화성에서는 소리를 질러도 아무도 당신의 고함소리를 들을 수 없다. 미국 펜실베이니아주립대 라일 롱 박사팀은 화성 대기를 통해 음파가 진행하는 과정을 보여주는 모델을 공개했다. 음파가 전달되기 위해서는 분자들이 서로 충돌해야 하기 때문에 소리를 전달하는 매질의 밀도가 높을수록 음파가 더 잘 진행한다. 화성 대기는 대부분 이산화탄소이고 밀도는 지구 대기의 0.7%에 불과하기 때문에 지구에서 수km 진행하는 소음이 화성에서는 수십m 진행하다 사라진다.
어렸을 때부터 가는 귀가 먹긴 했었다.
가는 귀라고 하면 뭘까 생각하시는 분이 계실까봐 말씀드리는데, 남의 말이나 예상치 못한 상황에서 소리를 듣고 해석하는 능력을 말한다. 나는 남의 말을 들었을 때 남이 뭐라 말하는지 잘 못 알아듣는 경향이 좀 강하다.
(거기다가 호기심 또한 왕성해서 남들에게 질문을 무지 많이 하는 편이다.)
그런데 가는 귀는 소리를 듣는다는 것과는 별로 상관이 없다. 소리를 듣는 행위는 귀에서 음파를 전기신호로 바꾼다는 것인데, 가는 귀는 그 소리의 의미파악을 뇌에서 하는 것이니까....
어렸을 때부터 나는 유달리 소리에 민감했다. TV가 노후되면서 TV에서 나는 '삐~' 소리를 유달리 민감하게 싫어하기도 했고, 최근에도 오디오기기들을 들으면 128로 인코딩된 mp3인지 256 이상으로 인코딩된 mp3 파일인지 상당히 민감하게 구분하기도 한다. (만약 내가 구분하지 못한다 하더라도 귀가 알아서 구분한다. 한참 들으면 더이상 못 듣겠다고 귀가 시위를 한다.)
최근 청력테스트라는 것이 유행이다.
뭐 별건 아니고, 얼마전에 청소년들에게만 들리고, 어른들에게는 안 들리는 전화벨소리가 LGT에서 출시된 이후 스펀지에서 이에 대해 검증하는 프로그램을 방송했고, 인터넷에서 이와 관련된 시험을 하는 게시물이 마구 올라오고 있다.
사람은 본시 2만~20Hz 사이의 소리를 들을 수 있다는데, 나이를 들면 들수록 고주파수 음파에 대한 귀의 감도가 떨어져서 결국은 높은 소리일수록 어른들은 듣기 힘들어진다. 간혹 지휘자 같은 사람들은 2만Hz 이상의 소리도 들을 수 있는 사람들이 있다고는 하는데, 이건 일반적이지 않다고 생각한다.
많은 분들이 게시물을 올려주셔서 나도 여러번 측정해 봤는데, 나의 한계는 21100Hz까지 들을 수 있다. 이론적으로 나는 인간의 한계를 능가한 상황이다. 그런데 어렸을 때는 더 소리에 민감했었다는 것을 생각한다면 뭔가 좀 이상하다. ^^; 나는 애초부터 지휘자처럼 2만Hz 이상의 소리를 구분할 수 있는 능력이 있었던 것이었나?
그런데 예전 스펀지에서 나오던 테스트에서는 거의 정확히 내 나이와 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.
왜 이런 차이가 나타나는지는 모르겠다. 혹시 볼륨과 상관이 있었던 것은 아닐까? (스펀지를 다운받아서 실행해 보자.^^;)
확실한 건.... 귀가 예민하다는 것이 결고 좋지는 않다는 것이다.
자동차를 타고 산을 오를 때 - 남들은 아무렇지도 않은 높이 (해발 100m 정도를 빨리 올라길 정도만 되도...) 에서도 귀가 멍해져 버린다. 비행기를 타도 귀가 많이 아프다. (비행기는 안전상 이륙한 뒤에 감압을 한다. - 비행병이 발생하는 원인이 이 감압 때문이라는데....)
이어폰으로 음악을 오랫동안 듣고 있으면 귀가 너무 아프다. 남들은 오디오 등을 장만할 때 적당히 들으면서 좋은 음질이라고 하는데, 나는 아직 내 마음에 드는 오디오를 접해본 적이 없다. ㅜㅜ
그래서 이 글의 결론은....
1. 위의 테스트가 믿을 수 있는가? - 글쎄~ ???
2. 능력이 한 방면으로 특출나면 좋은가? 오히려 불편하다!!
3. 그냥 있는대로 적당히 살도록 노력하자!
ps. 또 다른 사이트에서 해봤더니 22000Hz까지 들을 수가 있군요. 23000Hz는 잡음이 심해서 잘 모르겠구요.
여러분들도 한번 해보세요. ^^
음파는 소리를 이야기한다. 따라서 소리는 우리가 모두 잘 알고 있으므로 개요 설명만 하자. 1. 소리의 성질 소리라는 것은 기체, 액체, 고체를 모두 통과하며, 심지어는 플라즈마도 통과하는 성질을 갖고 있다. 그러한 이유는 소리는 지진파 중에서도 P파의 성질을 갖고 있기 때문이다. 이미 이전에 설명했지만 지진파 중에서 P파는 파동이 전파되는 방향과 매질이 이동하는 방향이 일치하는 경우를 말한다. 액체나 기체의 경우에는 매질을 구성하는 입자와 주변의 다른 매질을 구성하는 입자 사이에 작용하는 힘이 크지 않고, 또 꼭 한 자리에 위치하려는 성질도 없으므로 S파 같은 파동은 잘 전달될 수가 없다. 그래서 액체나 기체의 경우에는 S파는 전달되지 않고 P파만 전달되게 된다. 2. 지구의 중심부 탐험 이렇게 P파만 전달되는 현상을 이용해서 과학자들은 지구의 외핵이 액체로 되어 있다는 것을 알았다. 그 이유는 아무리 큰 파동을 발생시켜도 S파가 지구의 반대편으로는 전달되지 않았기 때문이다. (지구의 표면을 따라 전파되는 경우는 있을 수도 있겠다.) 지구의 외핵의 성분은 니페합금이라고 부르는데 이는 주성분으로 추정되는 니켈(Ni)과 철(Fe)을 그냥 합해놓은 것뿐이다.( Ni + Fe = Nife... -_-) 또한 내핵과 외핵의 주성분이 니켈과 철이라는 것은 단지 추정일 뿐이다. 지구과학의 발달로 얻게 된 밀도 계산으로 얻은 데이터를 토대로 하여 지구 내부에 존재하는 성분의 주성분은 Ni과 Fe로 이뤄졌을 것이라고 그냥 추정한 것이다. 물론 별똥별로부터 추정되기도 했다. 별똥별은 태양계 생성 초기에 지구와 같이 형성된 것들인데, 운이 좋게도 지구를 비롯한 몇몇은 다른 소행성과의 충돌로부터 필요한 질량을 재빨리 확보하게 됐다. 하지만 대다수의 많은 작은 돌덩어리들은 지름 수km정도까지 커져서 뜨거워진 상태에서 더 이상 커지지 못하고 식어갔다. 그 결과 다른 소행성들과 충돌할 때 중력이 약해서 합쳐지지 못하고 오히려 자신을 덮고 있던 지각 성분들이 떨어져나가게 됐고, 급기야는 내부 구성물이었던 무거운 성분들도 조각조각 떨어져 나가게 됐다. 이 조각들은 지구의 내부 구성성분과 똑같은 성분일 것이다. 물론 이런 물질들이 꼭 소행성에서만 발생된 것은 아니고 흔치 않은 일로서 커다란 천체들끼리 충돌하여 하나가 되면서도 수도 없이 우주로 방출되는 경우도 있었을 것이다. 이렇게 방출된 파편들(철운)을 관찰함으로서 지구 내부의 구성성분을 짐작할 수 있게 된 것이다. 이러한 파편들을 연구한 학자들은 이들 파편들 중 일부는 일반적인 환경에서는 형성될 수 없고 아주 큰 압력 하에서나 생성될 수 있는 것들이 있음을 발견하였다. 물론 이러한 증거들이 있다고 하더라도 지구 중심부에 대한 지식들은 모두 추정이다.
반면 내핵이 고체라는 것도 추정이긴 한데 이는 압력에 따른 NiFe합금의 융용을 연구한 결과이기도 하다. (따라서 내핵과 외핵의 구성성분은 거의 같을 수밖에 없다.) 이 내핵의 존재를 알아낸 것은 매우 힘든 일이었는데, 액체와 고체의 경계면에서 지진파(P파니까 소리...)가 반사되었기 때문이다. 3. 공기 중에서의 음파의 특이점 고등학교 물리나 화학을 공부한 사람들은 이미 다들 알고 있겠지만 기체에 대해서 생각할 때 꼭 필요한 것이 '이상기체의 상태방정식' 이다. 이상기체의 상태방정식은 간단한 장점이 있지만, 실제 기체에는 적용되지 못한다. 그 이유는 이상기체를 정의할 때 기체분자의 크기와 기체분자들 사이에 작용하는 힘을 없다고 가정했기 때문이다. 실제 기체의 경우는 다른 여러 가지 방정식이 쓰이는데, 특히 제일 유명한 것은 반데르발스 방정식이다.(유명한 이유는 실제 기체의 움직임을 잘 설명하면서도 비교적 간단하기 때문이리라.)
일반적인 파동의 속도를 계산할 때는 파동의 모양을 정현(Sine)파라고 가정하고 계산한다. 또 대부분의 경우에는 이 이론이 맞다. 참 신기한 것이 모든 파동은 Sine함수의 모양을 하고 전파되어 나간다는 것이다. 파동의 속도를 계산할 때는 매질의 밀도와 내부 인력 등으로 인해 발생하는 여러 가지 물리량을 통해 계산하게 되고, 주로 정현파의 맨 꼭대기 부분을 원과 같다고 놓고서 계산한다. 이 방법은 파동이면 S파나 P파나 상관하지 않고 통용되는 범용적인 방식이다. 하지만 음파의 경우는 이 방식이 통하지 않는다. 뉴턴이 인류 최초로 음파의 계산에 도전했지만, 그의 답은 실제 음속의 2/3 정도밖에 되지 않았다. 뉴턴은 그 이유를 알 수 없었다. 뉴턴 시대에는 기체의 성질이 전혀 알려지지 않았었기 때문이다. 뭐.... 그래서 뉴턴은 음속 계산을.... 그냥 포기했다. ^^;;;;
실제로 뉴턴이 음속을 계산하는 방식은 이상기체의 상태방정식을 기초로 하여 이뤄져 있었다.
P V = n R T
이 공식을 이용해서 음속을 계산하려면 온도(T)가 고정되어 있다는 가정이 필요하다. 온도가 일정하면 압력과 부피는 반비례관계가 성립하여 소리를 정현파로 계산할 수 있기 때문이다. 하지만 실제로는 음파가 지나갈 때 기체의 온도는 계속해서 변하고 있다. (음파발광학 참고) 따라서 압력과 부피의 사이에 반비례관계가 엄격히 형성되지 않고, 속도는 뉴턴의 계산을 따르지 않았던 것이다.
이러한 현상은 한 가지 재미있는 부가적 현상을 일으킨다. 파동의 기본적인 성질 하면 중첩과 독립일 것이다. 양쪽에서 진행하던 두 파동이 겹치면 두 파동의 평균이 됐다가 시간이 지나면 다시 두 개로 나눠지는 현상을 말한다. 이러한 현상은 파동이 전달하는 에너지와 운동량을 보존하는 것을 설명해 주고, 정상파를 설명하는 매우 유용한 성질임에는 틀림이 없다. 반면 음파의 경우는 기체분자들의 온도가 올라가면서 심각한 영향을 끼친다. 만약 두 개의 음파가 다른 방향으로 진행하다가 중첩된다면 중첩되는 부분의 공기 입자는 다른 곳보다 훨씬 더 높은 온도가 형성된다. 문제는 이렇게 비정상적으로 온도가 올라가면 소리의 형태가 바뀌게 된다. 다시 파동이 나눠질 때 독립성이 크게 훼손되면서 많은 소리에너지가 열로 발산되는 것이다.
그렇다면 소리가 중첩되면 소리의 맵시와 크기가 바뀌는가? 정답이다. 소리가 중첩되면 소리의 크기가 확연히 줄어들게 된다. 맵시가 줄어드는 것은 우리 귀로도 느낄 수 있다. 하지만 우리가 생활하면서 그것을 눈치 채지 못한다. 그것은 어렸을 때부터 소리가 중첩될 때 변하는 맵시를 우리가 경험을 통해서 변한다고 자연스럽게 생각하는 것이다. 어렸을 때부터 우리 귀는 그러한 맵시에 숙달되어서 우리가 그렇게 변하는 것인지도 모르는 것이다. 소리가 중첩되면 크기가 확 줄어드는 현상은 방음장치에 많이 이용된다. 소리가 경계를 지날 때 반사되는 것을 계속 이어져 오는 음파에 부딪히게 만듦으로서 소리를 대폭 감소시킬 수 있다. 외국의 뉴스에서 어떤 할머니가 시끄럽게 들려오는 자동차 경주장의 소음을 지붕에 커다란 스피커를 설치하고 음악을 크게 틀어서 막았다는 이야기는 할머니가 얼마나 현명했는지 알려준다. (할머니는 스피커 설치비와 유지비를 경기장 측에 청구했다고 한다.
4. 소리의 입자 phonon 이 개념은 간략하게 다루고 넘어가겠다. 나도 정확히 알지 못하는 것이기에..... 양자역학이 발전하면서 파동과 입자를 동일시하면서 모든 입자를 파동으로 생각하게 되었고, 모든 파동을 입자로 생각하게 됐다. 그 중 대표적인 파동인 빛을 photon이라는 입자로 생각하게 된 것은 아인슈타인의 가장 큰 업적이라고 할만하다. 후에 이와 똑같이 소리의 파동을 입자로 생각하게 됐는데 이 소리의 입자를 photon이라는 이름을 참조했는지 phonon이라고 부른다.
phonon은 우리말로 '소리알'이라고 부르는데, 고체 내에서의 소리의 전달 같은 복잡한 문제에서부터 스피커나 각종 구조재에 전달되는 소리를 계산할 때 매우 유용하게 사용된다. 하지만 계산이 복잡해서 대학교 4학년 실력으로는 계산을 끝까지 할 수가 없다. (양자역학에 관련된 대부분의 계산들이 그렇다.)
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