청각/음향/이명
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음향우리 귀는 디지털 레코딩 스튜디오

관리자
2020-06-17
조회수 1708

안녕하세요.


이번 포스팅은 우리 귀의 청각시스템과 오디오시스템과의 비교설명입니다. 

우리들 귀 안에 청각시스템은 매우 복잡하며 레코딩 스튜디오(Recording Studio)로 비유될 수 있습니다. 

귀와 레코딩 스튜디오의 재밌는 비교를 시작하기에 앞서 먼저 귀의 구조를 살펴보도록 하겠습니다.



 


귀의 구조


귀는 외이, 중이, 내이로 구성되며, 외이는 귓바퀴와 외이도(귓구멍), 중이는 고막(eardrum, tympanic membrane)과 

이소골(ossicles: malleus, incus, stapes), 내이는 달팽이관(cochlea), 반고리관(semicircular canals), 

전정기관을 말합니다. 

전정기관과 반고리관은 소리, 청각과는 관계가 없고 몸의 균형감각, 회전감각을 각각 담당합니다.


소리가 외이도를 통해서 고막에 전달되면 이소골은 증폭과 압축을 하고, 달팽이관으로 전달된 소리신호는 

전기신호로 변환되어 청신경을 통해 뇌로 전달이 됩니다.


 


레코딩스튜디오 녹음 장비들


레코딩스튜디오에서 녹음을 하기 위해서는 여러 오디오 장비들이 필요한데, 그 중에서 마이크(microphone), 

앰프(amplifier), 이퀄라이저(equalizer), 컴프레서(compressor), 리미터(limiter), A/D 컨버터(analog to digital converter), 

아날로그 케이블(analog cables), 디지털 케이블(digital cables) 등이 필요합니다.


이 모든 장비가 우리 귀 안에 있다는 사실.... 하나하나 자세히 살펴보도록 하지요.




1. 외이도 : 프리앰프(preamplifier), 이퀄라이저(Equalizer) 역할


외이도의 길이는 25~30mm 로 공명효과로 인해 3KHz 전후의 주파수 대역의 소리가 15dB~20dB 증폭이 됩니다. 

따라서 외이도는 이퀄라이저 기능이 있는 프리앰프 역할을 합니다.




2. 고막(tympanic membrane) : 마이크(microphone) 역할


고막은 공기중의 소리를 진동으로 바꾸는 마이크 역할을 합니다. 고막의 두께는 0.1mm 이며 세겹으로 

이루어져 있습니다.

중이염으로 고막에 구멍이 생기거나 노화로 인해 탄력을 잃으면 고음역부터 주파수 특성이 변합니다.



 

3. 이소골(ossicles) : 앰프, 컴프레서/리미터, EQ 역할


고막뒤에 일렬로 연결된 3개의 이소골은 고막의 진동을 증폭하며, 동시에 내이의 달팽이관을 보호하는 구조인데

과도한 음량을 제한하기 위해 압축과 댐핑(damping)을 하는 컴프레서(compressor)와 리미터(limiter)의 

역할을 합니다. 컴프레서/리미터는 녹음 스튜디오에서 녹음시의 과다한 음량을 제한하기 위하여 사용합니다.



이소골의 주파수 응답(Frequency response) 은 플랫(flat) 하지가 않습니다. 

그렇기 때문에 약 0.5KHz 부근의 감소와 1~2KHz 부근의 증가가 있는 이퀄라이저 역할을 하는 것입니다.



고막과 이소골의 역할은 한마디로 임피던스 매칭(impedance matching)입니다. 

공기의 진동을 달팽이관내의 액체의 진동으로 변환시키는데 손실을 최소로 하기 위함입니다. 

마이크 신호를 증폭하는 마이크 앰프(microphone amplifier)의 역할이지요. 

마이크 앰프는 마이크로부터 들어온 미세한 신호를 손실없이 증폭하기 위해 마이크 앰프의 

입력임피던스를 마이크의 출력임피던스와 매칭하여야 합니다.


소리의 매질이 기체에서 액체로 바뀔 때 소리에너지의 일부는 반사가 되고 일부는 흡수가 되기 때문에 

손실이 잃어납니다. 그래서 고막의 진동을 달팽이관의 림프액에 손실없이 전달하도록 매칭되어 있습니다.



4. 유스타키오관(Eustachian tube) : 킥드럼(Kick Drum)의 포트, 스피커 포트(Speaker port) 역할


유스타키오관은 줄여서 이관이라고도 하는데 외이와 중이의 압력차이를 생기지 않도록 조절하는 역할을 합니다. 

이관이 막혀 있으면 압력조절이 안되어 고막이 진동하는데 댐핑(damping)이 되고, 귀가 먹먹하게 됩니다. 

그래서 이관은 킥드럼(베이스드럼)이나 베이스 리플렉스(Bass reflex) 스피커의 포트(port) 역할을 합니다. 

베이스리플렉스형 스피커에 비해 밀폐형 스피커가 능률이 낮은 것을 생각하면 이해가 쉽지요.

 


5. 달팽이관(Cochlea) : 멀티밴드 컴프레서(Multi-band compressor), AD컨버터(AD converter) 역할


내이에 있는 달팽이관은 림프액으로 채워져 있고, 16,000개의 유모세포(hair cells)가 이 림프액체의 

진동으로 부터 소리를 감지합니다. 

달팽이관은 2.5바퀴 감겨져 있는데 위치별로 서로 다른 주파수를 감지합니다. 

중심부로 갈수록 저음역을 감지하게 됩니다.


달팽이관 안의 림프액에 전달되는 아날로그 소리의 진행파를 16,000개의 유모세포가 디지털 신호형태로 

감지하는 역할을 합니다. 각각의 유모세포들은 디지털신호처럼 on/off (0과 1의 이진수)로 감지합니다.



달팽이관 안의 유모세포는 외유모세포(outer hair cells)와 내유모세포(inner hair cells)로 나뉘어지는데, 

외유모세포는 그 위치별로 감지하는 주파수가 다르며, 내유모세포는 과도한 진동을 댐핑(damping)하는 역할도 합니다. 

그래서 유모세포들은 주파수별 컴프레서 역할 즉, 멀티밴트 컴프레서 기능을 하는 것입니다. 

유모세포들은 림프액의 주파수별 진동을 on/off 이진수의 디지털 신호로 만들어 달팽이관신경(Cochlear nerve)을 

통해 뇌로 전달합니다.



6. 달팽이관 신경(Cochlear nerve) : 디지털케이블(Digital Cable)


달팽이관에서 뇌로 연결되는 신경은 디지털신호를 전달하는 디지털 케이블의 역할을 하게 됩니다. 

그것도 케이블이 한 줄이 아니고 수 많은 다발로 된 디지털케이블의 역할을 합니다. 

뇌에 전달된 디지털 음성신호를 뇌에서는 분석하고 기억하고 저장합니다.

우리 뇌는 태어나서부터 학습되어진 녹음된 소리의 주파수 패턴들을 기억해 내면서 소리를 듣고 

분별하게 되는 것입니다. 어떤가요? 우리 귀는 매우 복잡미묘합니다. 

레코딩 스튜디오와의 비교, 재밌지 않나요?


레코딩 엔지니어, SR 엔지니어, 사운드 믹싱 엔지니어 등의 경력을 쌓거나 하이파이 오디오매니아 이시라면,  

모니터 스피커 청취 볼륨을 줄이시고 금연을 하시고 적당한 운동과 함께 청력건강에 힘써야 합니다. 

그렇지 않으면 20년 뒤에 직업을 잃을 수도 있고, 오디오 취미생활을 하지 못할 수 있습니다.



부족한 글 읽어주셔서 감사합니다^^


 

김포 스타키보청기 청각음향연구소

http://www.hearbest.net

031-985-8033