연구 프로젝트 · 제45회 전국학생과학발명품경진대회 (2024) 우수상 · 과학기술정보통신부 장관상
또르륵 소리로 컵을 가득 채우다
정수기는 정해진 양(반 컵 125ml, 한 컵 250ml)만 내보내서, 컵 크기에 따라 물이 넘치거나 모자랍니다. 뜨거운 물이라면 화상 위험도 있지요. 그런데 물을 따를 때 나는 ‘또르륵’ 소리는 물이 차오를수록 점점 높고 얇아집니다. 이 발명은 그 소리를 마이크로 들어 컵에 남은 높이를 알아내고, 컵 크기와 상관없이 원하는 높이에서 물을 멈추는 정수기 시스템입니다. 소리의 변화로 컵의 지름 변화까지 추정해 컵의 모양도 알려 줍니다.
후속 연구 · 2026
물소리로 컵의 모양을 그리다
이 발명의 ‘컵 모양 추정’을 이어받아, 물리 법칙으로 계산한 시뮬레이션과 인공신경망으로 실제 컵의 모양 전체를 소리만으로 복원했습니다. 제72회 전국과학전람회 출품 연구입니다.
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원리
1컵은 한쪽이 막힌 관
물이 차지 않은 컵 위쪽 공간은 한쪽이 막힌 관처럼 울립니다(기주 공명). 공명 주파수는 f = c / 4L, 빈 공간이 짧을수록 높아집니다.
2소리로 남은 높이 계산
마이크로 받은 소리를 주파수로 나눠(FFT·LPC) 공명 주파수를 찾고, 그 변화로 컵에 남은 빈 높이 L을 실시간으로 계산합니다.
3넘치기 전에 멈춤 · 모양 추정
정한 높이(1·2·3cm)에 이르면 물을 멈춥니다. 관구 효과를 보정하려고 컵의 지름을 추정했고, 그 변화로 컵의 모양까지 알아냅니다.
연구 요약
작동 영상
소리를 켜고 보세요. 물이 차오르며 ‘또르륵’ 소리가 높아지는 동안, 화면에는 공명 주파수 그래프와 차오른 높이(파란 막대)가 실시간으로 표시됩니다.
실험 사진
