인간공학 실험 - 청각

소개글

인간공학 실험 - 청각에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. Introduction
1. 실험 배경 및 목적
2. 이론적 배경

Ⅱ. Method
1. 실험 환경 (1) 제약 조건
2. 피 실험자(Subject)의 선택
3. Experiment Apparatus
4. Experiment Procedure

Ⅲ. Result
1. Data collection
2. Statistical Analysis

Ⅳ. Discussion
1. 결과 요약
2. 결 론
3. 결과에 따른 응용 고찰

[Reference]

본문내용

및 목적
인간은 항상 여러 종류의 음에 둘러싸여 살고 있다. 이들 음 중에서도 음악처럼 즐거운 음은 생활의 피로를 풀어주고 기분을 전환시켜 주나 생활 활동을 방해하는 음도 있다. 이러한 음들은 우리가 감지할 수 있는 것이 있는가 하면 감지하지 못하는 것도 존재한다. 인간이 감지하는 자극은 여러 가지 형태, 즉 빛ㆍ열 에너지, 기계적 에너지, 화학적 에너지, 소리 등으로 이루어져 있으며, 이러한 자극은 인간의 외계 감각 수용기(exteroceptors ; 귀, 눈, 코, 피부 등)라 알려져 있는 오감(시각, 청각, 미각, 후각, 촉각 등)을 통해 감지하게 된다. 그중 청각은 어떤 범위의 주파수의 음파가 청각기를 자극하여 생기는 감각이다.
우리는 이 실험을 통해 인간이 가지고 있는 여러 감각 중에 하나인 청각의 대해 알아보고, 그를 통해 인간이 가지고 있는 소리의 능력을 알아보고자 한다. 이는 시스템을 설계하는데 있어서 청각을 고려하게 되어 시스템을 인간에게 보다 안전하게 설계할 수 있을 것이고 또한 효율성을 높이는 등의 이점을 얻을 수 있을 것이다.
2. 이론적 배경
청각 표시장치 및 음성통신
(1) 청각과정
청각과정(hearing process)에 대하여 검토하기 위해, 먼저 귀의 해부학적 특성을 살펴보고, 귀에 감지하는 물리적 자극(즉, 음의 진동)에 대하여 언급하기로 한다.
1) 귀의 구조
귀는 그림Ⅰ-1에 있는것 같이 해부학적으로는 외이, 중이, 내이로 나뉜다.
<그림Ⅰ-1 청각과정>
① 외이(Outer ear, external ear)
외이는 소리를 모으는 역할을 수행한다. 외이는 귀바퀴(auricle, pinna, concha), 외이도(auditory canal, meatus) 및 고막(ear drum, tympanic membrane)으로 이루어져 있다.
② 중이(Middle ear)
외이와 중이는 고막을 경계로 하여 분리된다. 고막 안쪽의 중이에는 중이소골(ossicle)이라 불리는 3개의 작은 뼈들[추골(malleus), 침골(incus), 등골(stapes)]이 서로 연결되어 있어 고막의 진동을 내이의 난원창(oval window)에 전달한다. 등골은 난원창막 바깥쪽에 있는 내이액에 음압 변화를 전달한다. 이 전달과정에서 고막에 가해지는 미세한 압력변화는 22배로 증폭되어 내이로 전달된다.
③ 내이(Inner ear, internal ear)
내이의 달팽이관(cochlea)은 달팽이 모양의 나선형으로 생긴 관으로 내이는 림프액으로 차있다. 중이소골(등골)이 음압의 변화에 반응하여 움직이면, 그 움직임이 전달되어 이 액이 진동한다. 이에 따라 얇은 기저막(basilar membrane)이 진동하고, 이 기저막의 진동은 극미한 압력 변화에 민감한 유모세포(hair cell)와 말초신경(nerve ending)이 있는 Corti씨 관에 전달된다. 이 말초신경에서 포착된 신경 충동(neural impulse;전기신호)은 청신경을 통해서 뇌에 전달된다. 이 자료들을 정리하여 의미 있는 소리로 전환시키는 것은 뇌의 임무이다. 따라서 우리는 귀로 듣고 있지만 사실은 뇌가 듣는 것이다.
2) 음의 특성 및 측정
음(sound)은 어떤음원으로부터 발생되는 진동에 의하여 발생되며, 여러 가지 매체를 통해서 전달된다. 그러나 여기에서는 대기를 통해야 전달되는 진동을 다룰 것이다. 음의 가장 기본이 되는 특성으로 음의 진동수(또는 주파수)와 강도(또는 진폭)가 있다.
① 음파의 진동수(Frequency of sound wave)
음파의 진동수를 살펴보기 위해 비교적 간단한 음원인 음차(tuning fork;소리굽쇠)를 생각해 보자. 음차를 두드리면 음차는 고유 진동수로 진동하게 되는데, 음차가 진동함에 따라 공기의 입자는 전후방으로 움직이게 된다. 이에 따라 공기의 압력은 증가 또는 감소한다. 음차 같은 간단한 음원의 진동은 정현파(sine wave;사인파)를 만든다. 단순 사인파는 중심선 상하가 거울상의 파형을 보이며, 이러한 파형이 계속 반복된다. 1초당 사이클 수를 음의 진동수(주파수)라 하고, Hz(hertz)또는cps(cycle/s)로 표시한다. 물리적 음의 진동수는 인간이 감지하는 음의 높낮이와 관련된다.
음계(musical scale)에서 중앙의 C(도)음은 256Hz이며, 음이 한 옥타브(octave) 높아질 때마다 진동수는 2배씩 높아진다. 보통 인간의 귀는 약 20~20,000Hz의 진동수를 감지할 수 있으나 진동수마다 감도가 다르고 개인에 따라 차이가 있다.
② 음의 강도(Sound intensity)
음의 강도는 단위면적당의 동력(Watt/m2)으로 정의 되는데, 일반적으로 음에 대한 값은 그 범위가 매우 넓기 때문에 로그(log)를 사용한다. Bell(B;두 음의 강도 비의 로그값)을 기본 측정단위로 사용하고, 보통은 dB(decibel)을 사용한다(1dB=0.1B).
음은 정상 기압에서 상하로 변하는 압력파(pressure wave)이기 때문에 음의 진폭 또는 강도의 측정은 이러한 기압의 변화를 이용하여 직접 측정할 수 있다. 그러나 음에 대한 기압치는 그 범위가 너무 넓어서, 음압수준(sound-pressure level:SPL)을 사용하는 것이 일반적이다.
음원출력(sound power of source)은 음압의 제공에 비례하므로, 음압수준은 다음과 같이 정의될 수 있다.
P1은 측정하고자 하는 음압이고, P0 는 기준 음압()이다. 이 식을 다시 정리하면 다음과 같다.
또한 dB은 상대적인 단위이며, 두 음압 P1, P2 를 갖는 두 음의 강도차는
이다.
③ 복합음(Complex sound)
순음이란 거의 없으며, 악기의 음도 순음이 아닌 다른 음과의 조합으로 구성되어 있다. 복합음을 묘사하는 데는, 개별적인 성분음 파형을 복합 파형으로 합성하는 것과, 음을 여러 주파수대(frequency band)로 나누고 각 대의 음의 강도를 나타내는 주파수대별 분포(spectrum)를 사용하는 것 두 가지 방법이 있다.
표Ⅰ-1 음별 dB수준과 에너지비
소 음 원
dB
음압비
음에너지비1)
sone
경보 사이렌
140
107
1014
1,024

키워드

청각,   인간의 감지능력,   음파의 범위