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문제 정의
- 해양목장에서 음향순치 대상 어종으로 사용할 수 있는 조피볼락의 청각능력을 파악하여 해양목장화의 기초자료를 제공할 목적으로 조피볼락의 백색잡음에 대한 청각 임계비와 학습 및 유집을 위한 방성음압 강도를 조사한 결과는 다음과 같다.
가설 설정
- (b) Emission time and period of pure sound stimulus under white noise.
제안 방법
- 방성음의 수중음압과 수조내의 배경잡음은 수중청음기(B&K, 8103)를 어류의 머리 위치에 설치한 후 전치증폭기(B&K, 2635)와 휴대용 주파수 분석기(B&K, 2143)를 이용하여 1/3 옥타브 분석으로 각각 측정하였다. 방성음의 음압과 잡음의 주파수분석은 실험 전에 잡음의 측정은 정숙시와 잡음 발생시에 있어서 실험시간대에 있어서 반복 측정하였다.
- 1/3 옥타브 분석으로 각각 측정하였다. 방성음의 음압과 잡음의 주파수분석은 실험 전에 잡음의 측정은 정숙시와 잡음 발생시에 있어서 실험시간대에 있어서 반복 측정하였다.
- 백색잡음의 방성은 잡음방성 전의 배경소음의 주파수 60Hz의 음압을 기준으로 일정한 레벨을 유지하였으며, 배경잡음의 변화에 따른 청각 특성을 조사하기 위하여 감쇄기 (KENWOOD, RA-920)를 이용하여 주파수 60Hz를 중심으로한 음압 5dB 간격씩 배경 잡음을 가감하여가면서 73, 78, 83dB의 3단계로 설정하여 백색잡음을 방성하였다. 이때 실험어의 청각 문턱치 측정은 순음에 대한 조건학습이 완료된 실험어를 대상으로 조건학습에 사용한 음을 포함한 측정 주파수를 임의의 순서로 선택하여 청각 문턱 치 이상이라고 판단되는 높은 음압에서부터 순음의 방성음압을 3 ~ 5dB씩 감소시켜 가면서 방성하였다.
- 이때 실험어의 청각 문턱치 측정은 순음에 대한 조건학습이 완료된 실험어를 대상으로 조건학습에 사용한 음을 포함한 측정 주파수를 임의의 순서로 선택하여 청각 문턱 치 이상이라고 판단되는 높은 음압에서부터 순음의 방성음압을 3 ~ 5dB씩 감소시켜 가면서 방성하였다. 순음에 대한 실험어의 반응 유무는 심박간격으로 관찰하여 실험어가 감지할 수 있는 가장 작은 음압을 청각 문턱치로 취하였으며, 실험어가 방성음압에 반응을 나타낼 경우 음향 조건학습을 유지시키기 위하여 전기자극을 주었다. 실험 자료의 우연 오차를 줄이기 위하여 연속적으로 2회 이상 학습음을 방성하기 전보다 방성한 후에 심 박 간격이 길어졌을 때 학습음을 인식한 반응을 보인 최소 음압을 청각 문턱치로 결정하였으며, 측정 결과값중 다소 의외의 값은 청각문턱치에서 제외시켰다.
- 순음에 대한 실험어의 반응 유무는 심박간격으로 관찰하여 실험어가 감지할 수 있는 가장 작은 음압을 청각 문턱치로 취하였으며, 실험어가 방성음압에 반응을 나타낼 경우 음향 조건학습을 유지시키기 위하여 전기자극을 주었다. 실험 자료의 우연 오차를 줄이기 위하여 연속적으로 2회 이상 학습음을 방성하기 전보다 방성한 후에 심 박 간격이 길어졌을 때 학습음을 인식한 반응을 보인 최소 음압을 청각 문턱치로 결정하였으며, 측정 결과값중 다소 의외의 값은 청각문턱치에서 제외시켰다. 청각 임계비 (critical ratio : CR) 측정은 청각문턱치에 사용한 신호음의 주파수 음압을 T, 백색잡음의 스펙트럼의 레벨을 S라 할 때 T-S로 나타내었다.
- 1). 실험 주파수중 임의의한 주파수에 대해 방성하였을 때 3회 이상연속반응이 나타나면 음향에 대한 학습이 완료된 것으로 간주하였고, 각각의 음향학습실험 모두 전기 자극 후 실험어의 심박이 정상적으로 될 수 있도록 3 ~ 5분 이상의 시간 간격을 두어 음향학습을 시켰다. 이와 같이 실험어에 대하여 조건 학습을 완료시킨 후 30분 이상 경과한 후에 백색잡음에 대한 조피볼락의 청각특성을 측정하기 위하여 순음방성 1 - 2분전에 방성하면서 측정주파수를 방성하였다.
- 실험어 음향 조건학습의 음방성 방법은 실험어의 심박간격이 안정상태를 나타낼 때 지속시간 5초간의 순음을 임의의 순서로 방성하였으며, 방성개시 3초 후에 지속시간 0.1 초의 전기 자극 직류 전압 7V를 가하면서 학습을 시켰다. 이와 같은 음향과 전기자극 조건학습에 대한 실험어의 반응의 판정은 음향자극을 주기전 및 주었을 때의 심박간격을측정하여 음향자극을 주기 전보다 주었을 때의 심박 간격이 넓었을 때를 반응이 있는 것으로 하였다(Fig.
- 어류의 음향 조건 학습 및 청각 임계비를 측정하기 위하여 사용한 음향자극은 주파수 80, 100, 200, 300, 500, 800Hz의 순음을 이용하였으며, 주파수 200Hz의 순음을 약 120dB(0 dB re luPa)의 음압과 함께 직류 전압 7V의 전기 자극을 실험어에게 주면서음향 조건 학습을 시켰다.
- 어류의 청각 특성을 조사하기 위하여 사용한 실험장치는 박(1999)과 같이 수조 벽면에서 5cm 떨어진 지점에 양쪽에 공중 스피커(Promana, CB38)를 설치하고 신호 발생기(NF, 4500)의 신호음이 동위상으로 방성될 수 있도록 한 후 잡음발생기(B&K, 1405)와 함께 믹서(INKEL, MX-642)에 연결하여 신호음과 백색잡음을 동시에 방성할 수 있도록 하였으며, 이때 백색잡음은 수중에서 주파수가 높아짐에 따라 감쇄가 많아지므로 주파수 lKHz까지 음압분포가 일정하도록 이퀄라이져(INKEL, EQ-9231)를통하여 스피커에 연결하였으며, 심전도 도출용 낚시바늘로 마취시킨 물고기의 위심강 부근에 낚시 끝 부분을 삽입한 후, 실험어의 심전도를 관찰하였다.
- 이 연구에서는 제주 연안해역에 있어서 해양목장의 음향 순치 대상 물고기로 이용할수 있는 연안 정착성 어종인 조피볼락의 청각 문턱치 실험결과를 기본으로 순음을 마스킹하는 백색잡음 스펙트럼레벨을 단계별로 변화시켜가면서 조피볼락의 청각 문턱치를 측정하여 청각 임계비를 계산함과 동시에 마스킹이 발생하는 백색잡음의 스펙트럼레벨에관해서 조사 분석하였다.
- 이때 실험어의 청각 문턱치 측정은 순음에 대한 조건학습이 완료된 실험어를 대상으로 조건학습에 사용한 음을 포함한 측정 주파수를 임의의 순서로 선택하여 청각 문턱 치 이상이라고 판단되는 높은 음압에서부터 순음의 방성음압을 3 ~ 5dB씩 감소시켜 가면서 방성하였다. 순음에 대한 실험어의 반응 유무는 심박간격으로 관찰하여 실험어가 감지할 수 있는 가장 작은 음압을 청각 문턱치로 취하였으며, 실험어가 방성음압에 반응을 나타낼 경우 음향 조건학습을 유지시키기 위하여 전기자극을 주었다.
- 실험 주파수중 임의의한 주파수에 대해 방성하였을 때 3회 이상연속반응이 나타나면 음향에 대한 학습이 완료된 것으로 간주하였고, 각각의 음향학습실험 모두 전기 자극 후 실험어의 심박이 정상적으로 될 수 있도록 3 ~ 5분 이상의 시간 간격을 두어 음향학습을 시켰다. 이와 같이 실험어에 대하여 조건 학습을 완료시킨 후 30분 이상 경과한 후에 백색잡음에 대한 조피볼락의 청각특성을 측정하기 위하여 순음방성 1 - 2분전에 방성하면서 측정주파수를 방성하였다.
대상 데이터
- 실험어인 조피볼락 sebastes schlegeli의 전장은 270 ~ 300mm였으며, 가두리에 사육 중인 것을 연구소 수조로 옮겨 일정기간 이상 사육중인 것을 10여마리 실험에 사용하였고, 실험 기간은 1~2월과 9월에 실시하였으며, 실험중의 수온은 12~21℃였다. 실험수조에 설치후 12시간이 경과한 후 실험을 실시하였다.
성능/효과
- 배경잡음의 스펙트럼레벨을 73, 78. 83dB로 단계적으로 변화시켰을 때의 청각 문턱 치를 정리한 음발생전과 잡음발생후의 청각 문턱치를 비교하면 배경잡음의 상승에 따라 청각 문턱치의 값도 증가하는 경향이 보여 각각의 잡음스펙트럼레벨에서 모든 측정 주파수대에 대해 잡음발생전 보다도 청각 문턱치가 증가하여 명확히 마스크가 일어나고 있었다. 특히, 주파수 300Hz에서 마스킹현상이 뚜렷이 나타나고 있었다.
- 5이다. 백색잡음이 발생되지 않을 때로 함께 포함하여 4단계의 잡음레벨로 측정한 문턱치를 종축, 백색잡음의 스펙트럼레벨을 횡축으로 하여 각각의 관계를 기울기 1인 회귀직선으로 나타내었을 때 조피볼락의 청각은 측정주파수대에 있어서는 대략 음압 65dB이하일 경우에는 백색잡음에 의한 영향이보이지 않았지만 백색잡음 스펙트럼 레벨이 73~83dB로 높아지면 확실히 백색잡음에의한 마스킹이 발생하여 청각문턱치가 증가하고 있었다.
- 정숙시의 배경잡음평균 스펙트럼레벨은 전원의 영향을 많이 받는 주파수 60Hz에 피크를 보였으나 주파수가 높아질수록 완만하게 감소하고 있었다. 실험어의 청각 임계비 측정에 사용한 백색 잡음을 감쇄기를 이용하여 5dB씩 가감하여 측정한 평균음압은 73, 78, 83dB의 스펙트럼레벨로 발생되고 있으며 이때의 백색잡음 스펙트럼레벨은 전기 노이즈가 포함된 주파수 60Hz를 제외하고 거의 일정하게 나타나고 있었다.
- 음압 74, 78, 83의 3단계 백색잡음을 방성하였을 때 조피볼락의 청각문턱치는 백색잡음이 없을 때보다 높게 나타나 마스킹 효과가 나타났고, 주파수 300Hz에서 보다 높게 나타났다. 조피볼락의 청각임계비는 측정주파수 80, 100, 200, 300, 500, 800Hz에서 음압이 대략 21, 19, 22, 30, 54, 46dB이고 마스킹 현상은 주파수 300Hz에서 음압 65dB의 잡음레벨에서 나타나기 시작하였고 그외의 주파수에서는 음압 70dB 이상에서 나타났으며 주파수 100 - 200Hz에서 신호음을 인식하기위해서는 음압 90dB이상, 잡음 레벨보다 약 20dB이상의 높은 음압이 요구되었다.
- 2에 나타내었다. 정숙시의 배경잡음평균 스펙트럼레벨은 전원의 영향을 많이 받는 주파수 60Hz에 피크를 보였으나 주파수가 높아질수록 완만하게 감소하고 있었다. 실험어의 청각 임계비 측정에 사용한 백색 잡음을 감쇄기를 이용하여 5dB씩 가감하여 측정한 평균음압은 73, 78, 83dB의 스펙트럼레벨로 발생되고 있으며 이때의 백색잡음 스펙트럼레벨은 전기 노이즈가 포함된 주파수 60Hz를 제외하고 거의 일정하게 나타나고 있었다.
- 조피볼락의 청각임계비는 측정주파수 80, 100, 200, 300, 500, 800Hz에서 음압이 대략 21, 19, 22, 30, 54, 46dB이고 마스킹 현상은 주파수 300Hz에서 음압 65dB의 잡음레벨에서 나타나기 시작하였고 그외의 주파수에서는 음압 70dB 이상에서 나타났으며 주파수 100 - 200Hz에서 신호음을 인식하기위해서는 음압 90dB이상, 잡음 레벨보다 약 20dB이상의 높은 음압이 요구되었다.
- 주파수 특성이 평 탄한 백 색 잡음으로 마스크된 청 각문턱 치 와 잡음의 스펙 트럼 레 벨로부터 구한 청각임계비 CR는 청각 문턱치와 백색잡음의 비를 의미하며, 백색잡음이 청각에 미치는 영향을 평가하기 위한 자료가 되는 것으로 조피볼락의 경우 측정주파수의 음을 인식하기 위해서는 음압이 Fig. 4에서 처럼 각 백색잡음 스펙프럼 레벨에서 청각 임계비 이상 높지 않으면 어려운 것으로 판단되며, 주파수가 높을수록 청각문턱치와 백색잡음 스펙트럼레벨의 차가 크게 나타났다. 또한 本松 등(1996)이 발표한 조피볼락의 청각 임계 비와 비교하였을 때 측정범위가 같은 100~500Hz까지의 측정주파수에 대해서는 전체적으로 유사한 곡선 형태를 나타내고 있었으나 이 실험에서 구한 청각임계비가 전체적으로 음압 1 - 14dB정도 적게 나타나고 있었다.
후속연구
- 따라서 어류의 심박간격을 이용한 청각특성을 측정하기 위해서는 무엇보다도 심전도도출을 위한 바늘을 정확한 위치에 삽입하는 것이 중요하다고 판단되지만 온도에 따른청각 문턱치 변화를 명확히 구할 필요가 있으며, 또한 500-800HZ 사이의 음압에 대한 이들 어류의 반응은 100~300Hz의 음압에 대한 학습 반응의 효과보다 다소 느리게나타나는 경향도 이들 온도의 영향이 다소 포함되어 있는 것으로 판단되며, 80Hz에서는 음압변화보다도 입자변위의 감도 증가, 수조 저면에서 전달되는 환경잡음에 의한 반응의 발생도 예상되며, 또한 해수 배출량의 변화에 따라 60~80Hz 주파수대의 스펙트럼레벨에 다소 영향이 나타나고 있는 것이 어류에 어떠한 영향을 주었는지도 조사할 필요가 있다.
- 이상의 결과에서 청각문턱치와 임계비에서 조피볼락에 사용하는 음의 주파수를 청각감도가 좋은 주파수 100~200Hz로 가정하면 이 주파수대의 수중음을 조피볼락이 듣기위해서는 적어도 90dB이상의 음압이 필요하며, 주파수에 따라 다소의 차이는 있지만 스펙트럼레벨이 약 70dB이상의 잡음이 존재하는 환경에서는 조피볼락의 청각능력이 마스킹 되기 때문에 실제 해역에 있어서 수중음향을 이용하여 어군 행동을 제어할 경우에는 배경 소음이나 방성음의 감쇄등의 음향특성뿐만 아니라 배경 잡음에 의한 청각의 영향이나음원정위능력등 대상 어류에 대한 청각특성도 충분히 파악하여 학습이나 기억등 많은 요인에 관한 검토가 필요할 것이다.
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