학문
여름철 나무 위에서 매미가 엄청나게 큰 소리로 목청껏 울어대는 과학적 원리
매미는 어떻게 작은몸집에서 그렇게 큰 소리를 내는 건가오?? 목소리로 소리를 내는 것이 아니라 배 안쪽에 있는 진동막을 특수한 근육으로 고속 진동시켜 소리를 만든다고 하던데, 매미만의 신기한 발성 메커니즘이 알고 싶습니다
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요, 완강한바다사자135님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 매미가 작은 몸으로 80~100 데시벨이 넘는 거대한 소리를 내는 비결은 배 속의 강력한 근육이 주름진 진동막을 초당 수백 번 찌그러뜨리고, 텅 빈 배 전체를 울림통으로 활용해 소리를 극대화하기 때문이랍니다.
■ 발음근의 초고속 수축과 진동막의 탄성 변형
매미 중에서도 짝짓기를 시도하는 수컷만이 이러한 특수한 발음 기관을 온전히 갖추고 있습니다. 수컷 매미의 배 양쪽에는 단단한 큐티클 주름으로 이루어진 발음막과 이를 당기는 강력한 발음근이 자리 잡고 있는데요. 발음근이 신경 신호를 받아 초당 수백 번에 달하는 속도로 빠르게 수축하면, 볼록했던 발음막이 안쪽으로 찌그러지며 강한 탄성 딸깍음을 발생시킵니다. 음료수 캔의 볼록한 뚜껑을 손가락으로 눌렀다 뗄 때 딱딱 소리가 나는 좌굴 현상과 같은 물리적 원리인데요.
이 미세한 파동이 초당 수천 번 이상 반복되면서 연속적인 고주파 음향 에너지를 만들어내는 것이랍니다.
■ 텅 빈 복부 공명실과 음향 조절을 통한 증폭
진동막에서 시작된 소리가 숲 전체를 울릴 만큼 커지는 핵심 비결은 매미 배의 해부학적 구조에 있습니다. 수컷 매미는 소리를 증폭하기 위해 내장 기관을 한쪽으로 극단적으로 압축시키고, 배 내부의 약 70퍼센트 이상을 텅 빈 공기주머니인 공명실로 비워두었는데요. 발음막의 진동이 이 빈 공간으로 전달되면 특정 고유 진동수와 만나 공명 현상을 일으키며 소리가 수십 배로 증폭됩니다. 여기에 배 아래쪽의 덮개판인 복판을 열고 닫거나 배를 들어 올리는 각도를 조절하여, 기차 소음에 버금가는 100데시벨 안팎의 우렁찬 소리를 멀리까지 퍼뜨리는 것이랍니다.
정리하자면,
매미의 경이로운 울음소리는 수컷의 발음근이 진동막을 초고속으로 튕겨내는 탄성 진동과 속이 텅 빈 배 전체를 통째로 울림통으로 쓰는 정교한 공명 시스템이 결합하여 작은 몸의 한계를 뛰어넘어 짝을 부르는 진화의 산물이랍니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
채택 보상으로 158베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 매미가 작은 몸으로도 놀라울 정도로 큰 소리를 내는 이유는 사람처럼 성대를 진동시켜 소리를 내는 것이 아니라, 배 양쪽에 있는 특수한 발음기관인 ‘발음막’을 초고속으로 변형시키고 몸속의 공명 공간으로 소리를 증폭하기 때문인데요, 특히 우리가 여름에 흔히 듣는 매미의 큰 울음은 주로 수컷이 암컷을 유인하기 위해 내는 소리입니다.
매미의 핵심적인 소리 생성 기관은 배 양쪽에 있는 발음막입니다. 발음막은 단순한 얇은 피부가 아니라 여러 개의 주름과 갈비뼈 같은 구조를 가진 단단한 막으로 되어 있는데요, 수컷 매미가 발음막에 연결된 근육을 수축시키면 이 막이 안쪽으로 휘어지면서 순간적으로 딱하고 변형되고, 근육이 이완되면 다시 원래 형태로 빠르게 튀어나옵니다. 이 과정이 반복되면서 공기를 진동시키고 소리가 만들어집니다. 이때 해당 동작이 1초에 수백 번 반복될 수 있습니다. 그런데 발음막만 진동시킨다고 해서 우리가 듣는 것처럼 엄청나게 큰 소리가 만들어지는 것은 아닙니다. 여기서 또 하나의 비밀이 매미의 몸 자체가 공명장치 역할을 한다는 것아데요, 매미의 배 내부에는 공기가 들어 있는 공간이 형성되어 있어서 발음막에서 발생한 진동을 더욱 크게 울려주는 역할을 합니다. 쉽게 말하면 기타의 줄이 직접 내는 소리보다 기타 몸통의 빈 공간이 소리를 훨씬 크게 만들어주는 것과 비슷한 원리입니다. 즉 매미의 발성 과정을 단순하게 표현하면 근육 수축 → 발음막 변형 → 빠른 복원 → 연속적인 진동 발생 → 배 안의 공명 공간에서 증폭이라는 순서로 표현할 수 있습니다. 감사합니다.
말씀하신 것처럼 수컷 매미는 배 속에 위치한 진동막과 발음근, 그리고 텅 빈 배 내부공간을 이용해 최대 100~120dB의 소리를 만들어내는 것입니다.
매미 소리의 발생 메커니즘은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 음료수 캔의 뚜껑이나 원형 얇은 철판을 누를 때 소리가 나는 원리가 매우 비슷합니다.
수컷 매미의 배 양옆에는 굵고 강한 발음근이 진동막에 연결되어 있는데, 이 근육이 강하게 잡아당기면 얇은 진동막이 안쪽으로 구부러지면서 딸깍 하는 충격파 소리가 납니다.
그리고 근육이 이완하면 찌그러졌던 진동막이 탄성에 의해 순식간에 원래 위치로 튕겨 나오며, 다시 딸깍 하는 소리가 또 발생합니다.
매미는 이 과정을 1초에 약 300~500회 이상 빠르게 반복하는 것입니다.
여기에 매미는 작은 몸집 전체를 기타나 가야금의 공명통처럼 활용합니다.
수컷 매미는 암컷과 달리 배 안의 장기가 한쪽에 몰려 있어, 배의 70% 이상이 비어 있는 공기 주머니로 채워져 있습니다. 진동막에서 만들어진 작은 파동이 텅 빈 배 안으로 들어오면, 공기가 내부에서 반사하며 진폭이 수십 배 이상 커지게 되는 것입니다.
또 매미는 소리를 낼 때 배를 들었다 내렸다 하거나 배 밑부분의 덮개를 조절하여 소리의 크기와 주파수, 여운을 조절하는 것입니다.
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
매미는 목소리가 아니라 배의 발음막을 특수 근육으로 빠르게 휘었다 펴며 소리를 냅니다 .이 진동이 속이 빈 복부의 공명 구조에서 증폭돼 작은 몸집에 비해 매우 큰 소리가 납니다. 주로 수컷이 암컷을 부르거나 영역을 알릴 때 사용합니다.