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문제 정의
- 어류의 음향순치, 양식장의 어류 사육, 연안 개발에 따른 소음 피해평가 등 어업자원의 수중음 이용 효율 향상 및 수중음에 대한 청각 특성의 기초자료를 제공할 목적으로 제주 서부 연안 양식장에서 사육되는 참조기를 대상으로 음향에 대한 청각능력을 측정하였다. 측정주파수 100Hz 또는 200Hz의 순음과 7V의 직류전압의 전기자극을 이용하여 음향조건 학습을 시킨 후, 측정주파수 80~800Hz의 음압을 임의로 변화시켜가면서 참조기의 청각문턱치 및 백색잡음에 대한 청각임계비를 조사한 결과, 측정주파수 80~800Hz에서 각각 80Hz에서 90.
- 이 연구는 제주연안 지역에서 양식되기 시작하는 참조기의 어류 순치 및 이를 이용한 음향 급이기 개발, 주변 소음으로 인한 피해조사 등 기초자료를 제공할 목적으로, 참조기의 청각문턱치를 측정하였다.
제안 방법
- 5. 0℃ ~ 15.5 ℃의 분포를 나타내었고, 사육수조에서 실험수조로 옮긴 후 실험수조에 순응되도록 최소 약 4시간 이상 지난 후 청각능력 측정 실험에 사용하였으며, 측정시간동안 수조의 소음을 최소로 줄이기 위하여 물의 흐름을 거의 멈추었다.
- 실험 결과, 청각문턱치와 3단계로 설정한 백색잡음 레벨의 관계에서 어느 정도의 백색 잡음레벨까지는 청각문턱치가 변화되지 않았으나, 그 이상의 잡음 레벨에서는 백색 잡음의 증가분만큼 청각문턱치도 증가하는 것으로 나타났다. 각각의 백색 잡음 방성시의 청각문턱치의 평균들과 백색잡음레벨에 의한 회귀직선과의 교점으로 마스킹이 발생하는 잡음레벨을 구하였는데, 80Hz에서 67.1dB, 100Hz에서 64.8dB, 200Hz에서 69.7dB, 300Hz에서 66.6dB, 500Hz에서 67.5dB 이었다. 측정주파수 80~500Hz 범위에서 백색 잡음의 레벨이 높아지면 잡음변화에 따른 청각문턱치도 높아지고 있었고, 2개의 직선의 교점으로부터 참조기의 청각문턱치는 60~70dB사이의 잡음레벨에서 마스킹이 발생하는 것으로 나타났다.
- 실험어 조건 학습 및 청각문턱치 측정 : 어류의 음향 조건학습은 100Hz, 200Hz의 하나의 순음을 약 120 dB (0 dB re 1μ㎩) 이상의 음압과 함께 직류 전압 7V의 전기 자극을 실험어에 주면서 조건 학습시켰다.
- 실험어 조건 학습 및 청각문턱치 측정 : 어류의 음향 조건학습은 100Hz, 200Hz의 하나의 순음을 약 120 dB (0 dB re 1μ㎩) 이상의 음압과 함께 직류 전압 7V의 전기 자극을 실험어에 주면서 조건 학습시켰다. 실험어의 심박간격이 안정 상태를 나타낼 때 지속시간 5초간의 순음을 방성 하였으며, 방성개시 약 3초 후에 지속시간 0.1초의 전기 자극을 가하면서 학습을 시켰다. 이와 같은 조건학습의 완료에 대한 어류의 반응의 판정은 음자극을 주기 전보다 음자극을 주었을 때의 심박 간격이 넓었을 때를 반응이 있는 것으로 하였으며, 측정 주파수중 임의의 한 주파수에 대해 방성하였을 때 3회 이상 연속으로 심박간격에 양의 변화가 나타나면 음에 대한 학습이 완료된 것으로 간주하였다.
- 실험어인 참조기의 잡음에 대한 청각 특성, 즉 80Hz~500Hz의 측정주파수에 대한 청각 임계비를 나타내기 위하여 Ahn and Lee(2013)와 같이 각각의 음압(dB)관계를 3단계의 백색잡음 스펙트럼레벨을 기준으로 측정한 청각문턱치를 종축으로 하고, 백색잡음의 스펙트럼 레벨을 횡축으로 하여 [Fig. 2]에 나타내었다. 잡음에 의한 마스킹현상은 잡음의 크기에 비례하여 청각능력이 저하하기 때문에 기울기가 1인 회귀 직선으로 나타낼 수 있다.
- 참조기의 청각 특성을 조사하기 위하여 Ahn and Lee(2013)와 같이 공중 스피커 (WCOM, SS-1200), 신호 발생기 (NF, 1942)와 잡음 발생기 (B&K, 1405) 그리고 믹서(INKEL, MX-642)를 연결하여 신호음과 백색잡음을 방성하였으며, 백색 잡음의 주파수에 따른 감쇄를 보완하기 위해 이퀄라이져 (INKEL, EQ-9231)를 사용하였다. 심전도 도출은 참조기를 마취시킨 후, 낚시바늘을 이용하여 지느러미 아래 부근에 낚시 끝 부분을 삽입한 후, 오실로스코프 (Tektronix, TDS-340)로 실험어의 심박간격을 측정하였다.
- 임계비 측정 : 실험어의 청각 임계비는 청각문턱치 측정과 같은 방법으로 실시하였으며, 100Hz 또는 200Hz의 순음을 120dB이상으로 방성하였다. 연속으로 3회 이상 양의 반응이 나타나면 학습완료로 간주하여, 백색 잡음의 스펙트럼 레벨(S)의 최저 단계의 백색 잡음을 방성하면서 측정주파수를 3~5dB 씩 감소시켜 측정주파수에 대한 청각 문턱치를 측정하였다. 최저의 백색잡음 레벨에 대한 청각문턱치를 구한 후, 중간의 백색잡음 레벨, 그리고 최고 레벨의 백색잡음을 방성하면서, 각각의 잡음 레벨에 대한 청각문턱치를 구하였다.
- 임계비 측정 : 실험어의 청각 임계비는 청각문턱치 측정과 같은 방법으로 실시하였으며, 100Hz 또는 200Hz의 순음을 120dB이상으로 방성하였다. 연속으로 3회 이상 양의 반응이 나타나면 학습완료로 간주하여, 백색 잡음의 스펙트럼 레벨(S)의 최저 단계의 백색 잡음을 방성하면서 측정주파수를 3~5dB 씩 감소시켜 측정주파수에 대한 청각 문턱치를 측정하였다.
- 참조기의 청각 특성을 조사하기 위하여 Ahn and Lee(2013)와 같이 공중 스피커 (WCOM, SS-1200), 신호 발생기 (NF, 1942)와 잡음 발생기 (B&K, 1405) 그리고 믹서(INKEL, MX-642)를 연결하여 신호음과 백색잡음을 방성하였으며, 백색 잡음의 주파수에 따른 감쇄를 보완하기 위해 이퀄라이져 (INKEL, EQ-9231)를 사용하였다.
- 청각 특성을 측정하기 위하여 사용한 음향자극은 주파수 80, 100, 200, 300, 500, 800 Hz의 6종류의 순음을 이용하였으며, 음향 조건 학습을 완료시킨 후, 음압을 약 3~5dB씩 감소시켜 주파수 순음을 방성하면서 심박 간격을 관찰하였다. 5초동안 방성중 실험어가 감지할 수 있는 가장 낮은 음압을 실험어의 청각문턱치로 취하였다.
- 연속으로 3회 이상 양의 반응이 나타나면 학습완료로 간주하여, 백색 잡음의 스펙트럼 레벨(S)의 최저 단계의 백색 잡음을 방성하면서 측정주파수를 3~5dB 씩 감소시켜 측정주파수에 대한 청각 문턱치를 측정하였다. 최저의 백색잡음 레벨에 대한 청각문턱치를 구한 후, 중간의 백색잡음 레벨, 그리고 최고 레벨의 백색잡음을 방성하면서, 각각의 잡음 레벨에 대한 청각문턱치를 구하였다. 이들 청각문턱치 측정은 수조에서의 소음발생을 억제하기 위하여 물의 흐름을 거의 차단하였으며, 또한 우연 오차를 줄이기 위하여 같은 음압에서 2회 이상 반응이 나타났을 경우에 청각문턱치로 하였다.
- 이와 같은 조건학습의 완료에 대한 어류의 반응의 판정은 음자극을 주기 전보다 음자극을 주었을 때의 심박 간격이 넓었을 때를 반응이 있는 것으로 하였으며, 측정 주파수중 임의의 한 주파수에 대해 방성하였을 때 3회 이상 연속으로 심박간격에 양의 변화가 나타나면 음에 대한 학습이 완료된 것으로 간주하였다. 학습 효과를 높이기 위해 최소 5회 이상의 측정을 실시하였으며 학습 실험 모두 전기 자극 후 어류의 심박이 정상적으로 될 수 있도록 3~5분 이상의 시간 간격을 두어 음향 학습을 시켰다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 참조기의 체장은 210 ~ 240mm, 체중은 140g 내외였다. 사육 실험어 중 26마리를 이용하여 청각문턱치 결과를 얻었다. 사육중의 수온은 12.
- 실험어인 참조기는 제주 서부지역 양식장에서 구입한 후 제주대학교 해양과환경연구소의 사육 수조로 옮겨 약 1개월 순치시켰다. 실험에 사용된 참조기의 체장은 210 ~ 240mm, 체중은 140g 내외였다.
- 실험어인 참조기는 제주 서부지역 양식장에서 구입한 후 제주대학교 해양과환경연구소의 사육 수조로 옮겨 약 1개월 순치시켰다. 실험에 사용된 참조기의 체장은 210 ~ 240mm, 체중은 140g 내외였다. 사육 실험어 중 26마리를 이용하여 청각문턱치 결과를 얻었다.
데이터처리
- 배경 잡음이 어류의 청각능력에 미치는 영향을 조사하기 위하여 사용한 백색 잡음레벨은 약 66dB, 71dB, 75dB를 이용하였으며, 이때 실험어의 청각 임계비는 실험어의 청각문턱치를 T(dB re μPa), 마스킹이 발생하기 시작하는 백색 잡음 스펙트럼 레벨을 S(0dB re μPa/Hz )라 할 때 T －S로 나타내었으며, t 검정을 이용하여 청각문턱치의 평균차이 유의성을 검정하였다.
- 이들 표준편차를 포함하여, 백색잡음 중에 측정한 청각문턱치와 배경잡음하에서 측정한 청각 문턱치와의 평균의 차이가 있는지를 t 검정을 이용하여 평균차이의 유의성을 검정하였다. 측정주 파수 범위에서 대략 중간레벨의 백색잡음으로 사용한 약 71dB 이상의 백색잡음에서 평균차이의 유의성이 나타나기 시작하여, 마스킹이 발생하기 시작하는 잡음스펙트럼은 70dB 전후인 것으로 판단되었고, 측정에 사용한 약 66dB의 백색잡음 레벨은 청각에 영향이 미치지 않는 것으로 판단되었다.
성능/효과
- 참조기의 경우 백색잡음 방성시 측정주파수에서의 청각문턱치의 평균이 청각 임계비의 직선 에서 다소 약간의 이탈이 보이고 있지만 거의 직선에 가깝게 나타났다. 실험 결과, 청각문턱치와 3단계로 설정한 백색잡음 레벨의 관계에서 어느 정도의 백색 잡음레벨까지는 청각문턱치가 변화되지 않았으나, 그 이상의 잡음 레벨에서는 백색 잡음의 증가분만큼 청각문턱치도 증가하는 것으로 나타났다. 각각의 백색 잡음 방성시의 청각문턱치의 평균들과 백색잡음레벨에 의한 회귀직선과의 교점으로 마스킹이 발생하는 잡음레벨을 구하였는데, 80Hz에서 67.
- 이 실험 결과 참조기의 임계비가 Fig. 2에서와 같이 대부분의 측정주파수에서 약 20dB이상 800Hz에서 38dB이내로 나타났다. 어류의 경우 일반적으로 청각문턱치의 음압과 배경 잡음 스펙트럼 레벨과의 차이는 음압 15~20dB정도이면 어류는 배경잡음과 구별하여 감지할 수 있다고 보고하고 있어(Hatakeyama, 1989) 참조기는 측정주파수에 대하여 잡음을 잘 구분하고 있는 것으로 판단된다.
- 참조기는 실험을 하기 위한 구속장치에 설치했을 때, 다소 지속적인 움직임이 높아, 실험어의 청각 특성 측정에 어려움이 있었다. 참조기의 심박을 이용한 청각특성을 측정하는데, 개체의 크기가 작은 경우, 청각문턱치 측정의 성공률이 낮은 편이며, 조건학습시 연속 3회 양의 반응을 보인 경우 학습완료로 인정하였는데, 비교적 적은 횟수로도 학습완료가 이루어졌으며, 백색잡음 방성시 심박 불안정이 다소 오래가는 경향이 나타났다.
- 참조기의 청각 임계비 측정을 위하여 백색잡음의 레벨을 3단계로 백색잡음을 방성하였을 때, 실험어의 청각문턱치는 잡음레벨이 높을수록 측정주파수 80Hz~500Hz에서 청각문턱치가 증가하는 마스킹 현상이 나타났다. 잡음에 의한 마스킹 현상은 음압 70dB내외의 잡음레벨 이상에서 나타나기 시작하였으며, 청각 임계비는 측정주파수 에서 20~25dB의 범위를 나타내었다.
- 1]에 1/3 Octave의 배경잡음과 함께 나타내었다. 참조기의 측정주파수에 대한 각각의 청각문턱치는 80Hz에서 90.7dB, 100Hz에서 93.4dB, 200Hz에서 92.9dB, 300Hz에서 94.4dB, 500Hz과 800Hz에서 각각 95.5dB, 108dB로 측정 주파수 범위내에서 청각 특성이 민감하게 나타났다.
- 이들 표준편차를 포함하여, 백색잡음 중에 측정한 청각문턱치와 배경잡음하에서 측정한 청각 문턱치와의 평균의 차이가 있는지를 t 검정을 이용하여 평균차이의 유의성을 검정하였다. 측정주 파수 범위에서 대략 중간레벨의 백색잡음으로 사용한 약 71dB 이상의 백색잡음에서 평균차이의 유의성이 나타나기 시작하여, 마스킹이 발생하기 시작하는 잡음스펙트럼은 70dB 전후인 것으로 판단되었고, 측정에 사용한 약 66dB의 백색잡음 레벨은 청각에 영향이 미치지 않는 것으로 판단되었다. 따라서 참조기는 70dB 이상이 되면 백색 잡음에 대한 마스킹 현상이 나타나는 것으로 보이며, 청각 임계비는 500Hz까지의 측정주파수에서 20~25dB 범위를 나타내었다.
- 어류의 음향순치, 양식장의 어류 사육, 연안 개발에 따른 소음 피해평가 등 어업자원의 수중음 이용 효율 향상 및 수중음에 대한 청각 특성의 기초자료를 제공할 목적으로 제주 서부 연안 양식장에서 사육되는 참조기를 대상으로 음향에 대한 청각능력을 측정하였다. 측정주파수 100Hz 또는 200Hz의 순음과 7V의 직류전압의 전기자극을 이용하여 음향조건 학습을 시킨 후, 측정주파수 80~800Hz의 음압을 임의로 변화시켜가면서 참조기의 청각문턱치 및 백색잡음에 대한 청각임계비를 조사한 결과, 측정주파수 80~800Hz에서 각각 80Hz에서 90.7dB, 100Hz에서 93.4dB, 200Hz에서 92.9dB, 300Hz에서 94.4dB, 500Hz과 800Hz에서 각각 95.5dB, 108dB로 500Hz이하에서 95dB 내외의 청각문턱치를 나타내고 있었고, 넓은 주파수 범위에서 청각문턱치가 낮아 주변 소음에 의한 영향을 많이 받을 것으로 판단된다.
- 5dB 이었다. 측정주파수 80~500Hz 범위에서 백색 잡음의 레벨이 높아지면 잡음변화에 따른 청각문턱치도 높아지고 있었고, 2개의 직선의 교점으로부터 참조기의 청각문턱치는 60~70dB사이의 잡음레벨에서 마스킹이 발생하는 것으로 나타났다.
후속연구
- Ishioka et al.(1988)에 의하면 어류의 청각은 서식환경의 주변소음의 영향을 받아 청각문턱치가 높아진다고 보고하는 등 차후 양식 기술의 발달과 함께 어류의 음향순치 등 관련된 다양한 연구가 필요하다고 판단된다.
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