탄성 연골로되어있고 외이도와 고막을 보호하며 깔때기 모양의 구조상 특징에 의해 외부의 소리를 모아 외이도로 전달하는데, Helix에 의해 약 4Khz 범위에서 약 3dB 정도의 증강이 생기고(Flange 효과), Cavum Concha(이개강)에 의해 5~6㎑ 범위에서 약 10dB 정도의 공명(Resonance) 이득이 생기며, 소리가 나는 방향을 구별하는데 도움을 준다. 이개의 주름은 모여진 소리를 지연(Delay; 뇌에서 인지하지 못함)시켜 뇌까지 소리 정보가 충분히 전달될 수 있도록 도와준다.이개에 의해 0~300㎲(0.0003초)까지 시간 지연(Time Delay)이 발생할 수 있고 이 편차에 의해 음원의 위치를 파악할 수 있게 된다.
개나 고양이 같은 동물들은 음원을 향하여 Pinna를 움직이는 Preyer Reflex가 발달해 있으나 사람은 주변 근육이 발달하지 않아 움직임이 거의 없다.
Flange
Time Delay (시간 지연)로 생긴 Comb Filter 현상이다.
Phaser (페이져)
Phase Response (위상 반응)으로 생긴 Deep Notch 효과의 모션 Effect 이다.
위, 아래 그리고 앞, 뒤가 비대칭 구조이며전방을 향해 구부러져 있고 후면은 전면과 달리 주름이 없다. 이는, 전방에서 오는 음파를 효과적으로 잘 모아주는 역할을 하기 위함이며 귀와 더불어 시각 정보, 즉, 눈(eye)이 앞에 있어 귀와 더불어 소리의 정보를 수집하게 된다. 후방에서 오는 소리는 시각정보를 함께 사용하지 못하기 때문에 음원의 위치를 착각하기도 한다.
개나 고양이 같은 동물들은 음원을 향하여 이개를 움직이는 Preyer Reflex(먹이를 찾는 반사 작용)가 발달해 있으나사람은 주변 근육이 발달하지 않아 움직임이 거의 없다. 그래서 어떤 소리가 들릴 때 우리는 자연스럽게 그 방향으로 고개(Head)를 돌리고 눈(eye)과 귀(ear)로 소리의 위치 및 거리감 등의 정보를 파악한다.
소리가 잘 들리지 않을 때 귀에 손을 갖다 대는 경우가 있는데 이것은 전방에서 오는 소리를 더 잘 듣기 위한 자연스러운 행동이며 이개의 집음 역할이 증가한다.
집음 역할뿐만 아니라 전방과 후방에서 오는 소리도 구분할 수 있다.
이개의 공명 특성 [Resonance properties of The pinna]
최적 방위각에서의 Helix(이륜)와 Concha(이개정, 이개강)의 공명 [Resonance effects of the helix (flange) and concha in the most favorable azimuth position.] / 출처 : https://slideplayer.com/slide/9404342
The helix(이륜) has a 2 dB peak(돌출) at 4000 Hz. The concha(이개정, 이개강) has a 9 dB increase(증가) at 5300 Hz.
이개에서 모아진 소리가 고막 쪽으로 이동하는 경로인 외이도는 이개의 연골과 연속된 관을 형성하며 외이도 길이의 1/3 정도인 연골부와 두개골에 연결되어 외이도 길이의 2/3 정도인 골부로 구분된다.
연골부는 완전하게 갖춰진 관의 형태를 유지하고 있지 않고 일부가 결손 되어 있어서 움직일 수 있는 여유가 있고, 이 결손 부분을 통해서 혈관과 신경이 지나고 있다.
중이와 내이를 보호해주는 역할을 하며 작은 곤충의 침입을 방어하며, 음향학적으로 매우 시끄러운 소리로 부터 귀를 보호하는 기능 및 이물질을 밖으로 밀어내는 역할도 한다.
연골부 피부에는 작은 이모낭(Hair follicle)과 이모가 있으며, 피지선(Sebaceous gland)과 이구선(Ceruminal gland)이 있어서 지방성 및 황갈색 색소 과립의 액체를 분비하는데 이들 액체가 결합하여 이구(귀지;Cerumen or wax)를 만든다.
귀지는 어떻게 제거해야 하는가...귀를 힘주어 파는 경우 피지층이 파괴되어 병균 침투의 가능성이 높아지므로 가능하면 외형적 청결유지 정도 내에서 자연스럽게 귀 밖으로 나올 때까지 놔두거나 피지층을 파괴하지 않는 정도의 범위 안에서 파는 것이 좋다.
골부는 측두골의 여러 부분이 모여서 관을 이루며, 골부의 중간 부분인 고막에서 5mm 바깥쪽이 가장 좁은데 이를 협부(isthmus)라고 한다. 연골부 피부와 달리 골부 피부는 피부 부속기가 없다.
성인의 외이도는 이개강에서 고막까지 직경이 가로 약 9mm, 세로 약 6.5mm, 길이 약 2.5~3.5cm 정도의 관으로 외이도 입구보다 안쪽이 약 2~2.5cm 정도 높고, 완만한 S자 모양을 이루고 있어서, 고막을 보호하는 역할을 하고 고막이 일정한 온도와 습도를 유지하는데 도움이 된다. 유아의 경우 두개골 발육과 관련하여 외이도가 좁고 고막의 위쪽보다 아래쪽이 안쪽으로 더 깊다.
성인과 아이의 청각기관의 구조 / 출처 : http://www.quizlet.com
외이도의 공명 효과 [Resonence Effect of Ear Canal]
외이도의 공명 효과. 0° 방위각에서 외이도 입구의 고막에서의 SPL과 SPL의 비율로 표시했다.음장에서 헤드의 존재감을 결합한 효과. 위의 실선은 0° 방위각을 나타내고, 긴 대시는 45°를 나타내고 짧은 점선은 90° 방위각을 나타낸다.
외이도는 고막에 의해한쪽이 막힌 파이프 구조이며2,000~5,500Hz 범위에서 공명이 생긴다.
특히2.5 ~ 2.7KHz 범위에서 약 13dB 정도의 이득이 생긴다.
외이도 길이에 따라 공명 주파수는 달라질 수 있다.
외이도 길이가 2.8㎝일 경우 3,290㎐에서 공명효과가 발생하여 약 10dB가 증폭된다.
노란색 : 외이도의 공명 초록색 : 귓바퀴의 공명 주황색 : 귓바퀴와 외이도의 공명
노란색 : 외이도의 공명, 약 3khz에서 최대 14dB 정도 최대 증폭
초록색 : 귓바퀴의 공명, 약 4khz에서 최대 14dB 정도 최대 증폭
주황색 : 귓바퀴와 외이도의 공명, 각각의 증폭량이 더해져 약 20dB 정도가 증폭
0° 방위각에서 외이도 입구의 고막에서의 SPL과 SPL의 비율로 표시됨음장에서 헤드의 존재감을 결합한 효과. 위의 실선은 0° 방위각을 나타내고, 긴 대시는 45°를 나타내고 짧은 점선은 90° 방위각을 나타낸다.
파이프 구조의 음향 특성
세종류의 파이프 구조Flute을 불 때 발생하는 Interference
여기서도 간섭(Interference)이 발생한다.
Flute을 불 때 발생하는 압력 분포
중심 N(Node; 노드)에서 물결이 퍼지는 현상과 같다.
나갔던 압력의 일부가 외부 공기와 부딪힌 후 돌아오면
이런 형태로 표현 할 수 있다.
Node : 압력과 압력사이의 압력의 최소화 지점을 말한다. Anti-Node : 압력의 최고 지점을 말한다.
한쪽 끝이 막힌 파이프구조의 음향특성
한쪽 끝이 막힌 파이프 구조의 압력 분포
한쪽 관이 막힌 파이프 구조 → 막히지 않은 파이프 구조로 환산하면?
4배 긴 관이 된다.
그러므로 한쪽 관이 막힌 구조에서의 기음(Fundamental)을 구하는 공식은 관 길이에 4배를 곱하여
f1 = C / 4L
이 된다.
한쪽 관이 막힌 구조에서는 f2가 발생하지 않고 f3가 발생한다.
즉 홀배수만 존재한다.
f3 = 3C/4L
↓
f5 = 5C/4L
·
·
f2, f4, f6 ...은 발생하지 않는다.
구멍이 뚫린 스피커의 경우 한쪽 관이 막힌 구조와 같다. 이 원리를 이용해서 스피커 통(Enclosure; 인클로져)에 구멍(Vent)을 만들어 스피커 원래 크기보다 4배 더 아래의 저음을 만들어 출력 할 수 있게되는 것이다.
이런 파이프 구조에서 발생되는 공명 주파수를 구하기 위해서는 아래 공식을 활용할 수 있다.
※재질이나 표면 등에 대한 여러 부분을 제외하고 오직 길이(Length) 정보만으로 계산해본다.
외이도의 길이 = 2.8㎝ , 소리 속도 = 340㎧ 일 경우 파장 = 4 × 길이 = 4 × 2.8㎝ = 11.2㎝ = 0.112m 주파수 = 소리속도 ÷ 파장 = 340㎧ ÷ 0.112m = 3.29㎑
2.8 cm의 길이를 가진 외이도에서 발생하는 첫번째 공진 주파수는 약 3.29khz 이며, 여기서는 홀수배의 공진 주파수들이 발생하게 되는데, 소수점 이하를 제외하고 계산해보면, 첫번째 공진 주파수 약 3 khz, 두번째 공진 주파수는 홀수배(3배) 주파수인 약 9 khz, 그 다음은 5배인 약 15 khz, 그 다음은 7배인 21 khz의 공진 주파수가 발생하게 된다.
Plasticity of auditory localization(청각의 위치 감각 가소성)
시각이나 몸의 자극으로 위치를 찾는 것과 대조적으로 음원의 위치는 청각수용세포로 찾을 수 없다. 따라서 청각세포를 통해 뉴런으로 전달된매개 변수는 뉴런을 특정 음향 위치 신호로 튜닝하여 뇌 내에서 계산해야한다. 포유류는 수평 구조에서 위치를 찾기위해 주로 양쪽 귀의 음량과 시간 편차에 의존한다.[1]
외이에 의해 발생하는 위치 신호 차이. 오른쪽의 파란색 선은 세 가지 다른 주파수별 음압 편차를 보여준다. 이러한 측정은 고막 근처에 작은 마이크를 놓고 실험이 이루어진다. 모노럴 스펙트럼 단서(또는 머리 전달 함수;HRTF)의 위치 의존성은 들어오는 소리와 외이구조 사이의 미묘한 상호작용을 반영한다.
청각은 감각적 경험에 의해 개선되고 교정된다.[2]
예를 들어 어린 외양간 올빼미[3]나 페렛[4]에 한쪽 귀를 꽂으면 상급 콜리큘러스 내 청각 공간 지도에서 보상 조정이 일어난다. 그 결과 비정상적인 바이너럴 위치(Localization) 단서가 존재함에도 불구하고 청각 지도가 시각적 공간의 지도와 함께 등록되어 발달하게 된다. [5],[6]
고막 [The Tympanic Membrane]
고막의 주요 명칭 / 출처 : https://restorationhearing.com/physicians/middle-ear-anatomy-for-physicians/
댓글 영역