소리가 들리는 이유






1. 소리는 어떻게 들릴까?

소리는 물체에 따라 각기 틀리며 이것을 사람들은 보지 않고도 구별해 내는데 이러한 서로 다른 소리는 소리의 높낮이와 음폭 차이로 구별이 가능하다. 사람의 귀에 전달되는 소리는 공기 진동에 의해 전달되며, 이 음파는 우리의 귀에 도달해서는 고막을 진동시켜 청신경을 통해 대뇌에 전달되므로 소리를 구분해 낼 수 있는 것이다.

2. 소리가 들리는 과정

공기의 진동은 귓바퀴에서 모아져 귓구멍을 통하여 귀청에 부딪쳐 귀청을 진동시킨다. 이 진동은 가운데귀 속의 3개의 귓속뼈의 진동으로 바뀌어져 확대되어 전정창을 통하여 속귀로 전해진다.

속귀에는 달팽이관이 있는데, 진동은 달팽이관속의 림프액으로 전해지고, 림프액의 진동은 청각 세포(듣기 세포)를 자극한다. 청각 세포에는 털이 나 있어서 진동하면 그 털이 위의 막에 닿아 있으므로 흔들려서 진동을 깨닫게 된다. 그렇게 하여 청신경(듣기 신경)에서 대뇌로 전해지는 것이다. 이러한 작용을 하는 데는 약 1/500초의 시간이 걸린다.

3. 소리를 전달하는 것

소리는 연속되는 잔물결처럼 눈에 보이지 않는 파동으로 공기나 여러 가지 물체를 통하여 퍼져 나간다. 이것을 ‘음파’라고 한다. 이 음파는 공기 중으로 퍼져 나가 우리의 귀에 전달되어 소리가 들리게 된다.

북을 치게 되면 촛불이 흔들리는 데, 이것은 공기의 진동(떨림) 때문이다. 북을 치면 북 근처의 공기를 떨리게 하여 촛불을 흔들리게 하는 것이다. 반면에 공기가 없는 진공 속에서는 음파를 전달할 매질이 없으므로 소리가 전달되지 않는다. 플라스크 속에 방울을 매달고 플라스크 안을 진공으로 만든 후, 플라스크를 흔들어 보면 아무 소리도 들을 수 없다. 즉 플라스크 속에는 방울 소리를 전달할 매질(공기)이 없기 때문에 소리를 들을 수 없다.

4. 소리가 퍼지는 모양

소리는 주위에 가리는 것이 없을 때는 공기 속을 사방으로 퍼지면서 전달되어 가므로 어느 방향에서도 들을 수 있다. 그리고 소리는 음원에 가까울수록 크게 들리고, 음원에서 멀수록 작게 들린다. 또한 소리는 물체에 가려져도 돌아서 전달된다. 이런 현상을 회절이라고 한다.

5. 소리의 속도

소리의 속도를 음속이라고 하는데, 소리는 매질에 따라 그 속도가 다르다. 공기와 물 등의 기체나 액체로 전달될 때는 늦고, 유리나 철과 같은 고체로 전달될 때는 빠르다. 소리가 고체>액체>기체 순서의 빠르기로 전달되는 것은 고체에는 작은 알갱이(분자)들이 기체나 액체의 작은 알갱이(분자)들보다 더 꽉 차있기 때문에 빠른 것이다.

6. 소리의 반사

소리는 물체에 부딪치면 일부는 반사되고 일부는 흡수된다. 소리는 단단하고 평평한 것에 닿으면 잘 반사되지만 부드럽고 표면에 구멍이 뚫린 것에 닿으면 흡수되고 만다.

[응용발전]

1. 소리의 발생
대부분의 소리는 고체 액체 기체에서 역학적인 진동에 의해 발생합니다. 고체 진동자는 현, 막대, 얇은 막, 판, 종 등이 있습니다. 액체 음원으로는 물이나 공기의 와류가 있고 기체 형태의 음원으로는 파이프오르간, 호루라기, 폭발, 기체의 와류 등을 예로 들 수 있습니다. 스피커나 전화수신기 등은 전기적, 자기적 효과에 의해 소리를 냅니다. 전자 제품의 스피커, 이것을 전기 음향 기구라고 하지요. 막대, 막, 진동판 등 소리를 내는 부분과 자성 합금을 연결한 뒤 가까이에서 전자석에 교류 전류 등으로 전기적 진동을 주면 자성 합금이 움직이면서 전기적 진동이 기계적 진동으로 바뀝니다. 음원이 공기 중에서 진동하면 주위의 공기도 같이 진동합니다. 진동에 따라 공기가 눌리기도 하고 당겨지기도 하는 것입니다. 이에 따라 공기의 밀도가 높은 곳과 낮은 곳이 생깁니다. 높은 곳을 밀, 낮은 곳을 소라고 하지요. 이 소와 밀의 상태가 반복되며 진동이 퍼져나갑니다.

진동이 공기를 통해 퍼져 귀에 도달하면 고막이 진동하고, 이 진동이 중이,내이를 거쳐 청신경을 타고 대뇌로 전달됩니다. 대뇌는 소리의 내용을 파악하는 것은 물론, 두 귀에 들리는 소리의 차이까지 분석해 소리가 들려온 방향과 거리 등도 판단합니다.


2. 귀의 구성 요소
사람의 귀는 크게 외이, 중이, 내이로 이루어져 있습니다. 외이는 귓바퀴, 외이도, 고막으로 이루어져 있습니다. 귓바퀴는 음파를 한데 모으는 역할을 합니다. 외이도는 음파의 전달통로가 되며, 고막은 음파에 의해 진동합니다. 중이는 청소골과 유스타키오관으로 구성되었습니다. 청소골은 고막의 진동을 증폭시켜 내이의 난원창으로 전달합니다. 망치뼈, 모루뼈, 등자뼈 등으로 이루어져 있습니다. 유스타키오관은 중이 속의 압력을 외이의 압력과 같게 만들어줍니다. 내이는 달팽이관, 반고리관, 전정기관으로 이루어져 있습니다. 이중에서 청각과 관련되는 것은 달팽이관입니다. 달팽이관은 다시 전정계, 고실계, 달팽이 세관으로 세분됩니다.

3. 또다른 귀
귀는 척추동물에서만 찾아볼 수 있는 기관입니다. 그러나 무척추동물도 청각기능을 담당하는 비슷한 기관을 갖고 있습니다. 귀뚜라미류 매미류 나방류는 복부나 가슴, 첫 번째 다리 등에 고막기관이 있으며 바퀴벌레는 복부의 미모기관을 이용합니다.



4. 가청 범위
소리가 사람의 귀에 전달되도 듣지 못하는 경우가 있습니다. 사람이 감지할 수 있는 음파에는 한계가 있기 때문입니다. 이 한계를 가청 범위라고 합니다. 일반인이 들을 수 있는 소리는 진동수가 16 – 200헤르츠(Hz) 범위 내에 있습니다. 이 범위보다 진동수가 큰 소리를 초음파라고 합니다. 또 여러 사람이 동시에 말을 할 경우는 여러 개의 음파가 뒤섞이므로 잘 알아듣기 어려워집니다. 원리는 조금 다르지만 귀처럼 소리로 거리를 측정하는 기구가 있습니다. 바로 잠수함의 소나입니다. 자동차가 달려올 때와 멀어져갈 때 소리의 높이가 다르게 들리지요? 이 현상을 도플러효과라고 합니다. 수신자가 정지한 상태에서 음원이 운동할 때 음원이 멀어지면 수신자가 듣는 소리의 진동수는 음원이 내는 소리의 실제 진동수보다 작아져 음의 높이가 낮아집니다. 반대로 음원이 가까워질 때는 실제 진동수보다 켜져 음이 높아집니다. 소나는 소리를 쏘아보낸 뒤 물체에서 반사되는 소리와 원래 소리의 진동수를 비교하는 방법으로 물체의 운동방향과 거리를 측정합니다.