[인간공학] 청각 표시장치에 대하여

* 직접경보 : 아이의 울음, 간접경보 : 초인종 소리

 

* 소리의 성질과 측정

- 소리는 음원에서 진동에 의해 발생한다.

- 주로 공기를 통해 귀로 전달되는 진동을 뜻한다.

- 소리의 기본 속성은 주파수(진동수)와 진폭(세기)이다.

 

* 음파의 주파수

- 1초당 사이클 수를 진동수라고 한다. [Hz]를 사용

- 소리의 주파수는 음높이(Pitch)와 관계 -> 소리의 높낮이를 나타낸다.

주파수가 크면 고음이고, 작으면 저음

- 일반적으로 사람은 20 ~ 20,000 Hz의 가청주파수를 감지, 각 주파수마다 감도가 다름

20 Hz 이하: 초저주파

20 Hz 내외: 최소한 100dB 크기(큰 소리)에 해당하는 소리만이 청취 가능

100 Hz 이하: 저음

100-1000 Hz: 중음

1000 Hz 이상: 고음

2,000-4,000 Hz: 매우 낮은 음압레벨(작은 소리)에 대해서도 예민하게 들을 수 있고, 귀가 잘 들리지 않는 난청현상도 바로 이 영역에 속함

4000 Hz 부근: 청각 감도가 가장 좋음

100-10,000 Hz: 사람 목소리

20,000 Hz 이상: 초음파

 

* 소리 세기, 진폭, 강도

- 소리 세기는 인간이 감지하는 음크기와 관계

- 소리 세기는 단위 면적 당 음향파워로 정의한다. 벨(B)을 기본 측정단위로 사용, 일반적으로 데시벨을 사용 : 1dB = 0.1B

- 음향파워는 음압의 제곱의 비례, 음압수준을 Sound-Pressure level(SPL)

- P1은 측정하고자 하는 음압, P0는 0dB을 나타내는 기준 음압

- 0 dB을 나타내기 위한 가장 일반적인 기준 음압은 20uN/m^2(1Pa = 1N/m^2)이다. 이 음압은 1000Hz 순음에 해당하는 최저 세기이다.

- 음압은 소음계로 측정, 3종의 보정회로가 내장되어야 한다.(A,C,Z로 나타냄)

- A 가중 음압이 A-weighted sound level 45 dB 이라면 ‘음압(A) = 45 dB’, ‘SLA = 45 dB’, ‘45 dBA’로 나타낸다

- 유럽 연합(EU)은 시속 20km/h 이하에서 56dB 이상 배기음을 내도록 함

- 닛산은 시속 30km/h 미만에서 주파수(600~2500Hz)를 발생 시키는 기능을 장착

- 우리나라는 20km/h 보다 낮을 때, 최대 75dB 미만의 경고음을 들려줘야 한다.

 

* 복합음

- 복합음은 소리파형을 합성한 파형으로 나타내는 것

- 복합음을 나타내는 또 다른 방법은 소음스펙트럼을 사용하는 것

- 소리를 주파수대역으로 나누고 각 대역의 소리 세기를 측정

왼쪽은 소리파형, 오른쪽은 소음스펙트럼

 

* 귀의 해부

- 귀는 해부학적으로 세 부분 : 외이, 중이, 내이로 나눈다.

귀의 내부 구조

 

- 외이 : 외이는 소리에너지를 수집한다. // 귓바퀴,외이도,고막으로 구성

- 중이 : 이소골(ossicles), 추골(malleus), 등골(stapes)로 이루어져 있다.

등골은 난원창(타원창)에 피스톤과 같은 작용을 하여 난원창막 안쪽에 있는 내이액에 음압변화를 전달

난원창에 미치는 등골 뿌리의 압력은 음파가 직접 난원창에 미칠 경우에 22배 정도 증폭

- 고막장근은 추골에 붙어있고, 등골근은 등골에 붙어 있는데, 이러한 근육은 큰 소음에 수축하고 소리의 전달을 막아 내이를 보호한다 -> 이러한 반작용을 청각반사라 한다.

중이의 내부 사진

 

- 내이 : 내이의 달팽이관은 액으로 차 있는 나선형이다.

- 중이의 등골이 음압의 변화에 반응하여 액에 작용 -> 액의 움직임은 얇은 기저막을 진동 -> 이 진동이 코르티기관으로 전달 -> 코르티기관의 기저막이 위아래로 움직이면서 유모세포를 구부려뜨려 수용기전위를 발생

- 코르티기관에는 유모세포와 신경말단이 있다. 이러한 신경말단에서 받아들인 신경 충동은 청신경을 거쳐 뇌에 전달

- 달팽이관 -> 코르티기관 -> 기저막 -> 유모세포 -> 청신경

코르티기관 내부

 

달팽이관 내부, 저음이 더 잘 들린다는 내용

 

* 차폐

- 차폐는 소리환경에서 한 성분이 다른 성분에 대한 귀의 감도를 감소시키는 현상

- 차폐란 한음의 가청도가 다른 음의 존재 때문에 증가 되는 것

- 어떤 환경에서 사용할 특정 청각신호를 선택할 때는 그 신호를 수용하기 위하여 다른 소음의 차폐효과를 고려

- 일반적으로 피차폐음이 독자적으로 존재할 때의 절대식역을 측정, 이어서 차폐음이 있을 때의 문턱값을 측정하는데 이 차이가 차폐효과에 의한 것

- 차폐효과가 가장 큰 것은 차폐음과 주파수가 비슷할 때이다. 차폐음의 세가가 클 수록 차폐효과도 큼

-> 즉, 청각표시장치에서는 차폐효과를 줄이는 것이 목적

 

* 청각적 표시장치

- 검출 : 경고신호와 같은 신호의 존재 유무 판단

- 절대적 식별 : 단독으로 존재하는 특정 신호의 확인

- 상대적 식별 : 같이 존재하는 두 가지 이상의 신호분간 판별

- 위치 판별 : 신호가 오는 방향의 판별

// 절대적 식별과 상대적 구별은 여러 자극 차원(세기,주파수,지속시간,방향,반복률,점등시간 간격)에 기초하여 구분 가능

 

* 신호 검출

- 신호 검출 증가 방법

1) 소음의 세기를 줄인다.

2) 신호의 세기를 증가 : 40~50dB

3) 신호의 주파수를 바꾼다

4) 신호를 0.5~1초동안 지속 시킨다

5) 신호를 위상 변위 시킨다.

6) 소음은 양쪽 귀, 신호는 한쪽 귀에만 들리게 한다.

7) 복합음은 1000~4000HZ 범위에서 4개 이상의 주요 주파수 성분으로 구성된 신호를 사용

 

* 세기 차이의 구별 : 60dB이상 -> 중간 주파수 1000~4000HZ

* 주파수 차이의 구별 : 주변 소음시에 500~1000HZ, 최소 30db이상이어야지 주파수 구분 가능

* 소리 위치 판별

- 입체음향능 : 소리가 들리는 방향을 판별하는 능력

- 음세기와 위상차로 판별

- 한쪽 귀와 다른 쪽귀의 음성 도달 시간 : 0.8ms

- 최소가청이동각 : MAMA, 음의 이동속도와 초기 위치에 따라 달라진다.