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인간의 청각기관은 외부의 소리자극에 대해 이를 감지하고 인식 할 수 있도록 신호를 전달하는 기관이다. 청각기관은 외이(outer ear), 중이(middle ear) 그리고 내이(inner ear)로 구분 할 수 있으며 외이는 외부의 소리자극에 대해 소리에너지를 귓바퀴에 모으고 이도공간을 통과하면서 특정 ...

인간의 청각기관은 외부의 소리자극에 대해 이를 감지하고 인식 할 수 있도록 신호를 전달하는 기관이다. 청각기관은 외이(outer ear), 중이(middle ear) 그리고 내이(inner ear)로 구분 할 수 있으며 외이는 외부의 소리자극에 대해 소리에너지를 귓바퀴에 모으고 이도공간을 통과하면서 특정 주파수 대역에 대해 공명을 일으킨다. 중이는 외부의 소리에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 내이로 전달하는 기능을 한다. 또한 내이는 전달된 기계적 자극에너지로부터 전기적인 자극으로 변환하여 청신경을 자극하고 인간의 뇌가 인식 할 수 있도록 한다. 이런 과정을 공학적으로 소리전달함수(sound transfer function, STF)로 나타 낼 수 있으며 외부로부터 이도의 입구까지의 머리전달함수(head-related transfer function, HRTF)와 중이 및 내이에 의한 청각기관전달함수로 구분 지을 수 있다. 머리전달함수는 대상의 구조 형상에 따라 영향을 받게 되는데, 대부분의 머리전달함수에 대한 연구는 서양인들의 기준으로 이루어져 있어 머리의 크기나 생김새 등이 다른 동양인과의 머리전달함수가 다르고, 이로 인해 머리전달함수를 이용한 음장구현 시 인식하는 정도가 각기 달라질 수 있다. 따라서 일본 등의 선진국들은 이미 자국민을 대상으로 머리전달함수에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 우리나라에서는 아직 그 관련 연구가 미흡한 실정이다. 본 논문에서는 이러한 기하학적 형상특징의 차이를 분석하기 위하여 한국인 표준두형에 대한 데이터를 이용하여 한국인 남‧녀의 표준두형더미를 제작하였고, 제작된 표준두형더미에 대해 고도와 방위각에 따른 머리전달함수를 각각 측정하고 이를 실제 한국인 대상에 대한 머리전달함수 측정결과와 비교하였다. 또한 이도공간에 대해 공간의 체적과 길이가 서로 다른 다양한 실험모델들을 제작하여 공명에 미치는 특성을 살펴보았다. 그리고 청각기관의 전달함수특성을 파악하기 위하여 고막의 응답을 이용한 중이의 변위전달함수를 측정하였다. 중이의 변위전달함수는 외부음향자극에 대한 고막의 운동반응을 비첩촉식 측정 장치인 LDV(laser Doppler vibrometer)를 이용하여 실제 대상에 대한 고막변위전달함수(tympanic membrane displacement transfer function, TMDTF)를 측정하였고, 유한요소 모델을 개발하여 그 결과를 비교하였다.
전체적인 연구 내용은, 개발한 한국인 두형모델의 머리전달함수와 KEMAR (knowles electronics mannequin for acoustic research)의 머리전달함수의 측정에 관한 내용을 다루었으며 인간의 소리인지 과정에 있어서 중요한 언어전달 영역의 주파수 대역에 공명을 일으키는 이도의 공간특성에 따른 응답에 대해 연구하였다. KEMAR와 한국인 남‧녀 머리전달함수 응답결과는 특정 주파수 영역에 대해 차이를 보이며 방위각의 변화에 따라 주파수 대역별로 응답결과가 변하기 때문에 신중한 판단이 필요하다. 또 이도공간은 공간체적의 영향보다는 길이의 영향이 공명주파수 결정에 크게 기여하는 것을 확인하였다. 중이의 전달함수는 실제 대상에 대해 고막과 이소골(ossicles)에 대한 응답을 측정하는 실험을 하였고, 이를 개발한 유한요소모델 해석결과와 비교하여 그 결과들을 정리하였다. 실제대상과 개발된 유한요소 모델의 결과는 비교적 잘 맞는 것을 확인 할 수 있다. 이상의 청각기관에 대한 소음진동해석에 관한 연구는 의학 및 공학 분야에서 다양하게 사용되어 질 수 있으며, 한국인의 소리전달함수에 대한 평균값의 결과로 개인의료기구나 중이재건수술 등의 청각기관 소음진동 관련분야에 비교검증 자료로 활용 될 수 있다. 이 연구는 지속적인 연구를 통해 보다 많은 통계적 데이터를 누적하고 표준화 시켜나가야 할 것이다.