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문제 정의
- 이 연구에서는 어류의 청각특성을 파악하여 수중음향이 어류에 미치는 영향 등 어군을 어획하기위한 음향어법 연구개발사업에 기초자료를 제공할 목적으로 여름철 제주도 연안 정치망의 주 어획대상인 잿방어를 육상수조에서 수중 가청 저주파음과 전기충격을 이용하여 음향 학습시킨 후, 주파수와 음압을 변화시켜가면서 실험어의 심전도를 도출하여 심박간격의 변화로부터 청각문턱치를 측정하였으며, 순음을 마스킹하는 백색잡음 스펙트럼 음압레벨을 단계별로 변화시켜가면서 잿방어의 청각문턱치를 측정하여 청각임 계비를 계산함과 동시에 마스킹이 발생하는 백색잡음 스펙트럼 음압레벨에 대하여 조사하였다.
가설 설정
- 이 연구에서는 마스킹하는 음을 백색잡음(White noise)으로 하여 백색잡음 속에서 마스킹에 관여하는 부분의 파워는 청각문턱치가 되는 측정음의 파워와 같다고 하는 가정 하에 청각임계비 (Auditory cri-tical ratio, CR) 를 계산하였다(Hatakeyama, 1992). 청각문턱치를 T (dB re 1μPa), 백색잡음의 스펙트럼 음압 레벨을 S (dB re 1μPa/#)라 하면, 청각임계비 (CR)는 T - S로 나타낼 수 있다.
제안 방법
- 따라서 신호발생기 (NF, 1915)에서 주파수 80, 100, 200, 300, 400, 500, 800 Hz 의 7종류의 측정주파수의 순음을 발생시켜 증폭기 (Inkel, PSR - 2000, 0w) 로 증폭시킨 후 실험수조의 양 측면으로부터 각각 7cm 떨어진 위치에 설치한 두 대의 공중스피커(Promann, CB38, 8Ω)를 통하여 동진폭, 동위상으로 방성하였다. (Lee et al, 2001)
- 또한, 백색 잡음은 수중에서 주파수가 높아짐에 따라 감쇄가 많아지므로 측정 주파수 범위의 백색잡음 음압레벨이 일정하게 유지될 수 있도록 그래픽이 퀄라이져 (Inkel, EQ-9231)를 거쳐 혼합기(Inkel, MX-642)에서 혼합하여 방성되도록 하였다.
- 방어의 청각문턱치 (Ahn et al, 1998) 연구결과를 토대로 각 측정주파수에서 최초의 방성음압을 결정하였으며, 방성음압을 3dB씩 감소 또는 증가시켰다. 청각문턱치 부근이라고 판단되는 곳에서 측정음을 인식하였을 때에는 음압을 약 3dB 내리고, 인식하지 않을 때에는 음압을 약 3dB 올리면서 계단법(Staircase method)으로 측정하였으며, 방성 중 실험어의 심박간격이 우연히 벌어지는 오차를 줄이기 위해서 연속해서 2번 이상 방성음을 인식하였을 때를 측정 주파수에 대한 실험어의 청각문턱치로 하였다.
- 백색잡음 발생시의 청각문턱치 측정은 신호 발생기(NF, 1915)의 신호음과 함께 백색 잡음 발생기 (B& K, 1405)에서 백색 잡음을 발생시켜 혼합기(Inkel, MX-642) 에서 혼합한 후 동시에 방성할 수 있도록 하였다. 또한, 백색 잡음은 수중에서 주파수가 높아짐에 따라 감쇄가 많아지므로 측정 주파수 범위의 백색잡음 음압레벨이 일정하게 유지될 수 있도록 그래픽이 퀄라이져 (Inkel, EQ-9231)를 거쳐 혼합기(Inkel, MX-642)에서 혼합하여 방성되도록 하였다.
- 실험어의 심전도는 방성 개시 약 20초 전부터 디지털 오실로스코프에서 측정하였으며, GPBI 보드를 통하여 컴퓨터에 입력해서 데이터를 20초 동안 기록하였고, 방성 중 5초 동안의 심박간격이 방성 전 약 12 ~ 15초 동안의 심박 간격보다 길면 측정 주파수의 음을 인식하는 음향 반응으로 판정하였다.
- 실험어의 음향 학습에 있어서 학습음은 신호 발생기로부터 발생시킨 주파수 80, 100, 200, 300, 400, 500, 800 의 7종류의 순음을 사용하였으며, 마스킹 현상을 조사하기 위하여 배경 잡음이 약 70dB 이상에서 청각문턱치 (HataKeyama, 1989)에 영향을 미치므로 이를 기준으로 백색잡음 발생기로부터 음압 65, 70, 75 dB의 3단계로 변화시켜 발생시킨 백색잡음을 사용하였다.
- 음향 학습은 심전도 측정용 전극을 장착하여 실험어를 고정시킨후 약 3 ~ 6시간 이상 경과한 후에 측정주파수 중에서 임의의 하나의 주파수 300Hz 음압 110dB 음을 학습음으로 하여, 학습음 방성 3초 후에 직류 전원장치 (Tektronix, PS2520GX 이용하여 직류 전압 7V의 전기 충격을 약 0.1 초간 부여하였으며, 학습음 방성 도중에 전기 충격이 올 것이라는 것을 학습시키기 위해 3분 간격으로 반복하여 실시했다. 이와 같이 각 실험어를 3분 간격으로 반복하여 음향학습을 실시하여, 명확하게 심박 간격이 연속해서 5회 이상 길어지면 음향 학습이 완료된 것으로 간주하였다.
- 1 초간 부여하였으며, 학습음 방성 도중에 전기 충격이 올 것이라는 것을 학습시키기 위해 3분 간격으로 반복하여 실시했다. 이와 같이 각 실험어를 3분 간격으로 반복하여 음향학습을 실시하여, 명확하게 심박 간격이 연속해서 5회 이상 길어지면 음향 학습이 완료된 것으로 간주하였다.
- 방어의 청각문턱치 (Ahn et al, 1998) 연구결과를 토대로 각 측정주파수에서 최초의 방성음압을 결정하였으며, 방성음압을 3dB씩 감소 또는 증가시켰다. 청각문턱치 부근이라고 판단되는 곳에서 측정음을 인식하였을 때에는 음압을 약 3dB 내리고, 인식하지 않을 때에는 음압을 약 3dB 올리면서 계단법(Staircase method)으로 측정하였으며, 방성 중 실험어의 심박간격이 우연히 벌어지는 오차를 줄이기 위해서 연속해서 2번 이상 방성음을 인식하였을 때를 측정 주파수에 대한 실험어의 청각문턱치로 하였다.
- 청각문턱치 측정 과정에서 실험어의 심박파형은 생체용 오실로스코프 겸 증폭기 (NK, VC- 11)를 통하여 디지털 오실로스코프 (Tektronix, TDS - 340)에 실험어의 심전도 파형 및 심박간격을 측정 · 저장하였으며, 저장된 자료는 GPIB 보드를 통하여 컴퓨터에 입력한 후 심박파형 해석에 이용하였다.
- 청각문턱치 측정을 위한 각 측정 주파수의 음압과 환경소음 음압레벨의 측정은 수중 청음기 (B&K, 8104)를 실험수조내의 실험어의 머리부분의 위치에 설치한 후 전치증폭기 (B&K, 2635)로 증폭하여 그 신호를 주파수 분석기 (B&K, 2143)와 컴퓨터로 A/D 변환해서 해석하였으며, 이때 실험 수조의 환경소음 음압레벨은 주파수 분석기로 1/3옥타브 분석하여 실험 시간대에 반복 측정하여 평균하였다.
- 청각특성 측정은 음향 학습을 완료하고 나서 약 10분간의 휴식을 취한 뒤 청각문턱치 측정을 시작하였다. 방어의 청각문턱치 (Ahn et al, 1998) 연구결과를 토대로 각 측정주파수에서 최초의 방성음압을 결정하였으며, 방성음압을 3dB씩 감소 또는 증가시켰다.
대상 데이터
- 실험기간은 2002년 8월 11일부터 9월 6일까지 행하였고, 실험기간 중 실험수조내의 수온은 21.2 ~ 27.81 였으며, 청각문턱치 측정은 실험어를 사육소주에서 실험수조로 옮긴 후 3~6시간 경과한 후에 실시 하였다.
- 청각문턱치 측정 실험에 사용된 실험어는 제주 연안 정치망에서 어획된 잿방어 Seriola dumerili를 제주대학교 해양과환경연구소 내에 있는 사육수조로 이송한 후 약 1개월간 넙치용 10호 사료로서 사육 순응 시킨 것 중 14마리를 무작위 추출하여 실험에 사용하였다. 실험어의 전장은 평균 26.
- 청각임계비 측정 실험에 사용된 잿방어 9마리의 전장은 평균 27.5cm 체중은 평균 251g이었고, 실험 기간은 2002년 9월 7일부터 9월 25일까지였다. 실험기간 중의 실험수조의 수온은 21.
성능/효과
- 4 dB로 가장 낮은 청각임계비를 보였는데, 볼락은 측정 주파수 200Hz 에서 음압 26 dB, 자리돔은 측정 주파수 300Hz에서 음압 23 dB, 조피볼락은 측정 주파수 100Hz에서 음압 19 dB, 쏨뱅이는 측정 주파수 80Hz에서 음압 20 dB로 각각 가장 낮은 청각임계비를 보여 대부분의 어종에서 측정 주파수 100Hz ~300Hz 부근의 수중 가청음에 대하여 가장 민감한 청각 반응을 나타내고 있다. 또한 연안 정착성어류에 비해 저주파음에서 다소 높은 청각임계비를 나타낸 반면, 고주파음에서는 비슷하거나 다소 낮은 청각임계비를 나타내었다. 이 연구에서 사용된 잿방어는 일정해역에 정착해 서식하는 어종이 아니고 또 생리적으로 성질이 급하여 제주 연안산 정착성어류와는 조금 다른 임계비 곡선모양을 보이고 있다.
- 청각 감도가 양호한 측정주파수 300 ~ 400에서 백색잡음에 의한 영향이 크게 나타나고 있었지만, 그 외의 주파수대에서는 백색잡음에 의한 영향이 크게 나타나지 않았다. 실험어의 청각임계비는 Fig. 2에 나타내는 바와 같이 측정 주파수 80, 100, 200, 300, 400, 500, 800 Hz에서 각각 음압이 45.9, 52.8, 42.5, 36.4, 38.6, 39.4, 44.4 dB이었고 측정 주파수 300 Hz, 400Hz 그리고 500Hz에서는 백색잡음 속에서 순음을 식별하는 능력이 다른 측정 주파수에 비하여 우수하였으며, 측정 주파수 300Hz를 중심으로 300 Hz이하 주파수와 300Hz이상의 주파수에서 주파수가 멀어짐에 따라 청각문턱치가 증가함과 동시에 청각임계비도 급격히 증가하고 있어 청각 감도가 떨어짐을 나타내고 있다.
- 또한 연안 정착성어류에 비해 저주파음에서 다소 높은 청각임계비를 나타낸 반면, 고주파음에서는 비슷하거나 다소 낮은 청각임계비를 나타내었다. 이 연구에서 사용된 잿방어는 일정해역에 정착해 서식하는 어종이 아니고 또 생리적으로 성질이 급하여 제주 연안산 정착성어류와는 조금 다른 임계비 곡선모양을 보이고 있다. 연안 정착성 어류와 회유성 어류간의 청각능력에 관하여 비교한 연구 자료가 충분하지 못흐}.
- 있다. 이상3부터 수중 가청음을 이용하여 잿방어의 유집을 시도한다면 이 실험을 통하여 알아낸 청각문턱치 및 청각임계비를 고려하여 주파수 300~400Hz의 음을 선택하고, 이 주파수의 수중 가청음을 잿방어가 충분히 인식하기 위해서는 최저 100dB 이상의 음압 강도가 필요하며 환경 소음이 존재하는 환경에서는 소음 스펙트럼 음압 레벨보다 약 35 dB 이상 크게 방성할 필요가 있는 것으로 여겨진다.
- 4 이다. 잿방어는 전체 측정 주파수에 있어서 일정 음압레벨 이상에서는 백색잡음의 스펙트럼 레벨 상승에 따라 청각문턱치도 증가하는 모양을 나타내었다. 잿방어의 청각이 백색잡음에 마스킹 되는 경우 청각문턱치와 백색잡음 스펙트럼 레벨과의 변화량(dB)의 사이에는 비례관계가 되므로 dB로 표시한 양자의 관계는 회귀직선으로 나타낼 수 있으며 이 직선의 기울기는 보통 1에 가깝다.
- 3에 나타내었다. 잿방어는 측정 주파수 300 Hz 에서 음압 36.4 dB로 가장 낮은 청각임계비를 보였는데, 볼락은 측정 주파수 200Hz 에서 음압 26 dB, 자리돔은 측정 주파수 300Hz에서 음압 23 dB, 조피볼락은 측정 주파수 100Hz에서 음압 19 dB, 쏨뱅이는 측정 주파수 80Hz에서 음압 20 dB로 각각 가장 낮은 청각임계비를 보여 대부분의 어종에서 측정 주파수 100Hz ~300Hz 부근의 수중 가청음에 대하여 가장 민감한 청각 반응을 나타내고 있다. 또한 연안 정착성어류에 비해 저주파음에서 다소 높은 청각임계비를 나타낸 반면, 고주파음에서는 비슷하거나 다소 낮은 청각임계비를 나타내었다.
- 잿방어의 청각문턱치 및 청각임계비 실험 결과에서, 측정 주파수 300 Hz의 청각감도가 다른 측정 주파수에서 보다 우수하게 나타나는데, 이는 음향학습과정에 있어서도 측정 주파수 300Hz에서 학습음과 전기충격에 대한 음향 학습이 쉽게 이루어진 반면 80 ~ 100Hz 와 500 Hz이상의 측정 주파수대에서는 음향학습이 쉽게 이루어지지 않아, 잿방어의 청각 감도는 300 Hz에서 민감하다는 사실이 명확해졌다.
- 주파수 분석기를 사용하여 1/3 Octave로 주파수 63 ~ 1,000Hz까지의 스펙트럼 음압 레벨을 분석한 결과 실험수조의 환경 소음 스펙트럼 음압 레벨은 56.0 ~ 92.4 dB의 범위로, 낮은 주파수대에서 높은 주파수대로 갈수록 스펙트럼 음압레벨이 점차 낮아지는 경향을 나타냈으며, 청각문턱치의 평균은 각각 측정 주파수 80, 100, 200, 300, 400, 500, 800 Hz에서 음압 118.1, 116, 105.3, 94.5, 103.1, 104.5, 108.2dB이었다. 측정주파수 300 ~ 500 Hz에서 청각 감도가 양호하였으며, 측정주파수 300Hz에서 94.
- 청각임계비 측정은 백색잡음을 평균음압 65, 70, 75 dB로 방성시 측정한 실험어의 청각문턱치 곡선을 Fig. 1에 나타내었으며, 청각문턱치는 측정 주파수 80Hz에서 음압 121, 124, 126 dB, 100 Hz에서 음압 121, 125, 127 dB, 200 Hz에서 음압 108, 113, 116 dB, 300 Hz 에서 음압 98, 105, 114 dB, 400 Hz 에서 음압 104, 110, 116 dB, 500 Hz에서 음압 107, 109, 112 dB, 800Hz에서 음압 113, 115, 116dB 이었다. Fig.
- 2dB이었다. 측정주파수 300 ~ 500 Hz에서 청각 감도가 양호하였으며, 측정주파수 300Hz에서 94.5 dB 가장 낮은 청각문턱치를 보였고, 측정 주파수 300Hz를 중심으로 300 Hz이하 주파수와 300Hz이상의 주파수에서 주파수가 멀어짐에 따라 청각문턱치가 증가하여 청각감도가 떨어짐을 나타내고 있으며, 이때의 청각문턱치 곡선은 300Hz를 중심으로 V자 모양을 하고 있다.
후속연구
- 연안 정착성 어류와 회유성 어류간의 청각능력에 관하여 비교한 연구 자료가 충분하지 못흐}.여 단언하지는 못하지만 서식환경에 따른 생태적인 습성차에 의한 청각특성의 차이라 판단되지만, 앞으로 이 두 부류의 어류의 청각특성에 관한 비교 연구가 많이 수행되어야 할 것으로 사료된다.
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