극초음속 효과
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1. 개요
극초음속 효과는 25kHz 이상의 고주파 성분을 포함한 소리가 생리적, 심리적, 인지적 변화를 유발하는 현상이다. 이 효과는 뇌파의 알파파 증가, 뇌 심부 구조 및 보상계 활성화, 면역 및 스트레스 지표 변화, 혈당 상승 억제 등 다양한 영향을 미친다. 효과는 가청음과 초고주파를 함께 스피커를 통해 들을 때 나타나며, 헤드폰이나 이어폰 사용 시에는 나타나지 않는다. 극초음속 효과는 최대 엔트로피 스펙트럼 배열법과 울트라 슈퍼 트위터 개발, 바이채널 재생 시스템 구축 등의 연구를 통해 탐구되었으며, 고해상도 오디오 기술, 의료 분야, 도시 환경 조성 등에 응용되고 있다. 극초음속 효과에 대한 찬반 논쟁이 존재하며, 연구 결과의 해석과 방법에 대한 이견이 있다.
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| 극초음속 효과 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 이름 | 극초음속 효과 |
| 설명 | 들리지 않는 고주파 소리가 뇌 활동에 미치는 영향에 대한 가설 |
| 관련 분야 | 청각 뇌과학 음향학 |
| 주창자 | |
| 주요 인물 | 오하시 츠토무 |
| 연구 내용 | |
| 주요 주장 | 고음질 오디오 시스템에서 초음파 성분이 인간의 인지 능력에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다는 주장 자연 환경음과 유사한 고밀도, 고복잡성 음향 환경이 도시 환경 개선에 효과가 있다는 연구 |
| 실험 결과 | 들리지 않는 고주파 소리가 뇌 활동에 영향을 미침 초고밀도 고복잡성 산림 환경음 보완을 통해 도시 음환경 개선 효과 확인 소리의 들리지 않는 고주파 성분이 포도당 내성에 긍정적인 영향 |
| 연구 방법 | 뇌파 측정 PET 스캔 fMRI |
| 논쟁 및 비판 | |
| 주요 논점 | 초고음파가 실제로 인간에게 인지 가능한 효과를 가지는지에 대한 논쟁 일부 연구 결과에 대한 재현성 및 통계적 유의미성 문제 제기 |
| 반론 | 가청 주파수 이상의 소리에 대한 인지 가능성 연구 고음질 음향 시스템 설계에 대한 시사점 제시 |
| 관련 정보 | |
| 관련 학술지 | 미국 생리학회 저널 응용 음향학 |
| 관련 서적 | 하이퍼소닉 이펙트 (저자: 오하시 츠토무, 이와나미 쇼텐, 2017) |
2. 하이퍼소닉 이펙트의 효과
2000년 https://www.physiology.org/journal/jn 신경생리학 저널에 발표된 연구에서는 피험자들에게 25kHz 이상의 고주파 성분(HFC)을 포함하거나 포함하지 않은 음악을 들려주는 실험을 진행했다.[3] 피험자들은 의식적으로 차이를 인지하지 못했지만, HFC가 포함된 음악을 들었을 때 뇌파(EEG)에서 알파파 활동이 통계적으로 유의미하게 증가했고, HFC 포함 음악을 더 선호하는 경향을 보였다.
24kHz 이상의 초음파[13] 부분만 들려주었을 때는 영향이 없었으며, 전체 대역폭과 대역폭 제한 자료를 비교할 때만 효과가 나타났다.
심리음향학에서는 귀가 공기 전도 경로를 통해 고주파에 반응할 수 없다고 알려져 있어, 극초음속 효과가 귀의 공기 통로를 통한 "일반적인" 경로로 발생하는지, 아니면 다른 방식으로 발생하는지에 대한 의문이 제기되었다. 2006년 연구에서는 스피커와 헤드폰을 통해 HFC를 제시하여 효과를 비교했는데, 헤드폰을 통해서는 극초음속 효과가 발생하지 않았다.[14]
2006년 연구는 HFC 유무에 따른 ''편안한 청취 수준''(CLL)을 조사했다. HFC 포함 음악의 CLL이 더 높았으며, 이는 HFC 포함 음악에 대한 선호도를 정량적으로 보여준다.[14]
오하시의 결과에는 모순이 존재한다.[3][1]
- 시험 대상에게 초음파(24kHz 이상) 부분만 재생했을 때 청취자에게 아무런 영향이 없었다. 효과는 전체 대역폭과 대역폭 제한 자료를 비교할 때만 나타났다.
- 전체 대역폭 자료를 바로 전에 재생했을 때 대역폭 제한 자료가 시험 대상에게 더 좋은 평가를 받았다.
NHK 연구소는 오하시의 결과를 재현하려 했지만 실패했다.[15][16]
KEF의 로리 핀치만은 1980년 런던 AES 컨벤션에서 480시간의 청취 테스트를 실시한 결과, 40kHz까지 소리를 재생할 수 있는 장비와 20kHz 대역 제한 버전의 테스트 신호를 구별할 수 없었다고 발표했다.[1]
시스템 비선형성은 고주파 신호로 자극을 받을 때 저주파 상호 변조 생성물을 생성한다. 이 메커니즘은 청취자가 신호를 구별할 수 있도록 가청 범위 내에서 신호를 생성할 수 있다고 제안한다.[1][17] 이러한 인공물은 PC 기반 청력 자가 테스트에서 흔히 발생하는 문제이다.[18]
2007년 9월, 보스턴 오디오 협회와 오디오 공학 협회는 554건의 이중 맹검 ABX 테스트 청취 실험 결과, 고해상도 또는 CD 표준 샘플링 속도를 올바르게 식별한 비율이 49.5% (274건)로 동전 던지기보다 좋지 않았다고 발표했다. 95% 통계적 신뢰도를 초과하려면 54.3% (301건) 이상이어야 했다.[8]
오하시 연구에 대한 비판은 주로 시험 자료에 대한 청취자의 선호도에 대한 결론에 집중되었으며, 생리학적 측면에 대한 비판은 거의 없었다. 반대 증거로 인용된 연구는 고주파 오디오에 대한 생리적인 뇌 반응이 아닌, 대상의 의식적인 반응만을 다루었다. 추가 연구에 따르면 귀만으로는 추가적인 뇌파를 생성하지 않지만,[1] 신체가 고주파 사운드에 노출되면 뇌 자극을 준다.[19]
2. 1. 생리적 영향
양전자 단층 촬영술을 이용한 뇌 기능 영상 촬영에서 가청음과 초고주파가 함께 존재할 때 중뇌, 시상 등 뇌 심부 구조 및 전대상회 등 뇌 보상계에서 활동이 증가하는 것이 관찰되었다.[20] 오하시 등의 실험과는 다른 종류의 음원, 다른 실험 참가자를 사용한 오카다 등의 연구에서도 동일한 결과가 얻어졌다.[25]뇌파에서는 가청음과 초고주파가 함께 존재할 때 알파파 파워가 증가하는 현상이 관찰되었다.[20][25][26][27][28][29]
체액 중 면역 및 스트레스 지표에서는 가청음과 초고주파가 함께 존재할 때 자연 살해 세포 활성화, 면역글로불린 증가, 아드레날린 및 코르티솔 감소, 손바닥 발한량 감소 등이 관찰되었다.[21][30][31][26]
또한, 당 부하 검사에서 가청음과 초고주파가 함께 존재할 때 혈당 상승이 억제되는 효과가 관찰되었다.[23]
2. 2. 심리적, 인지적 영향
2000년에 https://www.physiology.org/journal/jn 신경생리학 저널에 발표된 연구에서는 피험자들에게 25kHz 이상의 고주파 성분(HFC)을 포함하거나 포함하지 않은 음악을 들려주는 일련의 객관적, 주관적 실험을 진행했다.[3] 피험자들은 의식적으로 차이를 인지하지 못했지만, HFC가 포함된 음악을 들었을 때 뇌파(EEG) 모니터링 결과 알파파 활동이 통계적으로 유의미하게 증가했으며, HFC 포함 음악을 더 선호하는 경향을 보였다.24kHz 이상의 초음파[13] 부분만 들려주었을 때는 청취자들에게 아무런 영향이 없었으며, 전체 대역폭과 대역폭 제한 재료를 비교할 때만 효과가 나타났다.
심리음향학에서는 귀가 공기 전도 경로를 통해 고주파에 반응할 수 없다고 알려져 있어, 극초음속 효과가 귀의 공기 통로를 통한 "일반적인" 경로로 발생하는지, 아니면 다른 방식으로 발생하는지에 대한 의문이 제기되었다. 2006년 동료 검토 연구에서는 스피커와 헤드폰을 통해 HFC를 제시하여 효과를 비교했는데, 헤드폰을 통해 제시했을 때는 극초음속 효과가 발생하지 않았다.[14]
2006년 연구는 HFC 유무에 따른 ''편안한 청취 수준''(CLL)을 조사하여 피험자 반응을 측정했다. HFC 포함 음악의 CLL이 더 높았으며, 이는 일반 청취자의 HFC 포함 음악 선호도를 정량적으로 보여준다.[14]
극초음파가 공존하면 소리에 대한 주관적 평가가 긍정적으로 변하고,[20][27] 실험 참가자는 더 큰 음량을 최적이라고 느낀다.[32] 또한, 소리뿐 아니라 공간 전반에 대한 긍정적 평가와 시청 대상에 대한 호감도가 높아진다.[21][30][33] 인지 테스트 성적도 향상된다.[28]
2. 3. 효과 발현의 시간적 지연
초고주파를 함께 들려준 후 뇌파 잠재력의 변화는 약 100초 정도 늦게 관측된다. 이는 뇌의 보상계에서 세컨드 메신저의 관여에 의한 지연 효과로 추정된다.[20][34]3. 효과 발현 조건
2000년 https://www.physiology.org/journal/jn 신경생리학 저널에 발표된 연구에 따르면, 음악에 25kHz 이상의 고주파 성분(HFC)이 포함되면 뇌파(EEG) 알파파 활동이 통계적으로 유의미하게 증가하고 해당 음악을 더 선호하는 경향이 나타났다.[3] 그러나 이러한 효과는 음원의 초음파(24kHz 이상) 부분만 들려주었을 때는 나타나지 않았고, 전체 대역폭을 가진 음원과 대역폭이 제한된 음원을 비교했을 때만 관찰되었다.[13]
심리음향학에서는 일반적으로 귀가 공기 전도 경로를 통해 고주파에 반응할 수 없다고 알려져 있어, 극초음속 효과가 귀의 일반적인 청각 경로가 아닌 다른 경로로 발생한다는 의문이 제기되었다. 2006년 연구에서는 스피커와 헤드폰을 통해 HFC를 제시했을 때 효과를 비교했는데, 헤드폰으로는 극초음속 효과가 발생하지 않았다.[14]
2006년 연구에서는 HFC 유무에 따른 ''편안한 청취 수준''(CLL)도 조사했는데, HFC가 있는 음악의 CLL이 더 높게 나타나 HFC 포함 음악에 대한 선호도를 정량적으로 확인할 수 있었다.[14]
3. 1. 주파수 구성
2000년에 발표된 연구에서는 25kHz 이상의 고주파 성분(HFC) 포함 여부에 따른 음악 청취 실험을 진행했다.[3] 실험 결과, 피험자들은 의식적으로 차이를 인지하지 못했지만 HFC가 포함된 음악을 들었을 때 뇌파(EEG) 알파파 활동이 증가하고 해당 음악을 더 선호하는 경향을 보였다.[3]테스트에 사용된 음원 중 초음파(24kHz 이상) 부분만 들려주었을 때는 별다른 효과가 나타나지 않았다. 전체 대역폭을 가진 음원과 대역폭이 제한된 음원을 비교했을 때만 극초음속 효과가 나타났다.[13]
양전자 단층 촬영술을 이용한 뇌 기능 영상 촬영 결과, 가청음과 초고주파가 함께 존재할 때 중뇌, 시상, 전대상회 등 뇌의 보상계가 활성화되는 현상이 관찰되었다.[20] 다른 종류의 음원과 다른 실험 참가자를 대상으로 한 연구에서도 동일한 결과가 나왔다.[25]
뇌파 검사에서는 가청음과 초고주파가 동시에 존재할 때 알파파 파워가 상승하는 것이 관찰되었다.[20][25][26][27][28][29]
체액 내 면역 및 스트레스 지표를 분석한 결과, 가청음과 초고주파가 함께 존재하면 자연 살해 세포 활성화, 면역글로불린 증가, 아드레날린 및 코르티솔 감소, 손바닥 땀 분비량 감소가 관찰되었다.[21][30][31][26]
당 부하 검사에서는 가청음과 초고주파를 함께 들을 경우 혈당 상승이 억제되는 효과가 나타났다.[23]
결론적으로 가청음만 듣거나 초고주파만 들어서는 극초음속 효과가 나타나지 않으며, 가청음과 초고주파를 함께 들어야 효과가 발생한다. 흔들림 구조가 없는 정적인 초고주파 노이즈를 가청음에 추가하는 것은 뚜렷한 효과를 보이지 않는다.
3. 2. 주파수 대역별 효과
2000년에 발표된 연구에서는 25kHz 이상의 고주파 성분(HFC)이 포함된 음악과 그렇지 않은 음악을 들려주었을 때, 뇌파(EEG) 활동과 주관적 선호도에서 차이가 나타났다. HFC가 포함된 음악을 들었을 때 뇌파의 알파파 활동이 통계적으로 유의미하게 증가했고, 피험자들은 HFC가 포함된 음악을 더 선호했다. 그러나 초음파(24kHz 이상) 부분만 들려주었을 때는 효과가 나타나지 않았다.[3]심리음향학에서는 귀가 공기 전도 경로를 통해 이러한 고주파에 반응할 수 없다고 알려져 있다. 따라서 극초음속 효과가 귀의 공기 통로를 통과하는 일반적인 경로를 통해 발생하는지, 아니면 다른 방식으로 발생하는지에 대한 의문이 제기되었다. 2006년 연구에서는 스피커와 헤드폰을 통해 HFC를 제시했을 때 효과를 비교했는데, 헤드폰을 통해 제시했을 때는 극초음속 효과가 발생하지 않았다.[14]
2006년 연구에서는 HFC 유무에 따른 ''편안한 청취 수준''(CLL)도 조사했다. HFC가 있는 음악의 CLL이 더 높았는데, 이는 HFC가 있는 음악에 대한 일반 청취자의 선호도를 정량적으로 보여준다.[14]
주파수 대역에 따라 효과가 다르게 나타난다.[37]
- '''32kHz 이하'''의 고주파 성분을 16kHz 이하의 가청역 성분과 함께 제시하면 뇌 심부 구조 활성이 저하된다. 이를 하이퍼소닉 네거티브 이펙트라고 한다. 젊은 층 기피 등에 사용되는 모스키토 음(15~18kHz)은 하이퍼소닉 네거티브 이펙트와 관련이 있을 수 있다.
- '''40kHz 이상'''의 고주파 성분을 16kHz 이하의 가청역 성분과 함께 제시하면 뇌 심부 구조 활성이 상승한다. 특히 80kHz 부근 대역 성분이 높은 효과를 보인다. 이를 하이퍼소닉 포지티브 이펙트 또는 하이퍼소닉 이펙트라고 한다.
3. 3. 진동의 비선형 질서
극초음속 효과를 유발하는 소리, 즉 극초음속 사운드는 미세한 시간 영역에서 변형되는 요동 구조를 가진다. 오하시 등은 그 진동 구조를 해석하여 극초음속 사운드의 비선형 자기 상관 질서를 정의했다.[36]3. 4. 소리 수용 조건
2006년에 발표된 연구에서는 스피커와 헤드폰을 통해 고주파 성분(HFC)을 제시했을 때 나타나는 효과의 차이를 실험했다. 실험 결과, 헤드폰으로 HFC를 들려주었을 때는 극초음속 효과가 나타나지 않았다.[14]극초음속 효과는 스피커를 통해 소리를 들어야 나타난다. 이어폰이나 헤드폰만으로는 효과가 없으며, 이어폰으로 가청 음역을 듣고 스피커로 초고주파를 함께 들어야 효과가 나타난다. 스피커로 초고주파를 재생하더라도 신체가 차음되면 효과는 거의 사라진다.[22]
3. 5. 초고주파 진동의 체표면 수용 가설
이어폰을 통한 청취에서는 효과가 나타나지 않고, 스피커를 통한 수용에서도 신체의 차폐로 인해 효과가 거의 소실되는 점으로 미루어, "초고주파 진동을 청각이 아닌 체표면에서 수용하고 있다"는 가설이 도출되었다.[22][38][39] 이는 극초음속 효과 발현 메커니즘 해명의 중요한 포인트 중 하나가 되었다.이 현상과 관련하여, 체표면에 조사된 초음파가 세포를 자극하여 모세혈관의 신생을 유도하는 현상이 협심증 치료에 기여하고 있다는 점이 주목받고 있다.[40] 이 현상은 극초음속 효과를 유도하는 초고주파 진동의 수용 메커니즘을 체표면에 둔다는 가설의 타당성을 뒷받침한다.
가청음과 초고주파의 동시 수용에 의해서만 효과가 나타나는 이 메커니즘에 대해, 가청음 정보와의 상호작용에 의해 초고주파에 관련된 정보의 게이트가 열리는 "소리의 이차원 지각 모델"이 가설로서 제안되었다.[41]
4. 연구 방법 개발
극초음속 효과 연구를 위해 다양한 방법들이 개발되었다.
오하시 등은 고속 푸리에 변환(FFT)의 한계를 극복하기 위해 최대 엔트로피법을 이용한 〈최대 엔트로피 스펙트럼 배열법〉을 개발하여, 짧은 파동 데이터에서도 요동 구조를 검출할 수 있게 했다.[1]
또한, 교세라와 공동으로 200kHz에 달하는 주파수 응답과 수평 180도의 넓은 지향각을 가진 울트라 슈퍼 트위터를 개발하여 실험에 활용했다.[1]
가청 주파수와 고주파를 별도로 재생하는 바이채널 재생 시스템을 구축하여, 비선형 왜곡 없이 고주파 성분의 효과를 감지할 수 있도록 했다.[27][42][43]
4. 1. 최대 엔트로피 스펙트럼 배열법
오하시 등은 고속 푸리에 변환(FFT)의 한계를 극복하기 위해 지구 물리학자 존 버그가 지각 변동 분석에 사용한 최대 엔트로피법을 바탕으로 〈최대 엔트로피 스펙트럼 배열법〉을 개발했다. 이를 통해 짧은 파동 데이터로부터 요동 구조를 검출할 수 있게 되었으며, 분해능과 안정성 모두 FFT에 비해 훨씬 뛰어난 소리 파동 분석이 가능하게 되었다.[1]4. 2. 울트라 슈퍼 트위터 개발
오하시 등은 초고주파 대역까지 충분한 성능을 보이는 음향 기기가 드물었던 당시, 교세라와 공동으로 200kHz에 달하는 주파수 응답과 수평 180도의 넓은 지향각을 가진 울트라 슈퍼 트위터를 개발하여 실험을 가능하게 했다.[1]4. 3. 바이채널 재생 시스템 구축
오하시 등이 개발한 바이채널 재생 방식은 가청 주파수 재생 회로와 고주파 재생 회로를 별도로 준비하여 각각 독립적으로 재생한다. 이 재생 방식을 사용하여 고주파 재생 회로를 ON/OFF함으로써 비선형 왜곡의 관여 없이 고주파 성분의 효과를 감지할 수 있게 했다[27][42][43].5. 하이퍼소닉 사운드의 소재
하이퍼소닉 사운드를 발생시키는 소재는 크게 자연물과 인공물로 나눌 수 있다. 자연물에는 열대 우림 환경음, 몬순 아시아 숲 환경음, 물소리 등이 있으며, 인공물에는 악기 음향, 인간의 노랫소리 등이 있다.[1]
5. 1. 자연물
- 열대 우림 환경음: 아프리카, 아시아의 열대 우림 환경음은 종종 200kHz를 넘는 초고주파를 가지며, 고도의 흔들림 구조를 동반한다. 아마존이나 파나마 등 신대륙의 열대 우림 환경음은 초고주파, 흔들림 구조 모두 아프리카, 아시아 열대 우림처럼 현저하지 않다.[1]
- 몬순 아시아 숲 환경음: 발리, 일본 등 몬순 아시아의 숲 환경음은 100kHz에 달하며 흔들림 구조를 동반한다.[1] 그중 하나인 일본의 야시키바야시(屋敷林|야시키바야시일본어) 숲의 환경음은 특히 풍부하다.[1]
- 물소리: 파도, 폭포, 흐르는 물 등의 물소리는 100kHz를 넘는 강한 초고주파를 발생시키는 경우가 있다.[1] 다만 물소리의 흔들림 구조는 복잡하지 않다.[1]
5. 2. 인공물
- 악기 음향: 발리 섬의 가믈란 앙상블, 텍테칸, 제고그, 일본의 비파, 노칸, 샤쿠하치 등은 풍부한 요동 구조를 동반하며 종종 200kHz를 넘는 강력한 초고주파를 발생시키는 것이 확인되었다.[1] 세계 각지의 북과 같은 전통적인 타악기, 현악기, 리드를 가진 취주 악기, 방울, 벨 등에도 초고주파를 발생시키는 것이 적지 않다.[1]
- 인간의 노랫소리: 불가리아의 전통적인 발성법에 의한 여성 합창, 조지아의 전통적인 발성법에 의한 남성 합창은 강한 요동 구조를 동반한 100kHz에 육박하는 초고주파를 갖는다.[1] 일본 노의 지우(地謡)는 때때로 100kHz에 달하며 요동 구조도 특히 풍부한 초고주파로 가득 찬 소리를 울린다.[1]
- 피그미의 폴리포니: 아프리카 열대 우림에 사는 피그미에 의한 코러스는 100kHz에 육박하는 초고주파와 풍부한 요동 구조로 가득 차 있다.[1]
6. 하이퍼소닉 이펙트 응용
극초음속 효과는 고해상도 오디오(하이 레조), 의료, 도시 정보 환경 구축 등 다양한 분야에 응용되고 있다.
고해상도 오디오(하이 레조) 기술은 극초음속 효과 연구 결과를 바탕으로 실용화되었다. 일본 오디오 협회는 하이 레조 오디오 로고 라이선스 조건으로 40kHz 이상(아날로그 처리) 또는 샘플링 주파수 96kHz 이상(디지털 처리)의 고역 주파수 성능을 요구한다.[1]
의료 분야에서는 국립정신·신경의료연구센터에서 우울증과 치매에 대한 비약물 정보 의료 임상 연구를 진행하고 있으며, 당부하 검사에서 혈당치 상승 억제 효과도 발견되었다.[46][23] 하마마츠 포토닉스와 타케나카 공무점은 양로원에서 장기간 연구를 진행하며 예방 의학 분야 실용화를 목표로 하고 있다.[47][48]
도시 정보 환경 구축 분야에서는 2005년 시가현 히코네시 요반초 스퀘어에 세계 최초로 하이퍼소닉 사운드를 이용한 사운드스케이프가 설치되었으나, 2023년 현재 중단된 상태이다.[30][31] 도쿄도 JR 신주쿠역 빌딩의 NEWoMan 음향 환경 조성, 교토 대학 종합 박물관 상설 전시 등에도 활용되고 있다.[50]
6. 1. 고해상도 오디오 (하이 레조)
극초음속 효과에 대한 연구 결과를 바탕으로 하이 레졸루션 오디오(하이 레조) 기술이 실용화되었다. 100kHz 가까이 또는 그 이상의 소리를 재생할 수 있는 PCM 방식(샘플링 주파수 192kHz 이상)이나 DSD 방식(5.6MHz 이상) 등이 사용되었다. 슈퍼 오디오 CD(SACD)나 DVD-오디오 등의 고해상도 오디오 디스크 미디어도 등장했다.[1]일본 오디오 협회는 〈Hi-Res AUDIO〉 로고 라이선스 조건으로, 하이 레조 오디오가 40kHz 이상(아날로그 처리) 또는 샘플링 주파수 96kHz 이상(디지털 처리)의 고역 주파수 성능을 갖도록 요구하고 있다.[1]
6. 2. 의료 응용
국립정신·신경의료연구센터에서는 약물을 사용하지 않는 정보 의료의 일환으로 우울증과 치매에 적용하는 임상 연구가 진행되고 있다.[46] 또한 건강한 사람을 대상으로 한 당부하 검사에서 혈당치 상승을 억제하는 효과를 발견했다.[23]하마마츠 호토닉스 주식회사, 주식회사 타케나카 공무점에서는 각각 양로원에서의 장기간 연구를 진행하고 있으며[47][48], 예방 의학 분야에서의 실용화를 목표로 하고 있다.
6. 3. 도시 정보 환경 구축
2005년, 시가현 히코네시 요반초 스퀘어에 세계 최초로 하이퍼소닉 사운드를 이용한 사운드스케이프가 설치되었다.[30][31] 그러나 2023년 현재는 중단된 상태이다.이 외에도 도쿄도 JR 신주쿠역 빌딩의 대형 상업 시설 NEWoMan의 음향 환경 조성, 교토 대학 종합 박물관 상설 전시에 적용되는 등 다양한 응용 사례가 있다.[50]
7. 접근 방식의 특이성
들리지 않는 초고주파를 포함한 소리가 뇌 활동을 변화시킨다는, 지금까지 존재하지 않았던 인식은 하이퍼소닉 효과 연구의 핵심이 되고 있다.[56]
이 새로운 인식은 복수의 사례에서 공통성을 추출하는 귀납적 과정이나, 규칙에 기반한 연역적 과정에서 유도된 것이 아니다. 또한, 많은 사람들에게 공유되는 사상을 기호 조작으로 언어화한 것도 아니고, 기존 지식의 축적을 바탕으로 새로운 지식을 생성한 것도 아니다.
하이퍼소닉 효과 개념 형성이 갖는 고도의 특이성은, 그것을 형성하기 위한 상기한 여러 과정의 존재가 전혀 인정되지 않고, 호모 사피엔스 한 개체의 뇌 속에, 말하자면 홀연히 나타나 언어화되어 과학적 개념으로서 작용하기 시작했다는 점에 있다. 따라서, 그것을 형성한 뇌의 작용은 감각, 감성을 포함한 직관적 뇌 기능이 주력이 되어, 대부분은 의식의 영역 밖에 존재하고 있다. 이 때문에 이 뇌 작용은 의식 위에 구축되는 언어로 변환하여 표현하기 어렵다.
이 특이적인 지적 현상은 하이퍼소닉 효과 연구에서 여러 번 나타나고 있다. 위에 언급된 예 외에도, 초고주파 성분의 체표면에 의한 수용 발견, 하이퍼소닉 사운드의 자기 상관 질서에 대한 주목 등이 해당된다.
이것을 유도한 과정은 이산 기호열로 변환할 수 없기 때문에 현재의 전자 계산기의 능력을 넘어서며, 생생한 호모 사피엔스의 뇌 기능 관여가 불가결하다.[56]
8. 찬반 논쟁
극초음속 효과에 대한 학계의 논쟁은 현재 진행형이다. 초기에는 음향 심리학 전문가들 사이에서 회의적인 시각이 우세했다. 1999년, 복수 주파수 소리 지각 실험에서 음향 기기, 공기, 인체의 비선형 왜곡이 가청 영역에 영향을 줄 수 있다는 점이 지적되었다.[52]
그러나 2006년 음향 학회 심포지엄에서 오하시 쓰토무 등이 구축한 바이채널 재생계에서는 원리적으로 비선형 왜곡이 발생하지 않는다는 사실이 제시되어, 비선형 왜곡의 극초음속 효과 관여 주장은 부정되었다.[39][53]
NHK 방송 기술 연구소의 2009년 실험[43][54] 등 다른 연구에서도 음악 속 초고주파 유무가 주관적으로 구별될 가능성이 시사되었다. 이 실험들은 기기 비선형 왜곡을 고려해 오하시 등과 같은 바이채널 재생계를 채택하여 비선형 왜곡 가설에 대한 반박 증거로 작용한다.
8. 1. 찬성 측 증거
2000년 [https://www.physiology.org/journal/jn 신경생리학 저널]에 발표된 연구에서는 25kHz 이상의 고주파 성분(HFC) 포함 여부에 따른 음악 청취 실험을 진행했다.[3] 피험자들은 의식적으로 차이를 인지하지 못했지만, HFC 포함 음악 청취 시 뇌파(EEG)에서 알파파 활동이 통계적으로 유의미하게 증가하고, 해당 음악을 더 선호하는 경향을 보였다.흥미롭게도, 24kHz 이상의 초음파[13]만 들려주었을 때는 이러한 효과가 나타나지 않았다. 전체 대역폭 자료와 대역폭 제한 자료를 비교했을 때만 효과가 관찰되었다.
심리음향학에서는 일반적으로 귀가 공기 전도를 통해 고주파에 반응할 수 없다고 알려져 있다. 따라서 2006년 연구에서는 스피커와 헤드폰을 통해 HFC를 제시하여 극초음속 효과 발생 경로를 확인했다. 그 결과, 헤드폰을 통해 HFC를 들려주었을 때는 극초음속 효과가 발생하지 않았다.[14] 이는 극초음속 효과가 귀의 공기 통로가 아닌 다른 방식으로 발생함을 시사한다.
또한, 2006년 연구에서는 HFC 포함 여부에 따른 ''편안한 청취 수준''(CLL)을 조사했다. HFC 포함 음악의 CLL이 더 높게 나타나, 일반 청취자들이 HFC 포함 음악을 선호함을 정량적으로 확인할 수 있었다.[14]
양전자 단층 촬영술을 이용한 뇌 기능 영상 촬영에서는 가청음과 초고주파가 함께 존재할 때 중뇌, 시상 등 뇌 심부 구조와 전대상회 등 뇌 보상계 활성이 증가하는 것이 관찰되었다.[20] 오하시 등의 실험과는 다른 음원과 실험 참가자를 사용한 오카다 등의 연구에서도 동일한 결과가 나타났다.[25]
뇌파에서는 가청음과 초고주파가 함께 존재할 때 알파파 파워가 상승하는 현상이 관찰되었다.[20][25][26][27][28][29]
체액 중 면역 및 스트레스 지표에서는 가청음과 초고주파 동시 존재 시 자연 살해 세포 활성화, 면역글로불린 증가, 아드레날린 감소, 코르티솔 감소, 손바닥 발한량 감소가 관찰되었다.[21][30][31][26]
당 부하 검사에서는 가청음과 초고주파 동시 존재 시 혈당 상승 억제 효과가 관찰되었다.[23]
8. 2. 반대 측 증거
오하시의 연구 결과에는 다음과 같은 모순점이 존재한다.[3][1]- 시험 대상에게 ultrasound|초음파영어(24kHz 이상) 부분만 재생했을 때는 청취자에게 아무런 영향이 나타나지 않았다. 효과는 전체 대역폭과 대역폭 제한 자료를 비교할 때만 나타났다.
- 전체 대역폭 자료를 바로 전에 재생했을 때 대역폭 제한 자료가 시험 대상에게 더 좋은 평가를 받았다.
NHK 연구소의 연구원들은 오하시의 연구 결과를 재현하려 했지만 실패했다.[15][16]
KEF의 로리 핀치만은 1980년 런던 AES 컨벤션에서 480시간의 청취 테스트를 실시한 결과, 피험자들은 40kHz까지 소리를 재생할 수 있는 장비에서 재생된 원본과 20kHz 대역 제한 버전의 테스트 신호를 구별하지 못했다.[1]
모든 오디오 재생 전자 장치, 스피커 등에서 다양한 정도로 존재하는 시스템 비선형성은 시스템이 고주파 신호로 자극을 받을 때 저주파 상호 변조 생성물을 생성하는 것으로 알려져 있다. 이 메커니즘은 청취자가 신호를 구별할 수 있도록 가청 범위 내에서 신호를 생성할 수 있다고 제안한다.[1][17] 이러한 인공물은 PC 기반 청력 자가 테스트에서 흔히 발생하는 문제이다.[18]
2007년 9월, 보스턴 오디오 협회와 오디오 공학 협회의 두 회원은 60명의 응답자가 수행한 554건의 이중 맹검 ABX 테스트 청취 실험 결과, 고해상도 또는 CD 표준 샘플링 속도를 올바르게 식별한 경우는 약 절반 정도였다고 발표했다. 그 결과는 동전 던지기보다 좋지 않아 274건의 정확한 식별(49.5% 성공)을 기록했으며, 가청 차이에 대한 95% 통계적 신뢰도를 초과하려면 최소 301건의 정확한 식별(554건의 실험에서 54.3% 성공률)이 필요했는데, 이는 우연히 20번의 테스트 중 한 번 정도 발생한다.[8]
8. 3. 반박 증거
오하시 연구에 대한 비판은 주로 시험 자료에 대한 청취자의 선호도에 대한 결론에 집중되었으며, 연구의 생리학적 측면에 대한 비판은 거의 없었다.반대 증거로 인용된 연구는 고주파 오디오에 대한 생리적인 뇌 반응이 아닌, 대상의 의식적인 반응만을 다루었다. 관찰된 생리적 반응에 대한 추가 연구는 귀만으로는 추가적인 뇌파를 생성하지 않지만,[1] 신체가 고주파 사운드에 노출되면 뇌 자극을 준다는 것을 보여준다.[19]
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