왜 나이가 들면 잘 안 들릴까?

어렸을 때 두 개의 종이컵을 실로 연결한 종이컵 전화를 만들어서 놀아본 적이 있을 것입니다. 진짜 전화처럼 종이컵에 귀를 대고 있으면 멀리 떨어진 친구의 목소리가 들립니다. 여기에는 어떤 물리학이 숨어 있을까요?

사극을 보면, 어의가 왕비의 몸에 손을 대지 않고 왕비의 손목에 연결된 실로 진맥을 하는 광경이 나옵니다. 매우 어려운 일이었겠지만, 불가능한 일은 아닙니다. 굉장히 미약한 진동이 실을 따라 전달될 수 있습니다. 종이컵 전화 역시 같은 원리입니다. 소리라는 파동이 줄을 타고 상대편의 귀로 전달되는 것입니다. 이처럼 공간이나 물질의 한 부분에서 생긴 진동이 시간의 흐름에 따라 주위로 멀리 퍼져나가는 현상을 파동이라고 합니다.

대표적인 파동은 소리, 즉 음파가 있습니다. 음파는 공기의 압력에 변화를 줍니다. 악기가 낸 소리나 사람이 내는 목소리가 아무것도 연결되지 않은 공간을 지나 다른 사람의 귀에 어떻게 들리는 걸까요? 쉽게 말해, 소리를 내는 사람의 목청의 떨림이 혹은 바이올린 줄의 떨림이 공기 분자들에 압력을 주면서 전달되다가 다른 사람의 귀의 고막을 때리는 것입니다. 이처럼 하나의 진동이 계속해서 연결되며 전달되는 것이 파동입니다.

파동을 자세히 살펴보면, 파동의 마루에서 마루까지, 또는 골에서 골까지를 파의 길이, 즉 파장이라고 하고, 파동의 높낮이를 진폭이라고 합니다. 진폭이 크면 소리가 크게 들리고, 진폭이 작으면 작게 들립니다. 또 1초에 진동하는 횟수를 주파수라고 하고, 단위로 헤르츠를 씁니다. 주파수에 따라 음의 높낮이, 도레미파솔라시도와 같은 멜로디가 정해집니다. 파동이 1초에 이동하는 거리를 파동의 속력이라고 하는데, 소리 같은 경우 1초에 340미터를 간다고 합니다.

인간은 보통 2만 헤르츠 정도까지의 소리를 들을 수 있다고 합니다. 그 이상은 초음파라고 합니다. 나이가 들수록 높은 주파수의 소리를 듣기 어려워집니다. 60대가 되면 8000헤르츠 이상의 소리를 듣기가 힘들어진다고 합니다. 이유는 고막이 노화하면서 2만 번 이상 떨리지 못하기 때문입니다. 이 원리를 이용하여 어른들은 못 듣지만 아이들에게만 소리를 내는 장난감도 있다고 합니다.

파동은 재미있는 성질을 가지고 있습니다. 파동은 둘을 더하면 2가 되기도 하지만(실제로는 4배), 둘을 더해서 0이 되기도 합니다. 두 파동의 마루와 마루가 겹치면 더 큰 소리가 들리고(보강간섭), 두 파동의 마루와 골이 겹치면 아무 소리도 들리지 않는 것입니다(상쇄간섭). 이러한 파동의 간섭 효과, 그중에서도 상쇄간섭을 이용한 것이 소음 제거 헤드폰입니다. 헤드폰 밖에서 나는 소리를 녹음해 그와 반대되는 파동을 넣어줘서, 헤드폰에서 나오는 음악 소리만 들릴 수 있도록 하는 것입니다.