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문제 정의
- 이 연구에서는 제주 연안해역에 있어서 바다목장의 음향순치 대상 어류로 이용할 수 있는 돌돔의 청각문턱치 및 잡음스펙트럼 레벨을 단계별로 변화시켜 가면서 돌돔의 청각문턱치를 측정하여 임계비를 측정함과 동시에 마스킹이 발생하는 잡음의 스펙트럼레벨에 관해서 조사하였다.
제안 방법
- 돌돔의 청각 특성을 조사하기 위하여 사용한 실험 장치 및 방법은 Lee and Seo(2000, 2001)와 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 잡음 발생기(B&K, 1405)와 함께 믹서 (INKEL, MX-642)에 연결하여 신호음과 백색 잡음을 동시에 방성할 수 있도록 하였다. 이때 백색 잡음은 수중에서 주파수가 높아짐에 따라 감쇠가 많아지므로 주파수 1 kHz까지 음압 분포가 일정하도록 이퀄라이져 (INKEL, EQ-9231)를 통하여 스피커에 연결하였으며, 심전도 도출용 낚시바늘로 마취시킨 돌돔의 아가미 아래 뒤쪽 부근에 낚시 끝 부분을 삽입한 후, 돌돔의 심박 간격은 오실로스코프(Tektronix, TDS-340)를 이용하여 측정하였다.
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실험 장치 및 방법
방성음의 수중음압과 수조내의 배경잡음은 수중청음기(B&K, 8103)를 돌돔의 머리위치에 설치한 후 전치증폭기(B&K, 2635)와 휴대용 주파수 분석기(B&K, 2143)를 이용하여 1/3 옥타브 분석으로 각각 측정하였고, 방성음의 음압과 배경잡음의 주파수분석은 실험시간대에 반복 측정하였다.
- 배경 잡음이 어류의 청각능력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 사용한 백색 잡음의 레벨은, 참돔의 청각 문턱치 (Hatakeyama, 1989)에 영향을 미치는 배경 잡음의 스펙트럼 레벨을 약 70dB 이상으로 보고한 것을 근거로 이 실험에서는 백색 잡음의 스펙트럼 레벨(S)을 3단계로 설정하여 사용하였다. 돌돔의 청각 임계비 측정은 청각 문턱치에 사용한 신호음의 주파수 음압을 T, 백색 잡음의 스펙트럼 레벨을 S라 할 때 T-S로 나타내었다.
- 이때 방성음에 대하여 돌돔이 반응을 나타내었을 경우 학습 효과를 지속시키기 위하여 전기 자극을 주었으며, 이와 같은 방법으로 돌돔이 감지할 수 있는 가장 낮은 음압을 돌돔의 청각 문턱치로 취한 후 다시 순음 방성 1~2분 전에 백색 잡음을 방성 하였다. 백색 잡음 방성중 측정 주파수의 음압을 높이면서 청각 임계비를 측정하기 위한 청각문턱치를 측정하였다. 이들 각각의 청각 문턱치는 우연 오차를 줄이기 위하여 같은 음압에서 2회 이상 반응이 나타났을 경우에 청각 문턱치로 하였으며, 측정 결과값 중 다소 의외의 값은 청각 문턱치에서 제외시켰다.
- 2이 다. 백색 잡음을 발생시키지 않았을 때의 청각 문턱치를 포함하여 3단계의 잡음 레벨로 측정한 청각 문턱치를 종축, 잡음의 스펙트럼 레벨을 횡축으로 하여 각각의 관계를 기울기 1인 회귀 직선으로 측정 주파수의 일부를 나타내었다. 측정 주파수에서의 청각 문턱 치가 청각 임계비의 직선에서 일부 이탈한 것이 보이지만 대략적으로 직선에 가까이 있었다.
- 실험 주파수중 임의의 한 주파수에 대해 방성하였을 때 3회 이상 연속으로 심박간격에 변화가 있는 반응이 나타나면 음에 대한 학습이 완료된 것으로 간주하였고, 각각의 학습 실험 모두 전기 자극 후 어류의 심박이 정상적으로 될 수 있도록 3~5분 이상의 시간 간격을 두어 음향 학습을 시켰다.
- 어류 음향 조건학습의 음방성 방법은 돌돔의 심박간격이 안정상태를 나타낼 때 지속시간 5초간의 순음을 임의의 순서로 방성하였으며, 방성개시 3초 후에 지속시간 0.1초의 전기 자극을 가하면서 학습을 시켰다. 이와 같은 조건학습에 대한 어류의 반응의 판정은 음자극을 주기 전보다 음자극을 주었을 때의 심박 간격이 넓었을 때를 반응이 있는 것으로 하였다.
- 음향 조건 학습을 완료시킨 후 약 30분 이상 경과한 후 조건학습에 사용한 순음을 포함한 측정주파수를 학습에 사용한 음압에서부터 3~5dB씩 음압을 감소시켜 방성하면서 심박 간격을 관찰 하였다. 이때 방성음에 대하여 돌돔이 반응을 나타내었을 경우 학습 효과를 지속시키기 위하여 전기 자극을 주었으며, 이와 같은 방법으로 돌돔이 감지할 수 있는 가장 낮은 음압을 돌돔의 청각 문턱치로 취한 후 다시 순음 방성 1~2분 전에 백색 잡음을 방성 하였다.
- 음향 조건 학습을 완료시킨 후 약 30분 이상 경과한 후 조건학습에 사용한 순음을 포함한 측정주파수를 학습에 사용한 음압에서부터 3~5dB씩 음압을 감소시켜 방성하면서 심박 간격을 관찰 하였다. 이때 방성음에 대하여 돌돔이 반응을 나타내었을 경우 학습 효과를 지속시키기 위하여 전기 자극을 주었으며, 이와 같은 방법으로 돌돔이 감지할 수 있는 가장 낮은 음압을 돌돔의 청각 문턱치로 취한 후 다시 순음 방성 1~2분 전에 백색 잡음을 방성 하였다. 백색 잡음 방성중 측정 주파수의 음압을 높이면서 청각 임계비를 측정하기 위한 청각문턱치를 측정하였다.
- 돌돔의 청각 특성을 조사하기 위하여 사용한 실험 장치 및 방법은 Lee and Seo(2000, 2001)와 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 잡음 발생기(B&K, 1405)와 함께 믹서 (INKEL, MX-642)에 연결하여 신호음과 백색 잡음을 동시에 방성할 수 있도록 하였다. 이때 백색 잡음은 수중에서 주파수가 높아짐에 따라 감쇠가 많아지므로 주파수 1 kHz까지 음압 분포가 일정하도록 이퀄라이져 (INKEL, EQ-9231)를 통하여 스피커에 연결하였으며, 심전도 도출용 낚시바늘로 마취시킨 돌돔의 아가미 아래 뒤쪽 부근에 낚시 끝 부분을 삽입한 후, 돌돔의 심박 간격은 오실로스코프(Tektronix, TDS-340)를 이용하여 측정하였다.
- 제주 연안역에 서식하면서 바다목장에서 음향 순치 대상 어종으로 사용할 수 있는 돌돔의 청각 특성을 기본으로 하여 음향 어법의 기초 자료를 제공할 목적으로 측정주파수 80~800Hz의 수중음과 8V의 직류 전압의 전기자극을 이용하여 음향 조건학습을 시킨 후 측정주파수와 음압을 임의로 변화시켜가면서 돌돔의 청각 문턱치 및 백색 잡음에 대한 청각 임계비를 조사하였다. 그 결과, 측정주파수 80~500Hz의 음을 인식하고 있었고, 측정주파수에 대한 각각의 청각문턱치는 음압 104, 95, 91, 99, 113dB이었으며, 측정 주파수 200Hz에서 음압 91dB로 가장 낮고 측정 주파수 500Hz에서 음압 113dB로 높게 나타내고 있었다.
대상 데이터
- 실험어인 돌돔 Oplegnathus fasciatus은 제주연안에서 정치망에서 어획하여 제주대학교 해양과 환경연구소의 사육수조로 옮겨 약 3~4개월 사육한 후 사육수조에서 실험수조로 옮겨 약 12시간 이상 지난 다음 청각능력 측정 실험에 사용하였다. 실험에 사용한 실험어 8미의 체장은 114~175mm였으며, 이 때, 사육중의 수온은 13.
- 실험어인 돌돔 Oplegnathus fasciatus은 제주연안에서 정치망에서 어획하여 제주대학교 해양과 환경연구소의 사육수조로 옮겨 약 3~4개월 사육한 후 사육수조에서 실험수조로 옮겨 약 12시간 이상 지난 다음 청각능력 측정 실험에 사용하였다. 실험에 사용한 실험어 8미의 체장은 114~175mm였으며, 이 때, 사육중의 수온은 13.5~28.0℃, 실험 기간 중의 수온은 20~24W였다.
성능/효과
- Fig. 1 에서처럼 백색 잡음의 스펙트럼 레벨을 각각의 단계적으로 변화시켰을 때 백색 잡음 발생전과 잡음 발생후의 청각 문턱치를 비교하면 백색 잡음의 상승에 따라 청각 문턱치의 값도 증가하는 경향이 보여 각각의 잡음 스펙트럼 레벨에서 모든 측정 주파수대에 대해 백색 잡음 발생전 보다도 청각 문턱치가 증가하여 명확히 마스킹 현상이 일어나고 있었으나 백색잡음 레벨이 가장 낮은 단계인 경우 백색 잡음 발생 전후의 청각 문턱치에는 차이가 뚜렷하지 않았다. 특히, 주파수 300Hz에서의 백색잡음 레벨이 다른 주파수대의 백색잡음보다 높게 나타나고 있는 관계로 청각 문턱치도 높게 나타나고 있었을 뿐, 이 경우 백색 잡음에 의한 마스킹 현상은 거의 나타나지 않고 있었다.
- 제주 연안역에 서식하면서 바다목장에서 음향 순치 대상 어종으로 사용할 수 있는 돌돔의 청각 특성을 기본으로 하여 음향 어법의 기초 자료를 제공할 목적으로 측정주파수 80~800Hz의 수중음과 8V의 직류 전압의 전기자극을 이용하여 음향 조건학습을 시킨 후 측정주파수와 음압을 임의로 변화시켜가면서 돌돔의 청각 문턱치 및 백색 잡음에 대한 청각 임계비를 조사하였다. 그 결과, 측정주파수 80~500Hz의 음을 인식하고 있었고, 측정주파수에 대한 각각의 청각문턱치는 음압 104, 95, 91, 99, 113dB이었으며, 측정 주파수 200Hz에서 음압 91dB로 가장 낮고 측정 주파수 500Hz에서 음압 113dB로 높게 나타내고 있었다.
- 실험 결과 돌돔은 주파수 80~800Hz의 순음을 지각하고 있었으나 각 주파수에 대한 청각 감도는 주파수 80~300Hz에서 양호 하고, 주파수 800Hz 이상에서는 측정 개체중 음을 인식하지 못하는 개체도 다수 나타나고 있어 청각 문턱치로서의 사용이 어려웠다. 그 이상의 주파수에 대해서는 순음인식이 불량한 것으로 판단되었고, 주파수 200Hz를 피크로 V자 형태를 하여 200Hz와 같은 특정주파수 주변의 소리에 대하여 감지능력이 높다는 것이 나타나고 있었다.
- 돌돔의 청각 임계비를 구하기 위하여 Fig. 1에 보이듯이 각각의 백색 잡음 발생시에 측정한 청각 문턱치에서 백색잡음 레벨이 가장 낮은 경우의 청각 문턱치를 제외하여, 각각의 청각 문턱치에서 백색 잡음 스펙트럼 레벨의 차를 평균한 결과, Fig. 2와 같이 돌돔의 청각 임계비는 측정 주파수 80, 100, 200, 300, 500Hz에서 음압이 각각 34, 26, 21, 33, 40dB로 되어 측정 주파수 300 Hz 이상부터 측정 주파수가 높을수록 청각 문턱치와 백색 잡음 스펙트럼 레벨의 차가 크게 나타나고 있었고, 돌돔의 청각 임계비는 측정주파수 범위에서 각각의 백색 잡음 스펙트럼 레벨보다 약 21~40dB 이상의 차이를 보였다.
- 돌돔의 청각 임계 비를 측정하기 위하여 사용한 백색 잡음 스펙트럼 레벨은 전기 노이즈가 포함된 주파수 60Hz를 제외하고 거의 일정하게 나타나고 있었다. 또 백색잡음의 스펙트럼레벨을 약 69, 73, 78dB 정도의 3단계의 스펙트럼레벨로 발생시켰을 때 각각의 배경잡음 스펙트럼 레벨은 80, 100Hz 등 일부 주파수에 대해서는 사용한 장치의 전기적 잡음이 다소 포함되어 단계별 레벨사이의 폭이 일정치 않은 것으로 판단되지만, 그 외는 대략적으로 일정한 간격을 나타나고 있었다.
- 측정 주파수에서의 청각 문턱 치가 청각 임계비의 직선에서 일부 이탈한 것이 보이지만 대략적으로 직선에 가까이 있었다. 또, 청각 문턱치와 백색 잡음 스펙트럼 레벨의 관계에서 어느 정도의 백색 잡음 레벨까지는 청각 문턱치가 변하지 않고 일정하지만, 그 이상의 백색 잡음 레벨에서는 백색 잡음 증가분 만큼 청각 문턱치도 증가하였다. 이상의 결과에서 2개의 직선의 교점으로부터 돌돔의 청각 문턱치에 영향을 미치기 시작하는 백색 잡음 스펙트럼 레벨을 구하면 돌돔의 경우 측정 주파수에서 백색 잡음이 대략 음압 70dB 이상일 경우에 잡음에 대한 마스킹이 발생하여 청각 문턱치가 증가하고 있었다.
- 백색잡음의 스펙트럼레벨을 69, 73, 79dB 정도의 3단계 백색 잡음을 방성하였을 때, 돌돔의 청각 문턱치는 백색 잡음이 없을 때보다 높게 나타났고, 스펙트럼레벨이 높을수록 청각 문턱치가 증가하는 마스킹 현상이 나타났다. 청각 임계비는 측정 주파수 80, 100, 200, 300, 500 Hz에서 음압이 대략 34, 26, 21, 33, 40dB이고 마스킹 현상은 각 측정 주파수에서 대략 음압 70dB의 잡음 레벨 에서 나타나기 시작하여, 돌돔이 주파수 100~200Hz에서 신호음을 인식하기 위해서는 음압 91dB 이상, 잡음 레벨보다 약 21dB 이상의 높은 음압이 요구되었다.
- 실험 결과 돌돔은 주파수 80~800Hz의 순음을 지각하고 있었으나 각 주파수에 대한 청각 감도는 주파수 80~300Hz에서 양호 하고, 주파수 800Hz 이상에서는 측정 개체중 음을 인식하지 못하는 개체도 다수 나타나고 있어 청각 문턱치로서의 사용이 어려웠다. 그 이상의 주파수에 대해서는 순음인식이 불량한 것으로 판단되었고, 주파수 200Hz를 피크로 V자 형태를 하여 200Hz와 같은 특정주파수 주변의 소리에 대하여 감지능력이 높다는 것이 나타나고 있었다.
- 이상의 결과 청각 문턱치와 임계비를 기초로 하여 수중음을 돌돔에 이용할 수 있는 음을 주파수 100~200Hz로 가정하면 이 주파수대의 수중음을 돌돔이 듣기 위해서는 적어도 91dB 이상의 음압이 필요한 것으로 나타났다. 또한, 주파수에 따라 다소의 차이는 있지만, 잡음 스펙트럼 레벨이 약 70dB 이상의 잡음이 존재 하는 환경에서는 돌돔의 청각 능력이 마스킹되기 때문에 실제 해역에 있어서 수중 음향을 이용하여 어군 행동을 제어할 경우에는 배경 잡음 측정이 중요하며, 또 어류가 신호음을 식별할 수 있도록 방음시에 음압레벨을 충분히 배려할 필요가 있다.
- 또, 청각 문턱치와 백색 잡음 스펙트럼 레벨의 관계에서 어느 정도의 백색 잡음 레벨까지는 청각 문턱치가 변하지 않고 일정하지만, 그 이상의 백색 잡음 레벨에서는 백색 잡음 증가분 만큼 청각 문턱치도 증가하였다. 이상의 결과에서 2개의 직선의 교점으로부터 돌돔의 청각 문턱치에 영향을 미치기 시작하는 백색 잡음 스펙트럼 레벨을 구하면 돌돔의 경우 측정 주파수에서 백색 잡음이 대략 음압 70dB 이상일 경우에 잡음에 대한 마스킹이 발생하여 청각 문턱치가 증가하고 있었다.
- 1에 나타내었다. 잡음 스펙트럼레벨 은 60Hz에서 약 85dB(0dB re 1μPa/#)이었고 주파수가 높아질수록 감소하고 있었으며 청각 문턱치와 배경잡음 스펙트럼레 벨과의 레벨차는 대략 최소 30dB 정도이고 청각감도가 나빠지는 고주파대에서는 약 70dB 이상이므로 청각문턱치 측정에는 영향이 없는 것으로 판단되고, 또 측정시각의 차이에 따른 배경잡음 스펙 트럼레벨의 변동에 따른 편차는 적게 나타났다. 돌돔의 청각 임계 비를 측정하기 위하여 사용한 백색 잡음 스펙트럼 레벨은 전기 노이즈가 포함된 주파수 60Hz를 제외하고 거의 일정하게 나타나고 있었다.
- 백색잡음의 스펙트럼레벨을 69, 73, 79dB 정도의 3단계 백색 잡음을 방성하였을 때, 돌돔의 청각 문턱치는 백색 잡음이 없을 때보다 높게 나타났고, 스펙트럼레벨이 높을수록 청각 문턱치가 증가하는 마스킹 현상이 나타났다. 청각 임계비는 측정 주파수 80, 100, 200, 300, 500 Hz에서 음압이 대략 34, 26, 21, 33, 40dB이고 마스킹 현상은 각 측정 주파수에서 대략 음압 70dB의 잡음 레벨 에서 나타나기 시작하여, 돌돔이 주파수 100~200Hz에서 신호음을 인식하기 위해서는 음압 91dB 이상, 잡음 레벨보다 약 21dB 이상의 높은 음압이 요구되었다.
- 음압이 각각 104, 95, 91, 99, 113, 123 dB이었다. 측정 주파수 200Hz에서 음압 91 dB로 가장 낮았고 측정 주파수 800 Hz에서 음압 123 dB로 가장 높게 나타내고 있었고, 측정 주파수 300Hz부터 주파수가 높을수록 청각 문턱치가 높아지고 있기 때문에 300Hz 이상이 되면 청각 감도가 급격하게 나빠지고 있는 것으로 판단된다.
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