청각, 이명, 환청
지난 호에서는 ‘시각, 시각센서 : 착시, 실명’이라는 주제로 빛의 특성을 살펴보고 우리의 시각과 시각 보조장치에 관한 내용을 소개하였다. 시각이 단독으로 작용하는 것이 아니라는 것도 여러가지 예시를 통해서 확인할 수 있었다.
이번 호에서는 ‘청각, 이명, 환청’이라는 주제로 우리의 청각, 청각기관, 청각 센서 및 청각 보조장치에 관련된 내용과 귀의 또 다른 중요한 감각기능인 평형감각에 관하여 소개한다.
유우식 | 웨이퍼마스터스(WaferMasters)의 사장 겸 CTO이다. 일본 교토대학 대학원과 미국 브라운대학교를 거쳐 미국 내 다수의 반도체 재료 및 생산설비 분야 기업에서 반도체를 포함한 전자재료, 공정, 물성, 소재분석, 이미지 해석 및 프로그램 개발과 관련한 연구를 진행하고 있다. 일본 오사카대학 대학원 공학연구과 공동연구원, 경북대학교 인 문학술원 객원연구원, 문화유산회복재단 학술위원이다.
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그림 1. 소리의 정체는 무엇이며 어떻게 인식되는 것일까?
청각 : 들리는 것과 들리지 않는 것
고요한 밤이 지나 아침이 되면 기상시간을 알려주는 알람 소리부터 일과를 시작하기 위한 준비로 부스럭거리는 소리 등 여러 종류의 소리를 듣게 된다. 많은 종류의 소리 중에서 정보로 활용하는 소리는 신호이고 나머지는 잡음(또는 소음)이라고 할 수 있다. 관심이 있는 소리에는 귀를 기울이고 관심이 없는 소리는 잡음 정도로 생각하고 지나치는 경우가 많다. 아무리 작은 소리라도 관심이 있는 소리 또는 얻고 싶은 정보를 담고 있는 소리라면 잡음에 묻힌 소리라고 하더라도 귀를 쫑긋 세우고 신경을 곤두세워서라도 신호를 잡음으로부터 분리하여 필요한 정보를 얻으려고 노력한다.
아무리 귀를 쫑긋 세우고 신경을 써서 소리를 듣는다고 해도 실제로 정보를 포함한 소리와 정보를 얻는데 방해가 되는 잡음의 비율은 달라지지 않는다. 있는 그대로의 소리를 듣고 정보를 담고 있는 소리의 특징을 파악하여 그 소리에만 집중하고 나머지 소리는 무시하려고 의식적으로 노력할 뿐이다. 많은 사람들이 모여 있는 시끄러운 광장에서 전화통화를 하거나 옆사람과 대화를 나누는 경우가 이에 해당할 것이다. 잡음이 들리기는 하지만 애써 무시하려고 하거나 신경 쓰이지 않는 것이라면 들리지 않는 것과 크게 다르지 않다.(그림 1)
방음이 잘 되어 있는 방에 혼자 있는 경우를 생각해 보자. 평소에는 의식해 본적도 없는 자신의 심장박동은 물론 숨소리까지 느껴지기도 한다. 잠시 호흡을 멈추고 있노라면 귀에서 ‘윙~’하는 소리 또는 ‘삐~’하는 소리가 들리는 것 같은 체험을 하기도 한다. ‘윙~’ 또는 ‘삐~’ 소리는 실제로 존재하는 소리일까? 아니면 우리의 뇌에서 마치 그런 소리가 들리는 것처럼 만들어 낸 것일까? 소리가 있어도 인식하지 못하기도 하고 소리가 없어도 있는 것처럼 느끼기도 한다. 물리적인 소리는 귀로 듣지만 소리를 인식하는 것은 뇌에서 이루어지기 때문에, 귀와 뇌의 작용에 의하여 우리가 느끼는 소리도 달라지게 된다. 물리적으로 존재하는 소리라면 다 들을 수 있을까? 답은 ‘그렇지 않다’이다.
일반적으로 인간이 들을 수 있는 소리의 진동수(주파수 : 1초에 같은 상태가 몇 번이나 반복되는가를 나타내는 양)를 가청 주파수라고 하며, 20Hz~20000Hz(또는 20kHz)로 알려져 있으나 개인차가 있다. 어린이는 가청 주파수의 고음영역도 들을 수 있지만, 나이가 들면 고음영역의 소리는 잘 듣지 못하게 된다. 20kHz 이상의 주파수를 가진 소리를 초음파라고 하며 초음파의 소리가 있어도 우리는 듣지 못한다. 시력이 나쁜 야행성의 박쥐가 야간비행을 하면서 물체까지의 거리측정에 사용하는 초음파도 반려견들의 귀를 쫑긋하게 하는 초음파도 우리는 들을 수 없다. 우리는 이러한 20kHz 이상의 진동 에너지를 사용하여 초음파 가습기, 초음파 세척기, 초음파 용접기, 초음파 의료기기 등에 활용하고 있다. 초음파 세척기의 경우에는 초음파의 저조파(기본 주파수의 정수분의 1배가 되는 주파수의 정현파, Subharmonics)가 날카로운 소리로 우리의 귀에 들리기도 한다.
소리는 무엇으로 듣는가?
너무나도 당연한 이야기이지만 소리는 귀로 듣는다. 음원으로부터 우리의 귀에 전달된 소리(음파)가 귓구멍을 통해서 고막에 전달되어 고막을 진동하고, 그 진동이 이소골(추골, 침골, 등골)을 통하여 달팽이관에 전달된다. 달팽이관의 내부에 채워진 림프액의 진동에 청각세포가 반응하여 청각 전기신호로 바뀌면 청신경을 통하여 뇌로 전달되어 뇌가 소리로 인식하게 된다.(그림 2)
귀의 제일 안쪽에 위치한 내이에는 소리를 듣고 인지하는 달팽이관과 평형감각을 담당하는 전정기관이 있다. 전정기관은 세반고리관과 전정을 말하며 달팽이관과 세 개의 반고리관(세반고리관, Three Semicircular Canals) 사이에 연결되어 있다. 전정은 둥근 주머니와 타원형 주머니로 이루어져 있으며, 내부에는 림프액과 다양한 크기의 돌이 있고 전정과 연결된 세반고리관은 서로 직각을 이루며 X, Y, Z의 세 평면상의 위치정보를 제공하는 기능을 한다. 내부에는 림프액이 채워져 있어 평형감각을 유지하는데 필요한 정보를 제공한다. 지난 호의 의미 불명의 그림은 세 개의 반고리관, 즉 세반고리관을 의미하는 것이었다.(그림 2)
우리말로 세반고리관이라고 하면 전혀 의미가 통하지 않는다. ‘세’는 셋, 세 개의 3을 나타내는 것이고, 반고리관은 ‘반+고리+관’으로 이루어진 단어로 그 의미를 추측하는 것은 거의 불가능하다. 차라리 기호로 표시하거나 영어로 표시하는 것이 그 의미를 이해하기 쉬운 전문용어들이 많다.
우리의 전문용어들은 분야를 막론하고 이렇게 우리말과 한자가 함께 쓰이거나 일본에서 사용되는 학술용어의 한자를 우리말로 읽는 경우가 많으나, 한자를 병용하지 않기 때문에 의미불명인 경우가 많다. 전정기관 역시 마찬가지이다. 전정은 앞뜰이라는 의미인데 이소골과 연결되어 있으며 세반고리관과 달팽이관에 연결되어 있으므로, 앞뜰과 같은 위치에 있기 때문에 그렇게 명명된 것으로 생각된다. 달팽이관도 한자로 와우(蝸牛)라고 표현하기 때문에 와우 기관이라는 용어가 일반적으로 사용된다. 아마도 일본의 의학용어가 그대로 도입된 것이 아닌가 싶다. 한자를 거의 사용하지 않는 시대에 맞게 우리의 학술용어의 표기방법에 관해서도 한번쯤은 고민해야 할 것이다.
그림 2. 청각이란 무엇이며 무엇을 듣는가?(지난 호의 퀴즈의 해답 : 세반고리관)
