 2020). 들리지 않는 에너지를 많이 쓰는 대가로 좁은 빔을 얻는 이 맞교환이 이 기술의 성격을 규정한다. 우리는 Journal of the Acoustical Society of America, APSIPA Transactions on Signal and Information Processing, Health Canada, ICNIRP, MDPI의 Applied Sciences와 Sensors, Nature Communications, 그리고 제조사 문서에서 데이터를 모았으며, 제조사 문서는 제조사 주장으로 구분해 표기한다. 초음파 노출의 산업 현장 쪽 이야기는 저희 산업용 초음파 소음 노출 통계를 참고하세요.
요약
- Westervelt의 1963년 논문 “Parametric Acoustic Array”는 2026년 10월 기준 Crossref에서 812회 인용되었다(JASA 35권, 1963년의 Crossref 메타데이터).
- 여기서 살펴본 기기들의 반송파 주파수는 27 kHz에서 90 kHz에 걸쳐 있다(Aoki, Kamakura, Kumamoto 1991; Ahn 외, Sensors 2019).
- Pompei는 3도 빔을 유지한 채 왜곡을 최대 50% THD에서 5%로 낮췄다(JASA 1999).
- 빔 폭은 덥고 습한 기후에서 춥고 건조한 기후보다 두 배가 될 수 있다(Shi, Kajikawa, Gan, APSIPA 2014).
- 가청 출력은 오디오 주파수가 절반이 될 때마다 약 12 dB 떨어진다(Zhong, Kirby, Qiu, JASA 2020).
- 초음파에서 오디오로의 변환 효율은 대체로 0.15% 미만이다(Li 외, JASA 2023).
- 단측파대 변조는 작동 범위 전체에서 왜곡을 5%(-26 dB) 기준 이하로 유지했지만, 일반 양측파대는 -20 dB 위에 머물렀다(San Martin 외, Applied Sciences 2020).
- Health Canada는 25~50 kHz의 1/3 옥타브 대역에서 110 dB를 허용한다(Safety Code 24, 1991).
- 상용 제품이 3.5 m에서 40 kHz 대역 118 dB를 기록해 ICNIRP 일반인 지침을 17 dB 이상 초과했다(Dolder 외, ICA 2019).
- 최대 120 dB의 40 kHz 초음파에 노출된 청취자 9명은 대조군과 비교해 유의한 청력 변화를 보이지 않았다(Carcagno 외, Acta Acustica 2019).
1. 1963년의 이론에서 Audio Spotlight까지: 파라메트릭 어레이의 성장
파라메트릭 어레이는 소리로 소리를 만드는 방법이다. 스피커는 공기를 가청 주파수로 직접 움직이는 대신, 들리지 않는 초음파 빔(“반송파”)을 내보내고 그 세기를 오디오 신호로 변화시킨다. 공기는 이렇게 높은 압력에서는 완벽하게 비례해서 반응하지 않기(“비선형”이기) 때문에, 빔이 나아가는 동안 초음파의 작은 일부가 다시 가청음으로 변환되는데, 이를 자기 복조라고 한다. 기기 앞의 공기 기둥은 길고 보이지 않는 스피커 어레이처럼 동작하며, 이것이 가청음을 좁게 유지하는 이유다.
이 아이디어는 이론(1963년)에서 스피커(1983년)까지 20년, 다시 상용 제품(2000년, 제조사에 따름)까지 17년이 걸렸다. Westervelt의 1963년 논문은 지금도 이 분야의 기준점으로, Crossref에서 812회 인용되었다. 이는 이 스피커를 처음 제안한 1983년 “audio spotlight” 논문의 287회 인용의 두 배를 넘는다(Crossref 메타데이터, 2026년 10월 확인). Audio Spotlight 브랜드를 판매하는 Holosonics는 일본 전자업체들이 상용 버전을 시도했다가 1980년대 말까지 거의 포기했다고 말하는데, 이는 회사 자체의 연혁이지 독립적인 기록이 아니다.
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| 파라메트릭 음향 어레이 최초 논문 | 1963년, JASA 35권, 535쪽에서 537쪽; Crossref 인용 812회 | Westervelt, JASA 1963 |
| 변조된 초음파 빔의 자기 복조 이론 | 1965년 | Berktay 1965, Shi, Kajikawa, Gan, APSIPA 2014에 수록된 대로 |
| 공기 중에서 처음 발표된 파라메트릭 어레이 | 1975년, JASA 57권, 562쪽에서 568쪽; Crossref 인용 112회 | Bennett, Blackstock, JASA 1975 |
| 최초의 파라메트릭 스피커(“audio spotlight”) | 1983년, JASA 73권, 1532쪽에서 1536쪽; Crossref 인용 287회 | Yoneyama 외, JASA 1983 |
| 초기 연구용 시제품: 방사기 반경과 반송파 | 반경 21 cm, 반송파 27 kHz | Aoki, Kamakura, Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991 |
| 상용 Audio Spotlight 시스템 사용 시작 | 2000년 | Holosonics 회사 연혁(제조사 주장) |
| 이번 정리에서 가장 최근의 동료 심사 설계 | 2026년 5월 22일 발표, 반송파 60 kHz, 100 mm 플레이트 | Kim, Oh, Moon, Rho, Nature Communications 2026 |
역사 관련 행에서 구할 수 있는 최신 데이터는 필연적으로 오래된 것이다. 이들은 창시 논문이기 때문이다. 인용 횟수는 2026년 10월 27일 Crossref의 스냅숏이며 매달 늘어난다.
2. 반송파 주파수: 27 kHz 시제품에서 90 kHz MEMS 어레이까지
반송파 주파수는 절충의 산물이다. 사람 청력의 상한보다 한참 위에 있어야 한다. 청력 상한의 중앙값은 2029세에서 17.9 kHz이고, 7079세에서는 12.8 kHz까지 떨어진다(Lawton 2001, AGNIR, Health Effects of Exposure to Ultrasound and Infrasound, 2010의 표에 따름). 그런데 공기는 소리를 대략 주파수의 제곱에 비례해서 감쇠시키고(Skinner, Groves, Hinders, Applied Acoustics 2019), AGNIR 보고서는 약 300 kHz를 넘는 초음파는 공기 중에서 사실상 전파되지 않는다고 말한다. 그래서 쓸 수 있는 구간은 좁다. 40 kHz가 가장 흔한 연구용 반송파이며, 2026년 Nature Communications 논문은 어레이 스피커에 쓰이는 발진 소자의 예로 40 kHz에 고정된 기성품 소자인 Murata MA40S4S를 든다.
반송파를 높이면 하드웨어가 작아진다. 100 kHz에서 파장은 겨우 3.43 mm이며, 덕분에 한국 연구팀은 휴대폰 크기 시제품의 42 mm x 52 mm 방사면에 마이크로머시닝 진동자 672개를 넣을 수 있었다(Ahn 외, Sensors 2019).
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| 초기 연구용 파라메트릭 스피커의 반송파 | 27 kHz | Aoki, Kamakura, Kumamoto 1991 |
| 지향성 제어 예시에서 쓰인 반송파와 하측·상측 측파대(오디오를 싣는 추가 주파수) | 40 kHz; 하측 측파대 39 | Shi, Kajikawa, Gan, APSIPA 2014 |
| 길이 제한 어레이 시뮬레이션의 두 가지 1차 음(개구 반경 0.3 m) | 47.5 kHz와 52.5 kHz | Skinner, Groves, Hinders, Applied Acoustics 2019 |
| 메타물질 파라메트릭 스피커의 설계 반송파 | 60 kHz | Kim 외, Nature Communications 2026 |
| 0.6 m x 0.6 m 파라메트릭 패널에서 측정된 반송파 | 64 kHz | Zhong, Kirby, Qiu, JASA 2020 |
| Holosonics AS-24iX 필름 트랜스듀서에 명시된 반송파 | 약 60 kHz(제조사 주장) | Holosonics AS-24iX 제품 페이지 2026 |
| 모바일 기기용으로 만든 MEMS 어레이에서 측정된 공진 | 83 kHz와 90 kHz | Ahn 외, Sensors 2019 |
| 초음파가 공기 중에서 사실상 전파되지 않게 되는 주파수 | 약 300 kHz | AGNIR RCE-14, 2010 |
독립적으로 측정한 64 kHz와 제조사 문서의 약 60 kHz라는 수치는 서로 부합하며, 이는 더 큰 필름 트랜스듀서 패널이 전통적인 40 kHz 지점 위로 옮겨 갔음을 시사한다. 같은 40 kHz 어레이는 음향 부양의 주력이기도 한데, 이는 저희 음향 부양 통계에서 다룬다.
3. 빔 폭과 지향성: 스포트라이트는 얼마나 좁은가
지향성은 사람들이 단점을 감수하는 이유다. 가청음은 초음파 빔을 따라 생성되므로, 그 폭은 훨씬 긴 오디오 파장이 아니라 주로 초음파의 개구와 파장으로 정해진다. Pompei의 2002년 MIT 학위논문은 파라메트릭 어레이가 비슷한 크기의 기존 스피커보다 훨씬 높은 지향성을 준다고 기술하며, APSIPA 개요는 더 작은 구동 유닛으로도 똑같이 좁은 빔을 보낼 수 있다고 덧붙인다. Pompei는 1999년에 3도의 빔 폭을 보고했고, 손바닥 크기의 MEMS 어레이조차 5~10 kHz에서 반전력 빔 폭(레벨이 축상 값의 3 dB 이내로 유지되는 각도)을 7도 부근으로 유지했다.
실제 방에서는 두 가지 단서가 중요하다. 빔 폭은 날씨에 좌우된다. APSIPA 저자들은 덥고 습한 기후에서 춥고 건조한 기후보다 두 배가 될 수 있는 반면, 상대 습도 40%에서 80% 사이에서는 거의 일정하게 유지된다는 것을 발견했다. 또 소리는 뒤로도 샌다. Zhong 연구진이 측정한 0.6 m 패널에서, 기기 뒤쪽에서 315 Hz 레벨이 35 dB를 넘는 영역은 대략 원형이었고 반경은 약 1.3 m였다.
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| 저왜곡 공중 파라메트릭 어레이의 빔 폭 | 3도 | Pompei, JASA 1999 |
| 반송파 83 kHz와 90 kHz에서 MEMS 파라메트릭 어레이의 반전력 빔 폭 | 약 6도 | Ahn 외, Sensors 2019 |
| 같은 어레이의 5 kHz와 10 kHz 가청음에 대한 반전력 빔 폭 | 7.3도와 7.1도 | Ahn 외, Sensors 2019 |
| 8채널 40 kHz 파라메트릭 어레이의 널 간 빔 폭(첫 번째 무음 방향 사이의 각도) | 40도 | Shi, Kajikawa, Gan, APSIPA 2014 |
| 빔 폭의 변화, 덥고 습한 기후 대 춥고 건조한 기후 | 두 배가 될 수 있음 | Shi, Kajikawa, Gan, APSIPA 2014 |
| 315 Hz 가청 레벨, 패널 뒤 0.1 m 대 앞 1.0 m | 45 dB 대 약 61.4 dB | Zhong, Kirby, Qiu, JASA 2020 |
| Holosonics AS-24iX에 명시된 빔 | 5도; 일반적인 청취 거리 2 m에서 1.5 m x 1.5 m(제조사 주장) | Holosonics AS-24iX 제품 페이지 2026 |
Zhong 행의 앞뒤 차이는 약 16 dB(61.4에서 45를 뺀 값)가 되는데, 이 수치는 논문 자체에는 나와 있지 않다. 제조사의 빔 행은 신중하게 다뤄야 한다. 2 m 지점에서 5도의 완전한 원뿔은 폭이 약 0.17 m(2 x 2 m x tan 2.5도)에 불과하므로, 같은 페이지의 5도와 1.5 m라는 수치가 빔의 같은 가장자리를 가리킬 수는 없다(데이터 참고 사항 참조).
4. 가청 출력, 저주파 롤오프, 변환 효율
빔을 좁게 만드는 물리는 저음도 굶긴다. 이론과 측정은 옥타브당 약 12 dB라는 기울기에서 일치한다. 오디오 주파수를 절반으로 줄이면 출력이 대략 12 dB 사라지며, 그래서 파라메트릭 스피커는 수백 헤르츠 아래에서 소리가 얇게 들린다. 효율의 그림은 더 냉혹하다. Li 연구진은 가청음 전력이 오디오 주파수의 제곱과 개구 크기에 비례해 늘고 초음파 주파수가 높아질수록 줄어든다고 계산했으며, 일반적인 구성에서 초음파에서 가청음으로의 변환 효율은 대체로 0.15% 미만이라고 밝혔다(Li, Zhong, Jing, Lu, JASA 2023).
그래서 공학 논문에서는 음량이 아니라 소비 전력이 중심이 된다. 한국 MEMS 연구팀은 정합 회로로 시스템 소비 전력을 6.65 W에서 3.25 W로 낮췄다. 기존 파라메트릭 스피커의 공칭값으로 이 팀이 인용하는 65~100 W와 비교한 수치이지만, 그럼에도 0.45 m에서 약 62 dB의 가청음밖에 내지 못했다.
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| 300~1500 Hz 구간에서 측정된 가청 출력의 상승(40 kHz 어레이) | 옥타브당 약 12 dB | San Martin, Tello, Valencia, Marzo, Applied Sciences 2020 |
| 오디오 주파수를 절반으로 줄였을 때 가청 출력의 감소 | 12 dB | Zhong, Kirby, Qiu, JASA 2020 |
| 초음파에서 가청음으로의 변환 효율, 일반적인 구성 | 대체로 0.15% 미만 | Li 외, JASA 2023 |
| 125 dB 초음파 1차파에서 나오는 가청(차주파수) 레벨, MEMS 어레이, 0.45 m | 약 62 dB | Ahn 외, Sensors 2019 |
| 인공 머리 귀 위치의 가청 레벨, 파라메트릭 스피커 대 기존 스피커, 청취 시험용으로 설정 | 72.3 dBA 대 72.4 dBA | Lee, Shimomura, Katsuura, Journal of Physiological Anthropology 2012 |
| 0.5 m 떨어진 청취자를 겨냥한 2026년 메타물질 설계의 가청 대역 | 500 Hz~10 kHz(4옥타브) | Kim 외, Nature Communications 2026 |
| Holosonics AS-24iX에 명시된 최대 레벨 | 1 kHz에서 95 dB SPL; 최대 소비 전력 90 W(제조사 주장) | Holosonics AS-24iX 제품 페이지 2026 |
Nature Communications 저자들은 자신들의 시제품 레벨이 기존 스피커에 비해 “상대적으로 제한적”이라고 솔직히 인정하며, 그 원인을 “본질적으로 낮은 비선형 변환 효율”에 돌린다. 더 나은 트랜스듀서도 근본 물리를 바꾸지는 못했다.
5. 고조파 왜곡과 전처리: 50% THD에서 한 자릿수로
공기 중의 자기 복조는 그 자체로 비선형 과정이므로, 파라메트릭 어레이에 일반 진폭 변조를 그대로 주면 출력은 가장 크지만 강한 2차 고조파도 생긴다. 엔지니어들은 변조 전에 오디오를 전처리해서 이에 맞선다. 오디오의 제곱근을 취하거나(제곱근 AM, SRAM), 한쪽 측파대만 보내거나(단측파대 AM, SSB), 변형 방식(MAM)을 쓰는 것이다. 변조 지수는 m으로 표기하며, 오디오가 반송파를 얼마나 깊게 변화시키는지를 나타낸다. 변조가 깊을수록 소리는 커지지만 왜곡도 커진다. Pompei는 1999년에 협대역 트랜스듀서를 쓴 순수 AM이 최대 50%의 전고조파 왜곡(THD)을 일으켰고, 전처리와 광대역 트랜스듀서로 이를 5%까지 낮출 수 있음을 보였다.
그래도 하드웨어가 수학적 방법의 한계를 정한다. 2020년에 시험된 49개 트랜스듀서, 직경 16 mm 어레이는 40.9 kHz에서 정점을 보였고 -3 dB 대역폭은 1.5 kHz에 불과했다. 전처리 방식이 반송파에 더하는 추가 주파수에는 좁은 창이다. 같은 연구팀은 이런 어레이에서 2 m 떨어져서도 120 dB를 넘는 반송파 레벨이 흔하며, 이는 일반 측정용 마이크를 과부하시키기에 충분하다고 지적했다. 기존 소형 드라이버와의 비교는 저희 스마트폰 스피커 왜곡 통계를 참고하세요.
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| 협대역 트랜스듀서를 쓴 순수 AM의 THD 대 오디오 전처리와 광대역 트랜스듀서 적용 후 | 최대 50% 대 5% | Pompei, JASA 1999 |
| 가정용 기기에서 대체로 허용 가능하다고 보는 왜곡 수준 | -26 dB(5%) 미만 | San Martin 외, Applied Sciences 2020 |
| 일반 양측파대 AM의 왜곡 | 사실상 전 범위에서 -20 dB 초과 | San Martin 외, Applied Sciences 2020 |
| 단측파대 AM(하측 또는 상측 측파대) | 작동 범위 전체에서 -26 dB 기준 미만 | San Martin 외, Applied Sciences 2020 |
| 권장 방식(변형 AM 1, m = 0.6)에서 포기하는 가청 레벨 | 2 dB | San Martin 외, Applied Sciences 2020 |
| 재귀적 이퀄라이제이션 후 대역 내 잔류 왜곡, 시뮬레이션 | -70 dB 이하 | Lee, Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006 |
단일한 승자는 없다. 2020년 연구에서 단측파대 방식은 고조파 왜곡이 가장 낮았지만 상호변조 왜곡(두 음이 섞여 생기는 왜곡)은 가장 나빴고, 제곱근 AM과 변형 AM은 상호변조에서 가장 좋은 결과를 냈다. 어느 방식에서든 2차를 넘는 고조파는 무시할 만한 수준이었다. 50%와 5% 수치에 대해 구할 수 있는 최신 데이터: Pompei, JASA 1999.
6. 공기 중 초음파 노출 한계: 지침이 허용하는 것
파라메트릭 스피커는 초음파가 강해야만 작동하므로, 노출 규정은 일반 스피커에서보다 훨씬 중요하다. 한계는 1/3 옥타브 대역, 즉 한 옥타브의 3분의 1 폭으로 스펙트럼을 자른 구간별로 정해지며 중심 주파수로 불린다. 눈에 띄는 특징은 20~25 kHz 사이의 절벽이다. Health Canada는 20 kHz 대역에서 75 dB를 허용하지만 25 kHz 이상에서는 110 dB를 허용하며, 이 나라의 표는 주관적 영향이 즉시 나타날 수 있다고 적고 있어 한계가 노출 시간에 좌우되지 않는다(Health Canada, Safety Code 24, 1991).
이 수치들은 오래되었고 근거도 빈약하며, 그 저자들의 후계자들도 그렇게 말한다. ICNIRP는 2024년 검토에서 1984년 IRPA 한계가 제한된 증거에 기초하고 있으며 너무 높을 수도 너무 낮을 수도 있다고 결론지었지만, 공식 개정은 더 많은 연구를 기다려야 한다고 했다(공기 중 초음파에 관한 ICNIRP 성명, 2024).
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| 캐나다 한계, 16 kHz와 20 kHz 1/3 옥타브 대역 | 75 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| 캐나다 한계, 25, 31.5, 40, 50 kHz 1/3 옥타브 대역 | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| 귀 보호구를 착용했을 때 신체 다른 부위에 대한 캐나다의 총 음압 레벨 한계 | 137 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| IRPA 1984 일반인 한계, 20 kHz 대역 | 70 dB(직업적 75 dB보다 5 dB 낮음) | ICNIRP 성명 2024 |
| IRPA 1984 일반인 한계, 25 kHz 이상 대역 | 직업적 110 dB보다 10 dB 낮음(100 dB) | ICNIRP 성명 2024 |
| 1시간 미만 직업적 노출에 대한 IRPA 허용분 | +9 dB(ICNIRP는 근거가 부족하다고 봄) | ICNIRP 성명 2024 |
| 청력 손실을 일으킨다고 입증되지 않은 초음파 레벨 | 120 dB 미만 | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| 사람에게 급성 유해 영향이 나타나는 레벨 | 약 155 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
2004년부터 시행된 OSHA 지침은 최대 허용 레벨에 30 dB를 더 얹는 것을 허용했으나 이후 폐기되었다(Acoustics Today, 2020년 가을, Exposure to Ultrasound in Air). 구할 수 있는 최신 데이터: Health Canada Safety Code 24, 1991, 그리고 2024년 ICNIRP가 검토한 IRPA 잠정 지침, 1984.
7. 초음파 빔 근처의 실측 노출과 사람 대상 연구
상용 파라메트릭 어레이에 대해 공표된 실험실 감사 결과는 안심할 만하지 않다. 무향실(반향이 없는 방; 저희 무향실 시험 통계 참조)의 축상 3.5 m에서 측정한 Dolder 연구진은 40 kHz 대역에서 118 dB를 확인했고, 이는 비교한 모든 지침을 웃돌았다. 게인을 낮추자 A 가중 가청 출력은 10 dB 줄었지만 40 kHz 펌프 신호는 1 dB밖에 줄지 않았다. 따라서 소리가 더 조용하게 들리는 빔이 반드시 초음파 노출이 더 낮은 것은 아니다(Dolder 외, ICA 2019).
사람을 대상으로 한 데이터는 적고 대부분 유의한 차이가 없다는 결과다. 2019년 연구는 젊은 청취자 9명의 한쪽 귀를 최대 120 dB의 40 kHz 초음파에 노출시켰으나, 대조군 9명과 비교해 유의한 기능 변화를 발견하지 못했다(Carcagno, Di Battista, Plack, Acta Acustica united with Acustica 2019). 또 40 kHz 파라메트릭 스피커에서 0.3 m와 1.0 m 떨어진 지점에서 9명을 대상으로 한 생리학적 연구에서도 기존 스피커와의 유의한 차이는 없었다. 청각 민감도는 변수다. ICNIRP는 검사한 어린이의 40%가 26 kHz에서 100 dB 미만의 역치를 보였다고 지적한다.
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| 상용 파라메트릭 어레이에서 3.5 m 지점 40 kHz 대역의 초음파, 높은 게인 대 낮은 게인 | 118 dB 대 117 dB | Dolder 외, ICA 2019 |
| 40 kHz에서 ICNIRP 일반인 지침 초과분 | 17 dB 이상(높은 게인에서 18 dB) | Dolder 외, ICA 2019 |
| 40 kHz에서 ICNIRP 직업적 값 및 OSHA 기반 값의 초과분, 높은 게인 | 8 dB와 3 dB | Dolder 외, ICA 2019 |
| 약 40 kHz 햅틱 피드백 어레이의 초음파, 60 cm 지점과 20 cm 지점(비교용) | 125 dB와 155 dB | Battista 2019 및 Lieber 외 2019, Acoustics Today, 2020년 가을의 표에 수록된 대로 |
| 공중 노출 조사에서 측정한 음원 수; 40 kHz에서 핸드 드라이어의 레벨 | 음원 16개; 84 dB | Fletcher 외, JASA 2018 |
| 노출 연구 설계: 40 kHz 진폭 변조 음, 레벨과 지속 시간 | 105, 110, 115, 120 dB, 레벨당 10분; 노출군 9명 대 대조군 9명; 유의한 변화 없음 | Carcagno 외, Acta Acustica 2019 |
| 40 kHz 파라메트릭 스피커 근처의 생리학적 연구: 피험자와 거리 | 9명, 0.3 m와 1.0 m; 기존 스피커 대비 유의한 차이 없음 | Lee, Shimomura, Katsuura 2012 |
| ICNIRP가 인용한 초음파 청각 역치 | 24 kHz에서 88 dB 이상; 28 kHz에서 32개 귀 중 3개가 100 dB 미만; 26 kHz에서 어린이의 40%가 100 dB 미만 | ICNIRP 성명 2024 |
Dolder의 시험은 실험실 조건에서 일반적인 한 대를 다룬 것이며, 박물관 전시에서 청취자가 실제로 받는 양을 보여 주지는 않는다. AGNIR 보고서는 더 넓은 공백을 분명히 짚었다. 의료 기기에서 나오는 것을 제외하면 사람의 초음파 노출은 제대로 정량화되지 않았다. 구할 수 있는 최신 데이터: Dolder 외, 2019, 그리고 Carcagno 외, 2019.
숫자로 보는 파라메트릭 음향 어레이
| 지표 | 값 | 출처 |
|---|---|---|
| Westervelt의 1963년 파라메트릭 어레이 논문의 Crossref 인용 횟수 | 812 | Crossref, JASA 1963 |
| 최초의 파라메트릭 스피커 논문(“audio spotlight”) | 1983년 | Yoneyama 외, JASA 1983 |
| 여기서 살펴본 기기들의 반송파 주파수 범위 | 27 kHz~90 kHz | Aoki 외 1991; Ahn 외, Sensors 2019 |
| 0.6 m x 0.6 m 패널에서 측정된 반송파 | 64 kHz | Zhong, Kirby, Qiu, JASA 2020 |
| 저왜곡 파라메트릭 어레이의 빔 폭 | 3도 | Pompei, JASA 1999 |
| 8채널 40 kHz 파라메트릭 어레이의 널 간 빔 폭 | 40도 | Shi, Kajikawa, Gan, APSIPA 2014 |
| 빔 폭의 변화, 덥고 습한 기후 대 춥고 건조한 기후 | 두 배가 될 수 있음 | Shi, Kajikawa, Gan, APSIPA 2014 |
| 오디오 주파수가 절반이 될 때마다 가청 출력의 손실 | 약 12 dB | Zhong, Kirby, Qiu, JASA 2020 |
| 초음파에서 가청음으로의 변환 효율 | 대체로 0.15% 미만 | Li 외, JASA 2023 |
| 0.45 m에서 125 dB 1차파로부터 얻는 가청 레벨 | 약 62 dB | Ahn 외, Sensors 2019 |
| 협대역 트랜스듀서를 쓴 순수 AM의 THD 대 전처리 후 | 최대 50% 대 5% | Pompei, JASA 1999 |
| 일반 양측파대 AM의 왜곡 | -20 dB 초과 | San Martin 외, Applied Sciences 2020 |
| 2026년 메타물질 파라메트릭 스피커의 가청 대역 | 500 Hz~10 kHz | Kim 외, Nature Communications 2026 |
| 캐나다 한계, 25~50 kHz 대역 | 110 dB | Health Canada Safety Code 24, 1991 |
| IRPA 일반인 한계, 20 kHz 대역 | 70 dB | ICNIRP 성명 2024 |
| 상용 제품에서 3.5 m 지점 40 kHz 대역에서 측정된 초음파; ICNIRP 일반인 지침 초과분 | 118 dB; 17 dB 이상 | Dolder 외, ICA 2019 |
| 통제된 40 kHz 청력 연구에서의 최고 노출 레벨(유의한 변화 없음) | 120 dB | Carcagno 외, Acta Acustica 2019 |
방법론과 출처
우리는 15건의 표적 검색을 수행하고, 출판사 페이지, PubMed Central, 기관 리포지터리, 그리고 Crossref와 OpenAlex 메타데이터 서비스를 통해 1차 논문, 표준, 기관 문서를 직접 읽었다. 위의 모든 수치는 이번 업데이트를 위한 조사 중에 출처에서 확인했다. 제조사 수치는 제조사 주장으로 표기했으며 각 절에서 소수로 한정했다.
- Westervelt, “Parametric Acoustic Array”, JASA 1963 및 Yoneyama 외, “The audio spotlight”, JASA 1983: 창시 논문; 인용 횟수는 Crossref 메타데이터 기준(Bennett, Blackstock, JASA 1975도 Crossref).
- Shi, Kajikawa, Gan, “An overview of directivity control methods of the parametric array loudspeaker”, APSIPA Transactions on Signal and Information Processing 2014
- Pompei, “Beams of sound: A low-distortion airborne parametric array”, JASA 1999; 지향성 비교에는 Pompei의 2002년 MIT 학위논문 초록을 사용.
- Li, Zhong, Jing, Lu, “A note on the audio sound power generated by a parametric array loudspeaker”, JASA 2023
- Zhong, Kirby, Qiu, “A non-paraxial model for the audio sound behind a non-baffled parametric array loudspeaker”, JASA 2020
- San Martin, Tello, Valencia, Marzo, “Experimental Evaluation of Distortion in Amplitude Modulation Techniques for Parametric Loudspeakers”, Applied Sciences 2020
- Ahn 외, “A Critical Step to Using a Parametric Array Loudspeaker in Mobile Devices”, Sensors 2019
- Kim, Oh, Moon, Rho, “Dual-domain metamaterials co-integrated with a compact ultrasonic transducer for highly directional audio generation”, Nature Communications 2026
- Skinner, Groves, Hinders, “Demonstration of a length limited parametric array”, Applied Acoustics 2019
- Aoki, Kamakura, Kumamoto, Electronics and Communications in Japan 1991, 그리고 Lee, Gan, IEEE Transactions on Audio, Speech and Language Processing 2006(초록과 서지 메타데이터는 Crossref와 OpenAlex 경유).
- Lee, Shimomura, Katsuura, “Physiological responses at short distances from a parametric speaker”, Journal of Physiological Anthropology 2012
- Dolder, Fletcher, Lloyd Jones, Lineton, Leighton, “Exposure levels for parametric arrays in light of guideline ambiguities”, Proceedings of ICA 2019
- Fletcher 외, “Public exposure to ultrasound and very high-frequency sound in air”, JASA 2018
- Carcagno, Di Battista, Plack, Acta Acustica united with Acustica 2019
- Health Canada, Safety Code 24: Guidelines for the Safe Use of Ultrasound, Part II, 1991
- ICNIRP, Validity of the 1984 Interim Guidelines on Airborne Ultrasound and Gaps in the Current Knowledge, Health Physics 2024
- UK Advisory Group on Non-ionising Radiation, RCE-14, Health Effects of Exposure to Ultrasound and Infrasound, 2010
- Acoustics Today, 2020년 가을, Leighton 외의 표를 전재한 노출 표
- Holosonics의 AS-24iX 제품 페이지 및 회사 연혁, 2026년: 제조사 주장만 해당.
- 데이터 참고 사항: Holosonics 페이지는 5도 빔과 2 m에서 1.5 m x 1.5 m 커버리지를 함께 제시한다. 5도의 전체 각도는 그 거리에서 약 0.17 m(2 x 2 m x tan 2.5도)만 덮으므로 두 수치는 아마 서로 다른 가장자리나 정의를 쓴 것이며, Skinner 외는 4 m에서 약 2 m의 빔 폭이라는 Holosonics의 별도 주장을 인용한다. Ahn 외의 초록은 83 kHz 빔을 차주파수 파로 표기하지만 결과 절에서는 83 kHz와 90 kHz를 1차파로 다루며, 우리는 이를 반송파로 보고한다. Carcagno 외의 초록에는 총 지속 시간 50초라는 언급이 있으나 레벨당 10분이라는 기술과 충돌하므로, 레벨당 수치만 보고한다. 25 kHz 이상에 대한 IRPA 일반인 값 100 dB는 ICNIRP의 “직업적 값보다 10 dB 낮음”이라는 표현을 따른 것이며 Dolder 외가 25, 31.5, 40 kHz 대역에 대해 표로 정리한 100 dB와 일치한다. Zhong 외의 315 Hz 앞쪽과 뒤쪽 레벨은 패널 한 장에 대한 이들의 모델과 측정 그림에서 나온 것이어서 일반화되지 않을 수 있다. 우리가 읽을 수 있었던 어떤 출처도 40~64 kHz의 공기 흡수 계수를 제시하지 않았으므로 이번 정리에서는 이를 뺐다. 노출 데이터 대부분은 1991년에서 2019년 사이의 것이며, ICNIRP는 2024년에 자신들의 지침을 아직 공식적으로 개정할 수 없다고 밝혔으므로 새로운 한계가 나오면 6절과 7절이 바뀔 것이다.
마지막 업데이트: 2026년 10월 27일. 저희는 이 정리를 분기마다 업데이트하며, 다음 갱신은 ICNIRP가 공기 중 초음파에 관한 다음 지침을 발표하거나 상용 파라메트릭 스피커에 대한 새로운 JASA 측정 결과가 나올 때로 예상한다.