귀의 진화 생물학 - 8000 Hz 가 들리나요?

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.

 

 

 

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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.

 

 

1. 00125.mp3

125 Hz

 

1. 00250.mp3

250 Hz

 

1. 00500.mp3

500 Hz

 

1. 01000.mp3

1000 Hz

 

1. 02000.mp3

2000 Hz

 

1. 04000.mp3

4000 Hz

 

 

 

 

8000 Hz