지구별에서 - Things Old and New :: 귀의 진화 생물학 - 8000 Hz 가 들리나요?

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귀의 진화 생물학 - 8000 Hz 가 들리나요?

 

 

내가 대학원에 다니던 1960년대 초에 DNA 의 이중 나선 구조를 공동으로 찾아낸 프란시스 크릭이 Univ. of Wash. 에 와서 강연을 한 일이 있다.    학교 신문에서 대서 특필한 것은 그 강연중에 Crick 가 한 말중에 "현대인이 신을 믿는다는 것은 수치다"  라고 한 대목이었다.    "Shame".

 

DNA가 어떤 식으로 정보를 저장하고 어떻게 그 정보를 후손에게 전달하는가 하는 기제를 모를 때에는 그것이 신이 존재한다는 근거라고 믿었다.     그러나 그 구조와 정보전달의 기제가 밝혀지자 그것을 신의 존재를 말해 주는 것이라 주장하던 기독교 신관은 벽에 부닥쳤다.   

 

기독교의 도그마는 성서라는 책의 맹신에서 비롯한다.    그 중에서도 허무 맹랑한 창조 신화라는 것은 아직도 근본주의자에게는 맹신의 항목에 들어 있다.   창조신화는라는 것은 중동지방의 유대민족의 조상인 "슈메르" 라는 유목민족 이 지어낸 전설이다.      창조신화는 우리나라의 단군신화 같은 그냥 전설중의 하나다.     Intelligent Design 이니 "창조생물학" 이니  뭐니 괴상한 이름을 붙여 진화론과 함께 가르쳐야 한다는 주장을 펴는 사람들도 있긴 있다.  

 

요새 한참 검색순위 상위에 오른 "문창극"이란 사람에게 창조신화를 믿느냐고 물어 보면 대답이 재미 있을 것 같다.

 

진화생물학을 모를 때 귀의 구조를 보면 "아" 하고 감탄이 나올 것 같다.  창조의 오묘함이여! 하고 감탄하게 만들 것이다.    종교는 무지와 공포에서 시작했다.    무서웠던 것들에 대한 신비가 하나 하나 밝여 지면서 그 바탕이 흔들리기 시작했다.   아직도 많은 사람들은 무지에서 살 고 있다.   그러기 때문에 사뭇 잘 못된 믿음에서 허우적거려도 그것 자체를 깨닫지 못하고 있다.  또 항상 간악한 종교지도자란 사기꾼들이 몽매한 대중을 현옥시키고 있다.  테로리스트도 그렇게 해서 걸려든 인간들이다.

 

 

사람도 원시시대에 자연에서 살면서 살아 남기 위해서는 먹이감이 되지 않고 먹이를 잡아야 했다.    바시락하는 풀숲에 숨은 맹수를 피해야 했고 부시럭하는 먹이감을 찾아야 한다.     늑대의 울음소리를 들어야 했고 비오는 소리들 들어야 했다.  표효하는 파도소리도 들어야 했고 천둥소리도 들어야 했다.   이 모든 자연의 소리들을 들을 수 있는 능력은 살아 남기 위해 보존해야 하는 유전정보창고(DNA)에 저정해야 했다.

 

소리의 높낮이도 구별할 수 있어야 했다.  늑대의 울음소리인지 지나가는 바람소리인지를 구별할 수 있어야 살아 남았다.    그렇게해서 자연에 적응해서 진화한 것이 사람을 포함한 포유류들이다.   포유류들은 거의 다 귀를 가지고 있다. 박쥐 같은 어두운 공간에서 사는 짐승은 스스로 소리를내어 그 반사하는 소리로 " 보기"도 한다.

 

바시락 거리는 풀잎소리에서 가까이에서 치는 천둥 소리까지 다 들을 수 있는 "종(species)"이 자연에서 살아 남았다.  바로 우리들이다.   이렇게 살아 남기 위해서 청각은 진화한 것이다.  귀의 구조는 이런 진화생물학의 산물이다.  2만개 가까운 유모세포가 소리의 정보를 뇌신경에 전달한다.  뇌는 이 신경정보를 처리해서 소리의 내용을 알게 한다. 애인의 "사랑해요" 라는 속삭임인지 천정에서 쥐가 지나가는 소리인지를 구별하는 것이다.

 

소리는 공기의 진동이다.   기타줄 하나를 튕기면 그 주변의 공기의 진동이 일고 그것이 퍼져 나가는 것이 소리다.  사람의 말은 성대가 떨려서 공기를 진동시킨다.  진동은 역학적 현상이다.  뉴턴역학이 잘 설명할 수 있다.

 

소리의 세기는 진동이 얼마나 강하냐에 의해서 결정된다. 기타줄을 조금 튕기면 진동의 폭이 적어서 약한 소리가 나고 많이 튕기면 진폭이 커서 센 소리가 난다.  세기는 진폭의 제곱에 비례한다. 

 

이것을 또 에너지의 전달이라고 생각하고 소리가 단위면적을 단위시간에 전달하는 양으로 나타낼 수도 있다.  미터(길이)와 킬로그램(질량) 초(시간) 로만 나타내는 MKS 단위계로 표시하면 W(왓트)/㎡  이 된다.

 

 

 

 

 

 

사람의 가청음역을 소리세기(세로) 와 진동수(가로)로 나타낸 것이다.

세기도 그렇고 진동수도 그렇고 모두 지수적인 증가영역을 가졌다.

사람이 들을 수 있을까 말까하는 가장 약한 소리와 고통스러을 만큼 강한 소리는

비율은 무려 1:1.000,000,000,000   

1조배다.

이런 큰 숫자는 뱃수(비율)에 log 을 취해서 작은 수자로 만들어 주는 게 보통이다.

가청최약음 10^-12  W/㎡ 를 기준으로 그 비율의 대수 Log 를 취한 값을

Bel 이란 단위(dimensionless) 로 정해서 쓴다.

bel 은 전화기를발명한 Alexander Graham Bell 을 기리기 위해 지은 무차원 단위명이다.

deci 는 10분의 1을 나타내는 접두어다.

1 decibel 은  1/10 bel 이다.

세로축의 오른 쪽에는 소리의 세기를 데시벨로 표시했다.

Audiogram 에서 쓰는 단위다.

가청 주파수 대역도 지수함수적이다.

( 2012/11/03 - [이것저것/오카리나, 음악] - 음악, 수학 그리고 물리 )


우리가 middle A 라는 피아노 건반의 가운데 A 가 440 Hz 인데

한 옥타브 위 A 는 880 Hz,

두 옥타브 위의 A 는 440 Hz 를 더한  1320 Hz 가 아니라

880을 두배한  1760 Hz다.

그리고 3 옥타브위의 A는 1760의 두배 3520 Hz 다.

아래의 사이트에 가서 피아노 건반을 두드려 보면

그 주파수가 나온다.

http://activeden.net/item/realistic-88-key-piano-fx-player-v2/full_screen_preview/71340 

 


 

 

 

 

포유류의 가청 주파수 음역

우리보다 높은 음을 듣는 동물이 많다.

각 동물들이 자기네 생존방식에 맞게 진화한 것이다.

북극근방에서 사는 베루가 고래(일명 흰색고래)는  

 1000000 Hz (1 MHz) 까지 듣는다.

 

 

 

********************

 

청음 테스트

아래의 소리 파일을 들어 보면 각 주파수의 소리 높이를 체험할 수 있다.

88 key 의 피아노 제일 높은 음이 4000 Hz 근방이라

그 보다 더 높은 주파수는 mp3로 compress 되지 않아

wav 파일로 올린 것이다.

 

 


125 Hz

 


250 Hz

 


500 Hz

 


1000 Hz

 


2000 Hz

 


4000 Hz

 

 

 

 

8000 Hz


 

Posted by Satsol 샛솔

댓글을 달아 주세요

  1. 경천  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.06.17 09:32

    소리에 대해 많이 배웠습니다. 감사합니다.

  2. Satsol 샛솔  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.06.17 20:30 신고

    감사합니다. 재미 없으실텐데 읽어 주셔서...

  3. sierrabird  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.06.18 10:18

    어릴적부터 다녓던 교회 ....
    너무 question이 많아서 결국 이곳에서
    신학까지 공부를 하게 되었습니다만
    선배님 말씀이 맞습니다
    이곳에서도 제대로 가르치는 신학교가 몇 않됩니다

  4. Satsol 샛솔  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.06.18 11:07 신고

    감사합니다. 언제 한국에 오시나요? 우린 내달 (7월) 8일 네델란드에 가서 6주 머믈다 올 예정입니다.

  5. 시르피  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.06.18 12:36

    좋은 글 제 블로그로 퍼갈께요.

  6. sierrabird  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.06.19 00:22

    자전거의 나라 네델란드... 선배님의 멋진 여행기 기대가 됩니다
    올해는 제 무릎수술로 힘들것 같구요 내년이나 되서야 가능하겠습니다

  7. 메타물질  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.08.20 12:14

    잘 보았습니다. 제가 8KHz도 들리네요. 18KHz도 해보고 싶습니다. 그런데 진화학에서 귀는 언제 만들어진 것입니까?

  8. Satsol 샛솔  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2014.08.20 20:57 신고

    포유류는 파충류를 거쳐 진화(분화)한 것으로 알려져 있습니다. 뱀도 소리를 듣습니다. 그러나 그 청각구조는 포유류보다는 훨씬 원시적입니다. 이소골 같은 구조가 없습니다. 그러니까 파충류에서 진화할 때 파충류의 청각구조가 진화해서 오늘날 우리의 귀와 같은 정교한 청각장치를 갖게 되지 않았나 싶습니다.

  9. 기머니  댓글주소 수정/삭제 댓글쓰기 2015.01.07 08:51

    인간의 평균수명이 늘어난시점은 그리오래되지않은것같습니다 어려서부터 우리는 점점 높은주파수의 소리부터 잃어가구요 나이가 들면 귀가 어두워진다고합니다
    소리라는것이 공기의 진동이고 고막이라는것이 점점 탄성을 잃어간다는걸 생각해본다면 어릴수록 고음에 민감하고 저음에 덜민감할것이고 나이들수록 민감한곳이 저음으로 옮겨갈것이고 상대적으로 고음은 덜민감해지거나 무시해버리는것같습니다
    8000hz를 예로들면 음속이 340m/s정도라고 생각될때 파장이 약 4cm인데 고막의 지름이 약 1cm정도라고 생각해보면 고막에서 음파의속도는 고막의 1/2승 탄성과 비례하고 고유파장의 정수배만 가능하기때문에 탄성이높은 어린귀는 4cm파장에 높은민감도를 탄성이낮을경우 4cm파장에 낮은민감도를 보이는것으로 생각됩니다