손뼉 치는 소리의 동적 음향에 대한 해명

2006년 영화 '엑스맨: 최후의 전쟁'의 마지막 장면에서 한 캐릭터가 박수를 치고 충격파를 보내 적군을 쓰러뜨립니다.

농업생명과학대학 생물환경공학과 교수인 서니 정은 흥미를 느꼈습니다.

정씨는 "우리가 박수를 치면 파동이 어떻게 전파되는지 궁금해졌어요"라고 말했습니다.

융은 3월 11일 Physical Review Research 에 출판된 연구의 수석 저자로, 박수 소리에 관련된 복잡한 물리적 메커니즘과 유체 역학을 설명했으며, 생체음향학과 개인 식별에 응용할 수 있는 잠재력이 있어 박수 소리로 사람을 식별할 수 있습니다.

"박수는 일상적인 인간의 활동이며 소통의 한 형태입니다." 정은 말했다. "우리는 종교적 의식에서 박수를 치거나 감사를 표하기 위해 사용합니다. 우리 자신을 공명시키고 흥분시키기 위해서입니다. 우리는 박수를 치는 방식에 따라 어떻게 소리를 내는지 탐구하고 싶었습니다."

연구자들은 고속 카메라를 사용하여 10명의 자원봉사자가 박수를 치는 손의 움직임, 공기 흐름, 소리를 추적하고, 손 사이의 공동 크기와 모양이 변할 때의 다른 주파수를 측정했습니다. 즉, 손을 오므리고, 편평한 손 또는 손가락을 손바닥에 대고 박수를 치는 경우입니다.

그들은 손바닥 사이의 공동이 클수록 박수의 주파수가 낮아지고 손이 공명기 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 즉, 소리는 손의 공동과 엄지와 검지손가락 사이의 구멍을 통해 공기의 힘에서 나옵니다.

"손 구멍에서 나오는 이 제트기류에 의해 밀려나는 공기 기둥이 공기의 교란을 일으키고, 그것이 우리가 듣는 소리입니다." 기계공학 분야 박사과정생이자 제1저자인 이콩 푸의 말입니다.

연구자들은 인간이 얻은 데이터를 단순화된 복제품으로 얻은 데이터와 비교했으며, 헬름홀츠 공진기라고 불리는 전통적인 공진기를 통해 공기가 어떻게 움직이는지에 대한 이론적 예측도 비교했습니다.

"우리는 헬름홀츠 공명기가 인간의 박수 소리의 주파수를 예측할 수 있다는 것을 실험적으로나 계산적으로 확인했습니다."라고 푸는 말했습니다. "이것은 다른 분야, 특히 생물음향학에 도움이 될 수 있는 통합 원리의 확인입니다. 왜냐하면 이 원리는 모든 종류의 생물음향 현상, 특히 연성 재료 충돌과 제트 흐름과 관련된 현상을 설명하는 데 도움이 될 수 있기 때문입니다."

정은 "이것은 또한 악기의 기본 원리입니다."라고 말했습니다. "구멍의 크기와 목 개구부의 길이에 따라 다른 소리가 납니다. 이것이 박수 치기에도 적용된다는 것을 보여주었습니다."

연구진은 또한 전통적인 공명기를 통해 내는 소리에 비해 박수 소리가 왜 그렇게 짧은지 연구했고, 손의 부드러움이 중요한 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 손의 연조직은 충격 후 진동하여 에너지를 흡수하고 소리를 약화시킵니다.

"재료에 진동이 많을수록 소리가 훨씬 더 빨리 약해집니다."라고 푸는 말했습니다. "그러므로 다른 사람의 주의를 아주 멀리 끌고 싶고 소리가 오래 지속되기를 원한다면 손을 더 단단하게 만드는 특정 유형의 박수 모양을 선택하는 것이 좋습니다."

이 연구는 또한 박수 치기 동작을 개인 식별자나 서명으로 사용하는 아이디어에 대한 가능성을 열어줍니다. 예를 들어, 정의 학생 중 한 명은 박수 치기 동작을 사용하여 수업 출석을 확인할 수 있는지 실험하고 있습니다.

"손뼉은 사실 매우 특징적인 것입니다. 손의 크기, 기술, 피부 질감, 부드러움이 다르기 때문입니다. 이 모든 것이 서로 다른 사운드 퍼포먼스를 낳습니다." 푸가 말했다. "이제 우리는 그 물리 법칙을 이해했으므로, 그 소리를 사용하여 사람을 식별할 수 있습니다."

이전 연구에서는 박수 소리의 이론적 메커니즘을 단순화하거나 인간 피험자를 대상으로 통계 분석을 수행했지만, 두 가지 사이의 연관성은 새로운 것입니다. 소리와 공기 흐름, 손의 크기, 모양 및 질감, 박수의 힘, 속도 및 압력을 평가하는 실험적 설정을 통해 연구자들은 재료 과학, 유체 역학 및 음향학을 통합한 여러 변수를 포착할 수 있었습니다.

"이것은 이 주제에 대한 가장 철저한 연구입니다." 푸가 말했다. "우리가 설정한 방식은 현상을 시각화하는 데 도움이 되었고, 매우 포괄적이기 때문에 우리는 그것으로부터 더 많은 지식을 생성할 수 있습니다."

정에게 이 연구는 또한 호기심을 충족시켜줍니다. "이것은 내가 본 것과 우리가 매일 하는 일을 이해하고자 하는 마음에서 시작되었습니다."라고 그는 말했습니다.

"뭔가를 볼 때, 왜 그런 일이 일어나는지 의문을 품습니다."

공동 저자로는 일본 사이타마 대학의 전 박사후 연구원이자 현재 조교수인 아키히토 기야마와 미시시피 대학 국립 물리 ​​및 천문학 센터의 궈친 류, 리쿤 장이 있습니다.

이 연구는 일부 국가과학재단의 자금 지원을 받아 진행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/03/250312165601.htm