소리로 물체를 파악하는 동물은 어느정도까지 정확하게 파악할 수 있나요?

Question

박쥐나 돌고래처럼 소리를 이용해서 주변 환경을 파악하는 동물은 어두운 곳에서도 물체의 위치를 알아낸다고 하던데요. 반사된 소리만으로 물체의 크기나 거리를 어느 정도까지 판단할 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

박쥐와 돌고래는 반사되어 돌아오는 소리의 시간 차이와 강도, 주파수 변화를 분석해 물체의 거리와 방향을 파악합니다. 특히 박쥐는 매우 정밀해 작은 곤충의 위치와 움직임까지 구별할 수 있고, 돌고래는 물속에서 물체의 거리와 방향을 파악합니다. 특히 박쥐는 매우 정밀해서 작은 곤충의 위치와 움직임까지 구별할 수 있고 ,돌고래는 물속에서 물체의 크기나 재질 차이까지 어느 정도 구분합니다 .다만 거리와 정확도는 소리의 주파수, 물체의 크기, 형태, 주변 소음 등에 따라 달라집니다.

Answer 2

안녕하세요. 네. 박쥐와 돌고래 같은 동물은 반사되어 돌아온 소리의 시간, 세기, 주파수 변화, 방향, 스펙트럼 등을 종합해서 물체의 위치와 특성을 상당히 정밀하게 추정할 수 있으며, 이 능력을 반향정위라고 합니다. 거리를 알아낼 때 가장 기본적인 정보는 소리를 내보낸 순간부터 반사음이 돌아올 때까지 걸린 시간인데요, 소리는 공기나 물속을 일정한 속도로 이동하기 때문에, 반사음이 늦게 돌아올수록 물체가 멀리 있다는 뜻입니다. 박쥐가 초음파를 발사하고 아주 짧은 시간 뒤에 반사음을 받는다면 가까운 물체이고, 더 긴 시간이 걸리면 먼 물체인 것입니다. 특히 박쥐는 이 시간 차이를 상당히 정밀하게 측정합니다. 초음파의 왕복 시간을 이용하면 수 cm 수준의 거리 차이도 구별할 수 있는 경우가 있으며, 물론 정확도는 종, 거리, 물체의 크기와 형태, 주변 소음 등에 따라 크게 달라집니다. 거리뿐 아니라 어느 방향에 물체가 있는지도 알아냅니다. 박쥐는 양쪽 귀에 도착하는 반사음의 미세한 시간 차이와 세기 차이를 이용하는데요, 사람이 두 귀로 소리의 방향을 알아내는 것과 비슷하지만, 박쥐의 청각 시스템은 훨씬 높은 주파수의 소리를 처리하도록 특화되어 있습니다. 또한 박쥐는 머리나 몸을 움직이면서 여러 방향으로 초음파를 보내기 때문에 일종의 음향 스캐너처럼 주변을 탐색할 수 있습니다. 물체의 크기의 경우에는 반사음의 크기만 가지고 물체의 정확한 실제 크기를 측정하는 것은 어렵습니다. 왜냐하면 반사되는 소리의 양은 물체의 크기뿐만 아니라 재질, 표면의 방향, 모양, 거리 등에 따라서도 달라지기 때문입니다. 예를 들어 같은 크기의 물체라도 정면으로 소리를 반사하는 단단한 평면과, 소리를 여러 방향으로 흩어버리는 털이 많은 물체는 전혀 다른 반향을 만들어냅니다. 그래서 박쥐는 단순히 소리가 강하다 = 큰 물체라고 판단하는 것이 아니라 반향의 세기와 지속시간, 여러 주파수에서 나타나는 반사 패턴 등을 종합적으로 이용한다고 보시면 됩니다. 감사합니다.

Answer 3

박쥐와 돌고래는 초음파를 쏜 뒤 돌아오는 반사음을 분석해 어둠 속에서도 완벽한 3D지도를 그릴 수 있습니다.

실제 소리가 돌아오는 시간 차이를 계산해 수 mm 오차로 거리를 알아낼 수 있고, 소리의 반사 강도를 이용해 3~4mm 크기의 작은 모기나 곤충까지 파악할 수 있습니다.

게다가 소리의 주파수 변형을 감지해 사포의 미세한 거칠기 차이까지 구분합니다.

또한 양쪽 귀에 도달하는 소리의 시차로 1도 안팎의 정밀한 위치를 잡습니다.

단순히 장애물 회피 뿐만 아니라, 시각에 의존하지 않고도 물체의 미세한 정보까지 명확히 판단할 수 있는 것입니다.