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4. 청각의 구조

그림 2.1에서 보여진 우리 귀의 기본적 구조는 음향의 인지 체계를 쉽게 이해하기 위하여 제공되었다. 일반적으로 귀는 내이, 중이, 외이의 세 부분으로 구분되어진다. 외이(outer ear)는 음향을 수집하고 고막(ear drum)으로 소리를 전달하기 위해 있다. 중이에서는 고막을 통한 진동을 내이로 전달한다. 이 인식된 소리는 내이에서 분석되며 전기적 신호로 바뀌어 청신경을 통해 뇌로 전달된다.

그림 2-1 청각 구조의 이해

청각 구조를 자세히 보기로 하자. 귓바퀴(pinna)에서 음파가 수집되고 파이프 공진기(2 ~ 5kHz)의 역할을 하는 외이도(ear canal )을 통해 발산되면 고막이 자극되어 전해오는 압력으로 기계적 진동을 중이에 일으키게 된다. 이러한 기계적 진동은 난원창(oval window) 의 이소골(ossicles)에 의해 30배로 증폭되어진다. 이소골은 아주 시끄러운 소음 또는 갑작스런 압력으로부터 내이를 보호하는 역할을 추가적으로 수행하며 음향적인 필터 역할을 수행한다. 난원창에 맞선 중이 속의 등골(stapes) 의 진동은 내이의 달팽이관(cochlea)의 압력 변화를 초래하게 되며 두개골 밑의 세포를 기계적 진동으로 자극하게 되며 피질 기관의 모공 세포에서 청신경을 통해 뇌로 전기적 자극을 전달하게 된다.
(좀 더 자세한 귀 구조의 이해를 위해 다음을 참고 바랍니다.)

사람의 귀의 구조는 크게 외이, 중이 그리고 내이로 구분할 수 있다. 외이란 연골로 형성된 귓바퀴와 귀지가 생기는 외이도로 이루어져 있으며 외이도는 바깥 쪽 1/3의 연골부와 안쪽 2/3의 뼈 부위로 되어 있고 연골부에 이구선, 피지선 등이 있다. 외이와 중이의 경계 부위에 고막이 있으며 고막의 안쪽을 중이라고 하는데 중이 안에는 아주 조그마한 3개의 뼈들이 있어 외이를 통해 들어온 소리가 고막을 진동시키면 소리를 내이로 전달하는 역할을 하고 있다. 마지막으로 내이는 소리를 감지하는 달팽이관과 몸의 균형을 담당하는 세반고리관이 있으며 세반고리관은 소뇌와 같이 작용하여 몸의 평형을 유지하게 되며 이 세반고리관에 이상이 있을 경우 현기증이 오며 몸의 균형에 이상이 초래된다. 이와같이 귀의 기능은 크게 소리의 감지와 몸의 평형유지 기능으로 나눌 수 있다. 인간이 들을 수 있는 가장 낮은 진동수는 16Hz이며 가장 높은 진동수는 20000Hz인데 음역이 풍부한 오르간이 내는 소리를 예로 든다면 16-32Hz의 소리가 첫 음정이 되며 32-65Hz의 소리가 둘째 음정이 된다. 보통 60세를 넘으면 노인성 난청으로 5000Hz 이상의 소리는 청취가 어렵게 되지만 대부분의 음악은 5000Hz 이하의 진동수를 가진 악기들로 연주되므로 록음악에서 베토벤의 교향악에 이르기까지 음악을 감상하는 데는 어려움이 없다.

음의 전도과정을 알아보면 음파가 내이로 도달하는 전도를 세 가지로 생각할 수 있다. 외이도로 들어온 음파에 의한 고막의 진동이 이소골 연쇄를 거쳐서 난원창으로 들어가는 것을 공기 전도라 한다. 고막을 거치지 않고 두개골을 통하여 직접 내이로 전해지는 것을 순수 골전도라 한다. 두개골을 통하여 이소골 연쇄를 거쳐서 난원창으로 전도되는 것을 골고실 전도라 한다. 이개는 음파를 모아서 외이도로 도입하는 집음관 역할을 한다. 외이도는 S자 모양의 굴곡으로 음파를 반사하여 고막 쪽으로 보내는 공명기 역할을 한다. 정상인의 자연공명은 2,000-3,000Hz 정도에서 약 20dB로 가장 크다. 고막에 도달한 음파는 고막을 진동시키고, 이는 이소골에 충실히 전달된다. 고막은 음압을 늘리고 진폭도 늘리는 데, 저음이 고음보다 진폭이 크다. 고막 결손시 약30dB 정도의 손실이 생기게 된다. 중이는 공기 중의 음파를 액체 상태인 내이액으로 전도시키기 위해서 필요한 기관이다. 음파는 음향 특성이 다른 매체에는 그대로 전도되지 않고 반사되게 된다. 또한 만약 중이 및 이소골이 없으면, 음파가 정원창과 난원창에 직접 동시에 들어가게 되어 관성 및 골벽의 저항으로 저항이 매우 커지게 된다. 이소골 연쇄는 한쪽 창에만 음파를 전도하게 되어 저항을 줄이는 역할을 한다. 그래서 중이가 음압 변환기로서 존재한다고 하며, 내이의 저항을 줄이는 역할을 한다. 중이의 한 부분인 구씨관은 중이강과 목 뒤의 비인강을 연결하는데 구씨관의 상부는 뼈로 구성되어 항상 열려 있으며 그 하부는 연조직으로 구성되어 평상시에는 닫혀있는 상태이다. 구씨관(유스타키오관)은 고막을 중심으로 하여 외이와 내이의 공기압력의 균형을 이루어주는 역할을 하며 구씨관은(유스타키오관) 삼키는 운동이나 하품을 할 때 세 번에 한번 쯤 열려서 외부공기를 중이강 내로 받아들여 외부의 대기압과 평형을 이루게 하며 정상인이 비행기를 타거나 혹은 갑작스런 고도 변화가 있을 때 느끼는 귀가 멍한 감각은 이와 같은 기압의 평형 과정으로 인한 것이다. 이관은 고실의 환기, 기압유지, 중이의 병적 분비물의 배설작용을 한다. 이내근, 등골근, 고막장근 등은 강한 음에만 반사적으로 수축하여 강한 음에 의한 내이의 손상을 방지한다.