소리(Sound)가 귀에 들리는 원리를 알아보자.

소리(Sound)가 귀에 들리는 원리를 알아보자.

 

소리는 일상 속에서 자연스럽게 받아들이는 감각 중 하나지만, 그 이면에는 정교한 물리학과 생리학의 원리가 작용하고 있다. 이번 글에서는 소리가 어떻게 발생하고, 귀를 통해 인식되는지 한번 알아보자.

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1. 소리란 무엇인가?

소리는 물질 매질(공기, 물, 고체 등)을 통해 전달되는 기계적 파동(mechanical wave)이다. 에너지원(예: 스피커, 성대, 진동체 등)이 주변 입자를 진동시키면, 이 진동이 연속적으로 전달되며 압축과 팽창의 형태로 종파(Longitudinal wave)를 형성한다.

• 소리는 진공에서는 전달되지 않음 (매질이 필요함)
• 파장, 주파수, 진폭 등의 물리량으로 측정 가능

📌 주파수(Hz)가 높을수록 음의 높이가 높고, 진폭이 클수록 소리가 크다.

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2. 소리의 전달 과정: 공기 중에서 귀로

① 음원에서 진동 발생

• 예: 스피커 진동판이 앞뒤로 떨리며 공기 입자 진동 유도

② 공기 중 음파 전달

• 압축(compression)과 팽창(rarefaction)의 반복으로 소리 전파
• 속도: 약 343m/s (20℃의 공기 중)

③ 외이(Outer ear) 수집

• 귓바퀴(Pinna): 소리를 모아 외이도로 전달
• 외이도(Ear canal): 소리 증폭 역할 수행

④ 고막(Eardrum) 진동

• 음파가 고막에 도달 → 고막이 동일한 주파수로 진동

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3. 중이의 기계적 증폭 시스템

중이는 세 개의 작은 뼈(이소골, ossicles)로 구성되어 소리의 기계적 증폭을 담당한다.

• 추골(Malleus), 침골(Incus), 등골(Stapes)로 구성
• 고막의 진동 → 이소골 연쇄 반응 → 등골이 달팽이관의 창(oval window)을 자극

📌 이 과정에서 약 20배의 증폭 효과가 발생

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4. 내이의 생체 전환: 기계 → 전기 신호

내이는 기계적 진동을 전기 신호로 변환하는 핵심 부위다.

• 달팽이관(Cochlea): 액체로 채워진 나선형 구조, 내부에 기저막(Basilar membrane)과 청세포(Hair cells) 존재
• 특정 주파수에 따라 기저막이 다른 지점에서 공명 → 해당 부위의 청세포 자극
• 청세포는 자극을 받아 전기 신호(활동전위)로 변환

➡️ 이 신호는 청신경(Auditory nerve)을 통해 뇌로 전달된다

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5. 청각 정보의 뇌 처리

• 전기 신호는 연수 → 중뇌 → 시상 → 청각 피질(Auditory cortex)로 전달
• 대뇌 측두엽의 청각 피질에서 소리의 위치, 높낮이, 음색, 말소리 구분 등 소리의 고차원적 해석 수행
• 좌뇌는 언어 처리, 우뇌는 음악·음색 처리에 더 민감

📌 인간의 귀는 20Hz ~ 20,000Hz 범위의 소리를 인지할 수 있음

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6. 기술적 응용: 소리와 전자기기의 연관

• 마이크: 음파 → 진동막 → 전기 신호 (귀의 고막과 유사)
• 스피커: 전기 신호 → 진동판 → 공기 진동 (음원 역할)
• 보청기: 입력 신호 증폭 및 주파수 보정 → 잃어버린 청각 보완
• 인공 와우(Cochlear implant): 직접 전기 자극을 통해 청각 전달 (달팽이관 대체)

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