소리에 숨겨진 힘
<일러스트 OpenAI의 DALL E 제공>
[ 위즈덤 아고라 / 이승원 기자]
[다양한 악기들]
음악은 우리에게 많은 행복을 준다. 음악을 통해 많은 사람은 다양한 감정을 느끼고, 몇몇은 음악에 자신의 추억이 담겨있는 경우도 있다. 이렇듯 사람들에게 음악은 과거부터 중요하게 여겨져 왔고, 삶의 일부분으로 자리잡혀 왔다. 그러면 음악은 과연 어떻게 만들어질까? 음악은 보통 악기로부터 나오게 된다. 악기의 종류는 타악기, 관악기, 현악기 등등으로 연주 방식에 따라 달라진다.
그중 현악기, 건반악기, 타악기가 오늘의 주제와 가장 연관이 있다. 이 악기들은줄과 물체의 흔들림을 통해 소리를 낸다. 가장 유명한 악기 중 하나인 기타를 본 적이 있을 것이다. 줄이 튕김과 동시에 소리가 들리고 줄은 빠른 속도로 위 아래로 흔들리기 시작한다.
건반악기의 경우는 다양한 음을 가진 건반들이 있어 그 건반들을 누를 경우 선택된 음이 나오기 시작한다. 피아노를 예시로 들면 피아노 안에는 건반들과 연결되어 있는 줄들이 있다. 그 줄들은 건반들이 눌러지는 경우 망치같이 생긴 장치가 그 현들을 치게 된다. 이 경우에서도 현의 흔들림이 보인다.
마지막으로 타악기는 어떠한 물체를 두드려서소리를 내는 악기이다. 드럼을 한 번 보자. 드럼은 드럼스틱으로 두드릴 때마다 그 드럼의 고유의 소리를 낸다. 세게 치면 칠수록 더 큰 소리가 들린다. 그리고 드럼을 친 후 드럼 위에 손을 올려보면 드럼에서도 진동이 느껴진다는 것을 알 수 있다. 그렇다면,진동과 소리는 어떤 관련이 있을까?
[진동과 소리]
우리가 듣는 모든 것은 소리다. 밖에서 들리는 자동차 경적, 발자국 소리, 박수 소리 등 모두 귀를 통해 들어와 뇌로 전달된다. 즉, 소리는 인간이 감지할 수 있는 ‘들리는 현상’이다. 더 정확히 말하자면 소리는 매질의 압력이 압축되고 팽창되는 운동이 계속되는 일종의 압력 변화이다. 매질은 기체만이 아닌 액체와 고체도 포함된다.
과연 이 압력 변화가 진동과 무슨 관련이 있을까? 일단 소리가 인식되는 방식이 진동이다. 그리고 소리가 인식되기 전에는, 소리는 공기 중에 진동하는 물리 상태로 존재한다. 소리가 귀 내부로 들어가 고막을 진동시킬 때 고막의 진동은 내이의 정교한 구조에 의해서 신경신호로 전환되어 뇌로 전달된다. 뇌는 신경신호를 통해 어떤 소리인지 알아챌 수 있다.
이렇듯 진동과 소리는 밀접한 관계에 있다. 진동이 존재하여 소리가 이동을 하며 생물이 소리를 인식할 수 있다. 그렇다면 제목에 적혀있는 장력과 소리는 어떠한 관련이 있을까?
[장력과 소리]
장력이란 무엇일까? 장력은 끈과 같은 하나의 연속체의 한 점에 걸리는 힘이다. 쉽게 말하면 끈을 두 손으로 잡아당길 때 그 사이의 한 점에서 생기는 힘을 장력이라고 한다. 장력은 질량과 관련이 있어 보통 지점마다의 장력의 크기는 다르다. 그러나 질량이 없을 경우에는 모든 위치에서 같은 크기의 장력을 가지고 있다.
장력은 소리를 만들어내는 것 보다는 소리의 성질과 관련이 있다. 장력이 높을수록 음색과 연주감에 차이가 생긴다. 앞에서 말한 피아노도 장력을 이용하여 음의 차이를 만들어 내는 것이다. 이때 음의 높낮이를 결정하는 것은 진동수이다. 진동수는 단위 시간(보통 초 단위) 내에 같은 상태가 몇번이나 반복되는지를 나타내는 수치이다. 진동수는 줄의 굵기, 길이, 그리고 장력에 의해서 정해진다. 기타 줄들을 보면은 다 각기 다른 길이와 두께로 이루어져 있고, 만져보았을 때 몇몇은 더 단단하게 고정된 느낌인 것을 통해 알 수 있다. 진동은 현의 굵기와 길이와는 반비례하지만 장력과는 정비례한다.
기타의 경우를 보면은 더 얇고 짧은 줄일수록 더 장력으로 조율된다.현을 튕기면 더 높은 소리가 난다. 그리고 그랜드 피아노의 안을 보면 건반이 오른쪽으로 가면 갈수록 줄의 길이가 점점 짧아지는 것을 볼 수 있다. 이것도 진동수와 장력, 현의 굵기와 길이 사이의 관계때문이다.
드럼의 경우, 줄은 아니지만 하나의 면에서도 장력과 두께, 너비가 진동수와 관련이 있다. 기타의 현과 비슷하게 드럼도 드럼마다 다른 장력과 두께, 그리고 크기를 가지고 있다. 드럼이 크면 클수록 더 낮은 진동수로 울림이 크고 더 낮은 소리로 들린다. 그에 반해 드럼이 작아질수록 진동수가 높아지면서 음이 높아지고 소리 울림이 더 작다. 각각의 음에 맞추기 위해서 더 큰 드럼은 더 낮은 장력으로, 더 작은 드럼은 더 큰 장력으로 조율한다.
[소리가 들리지 않게 하는 공간이 있다고?]
앞에서 말했듯이, 소리는 진동이다. 이 진동이 공기와 같은 매질을 따라 이동하여 우리의 귀를 통해 들어온다. 그러나 만일 공기조차도 없는 진공 상태면 어떨까? 진공 상태인 공간에서는 어떠한 소리도 우리의 귀로들어올 수가 없다.
그러나 진공 상태가 아닌 방에서 소리가 들리지 못하게 하는 것이 가능할까? 당연히 가능하다. 그 방의 이름은 무향실로 말 그대로 소리가 없는 방이다. 무향실은 유리 섬유로 꽉 채워진 ‘웨지’라는 구조물로 내부가 가득 채워져 있다. 웨지는 삼각형의 뾰족한 형태로 제작이 되어 있다. 웨지가 삼각형인 이유는 고주파와 저주파를 모두 효과적으로 흡수할 수 있도록 하기 위해서이다.
그럼 이 무향실에서 어떻게 소리는 흡수될까? 소리가 흡수되기 보다는 소리를 전달하는 공기의 에너지를 흡수하는 것이다. 소리가 웨지에 들어오면, 공기의 운동에너지가 웨지 안에서 열 에너지로 전환되면서 소리가 전달되는 것을 막는다.
그럼 무향실은 어떻게 처음 만들어졌을까? 무향실은 미국의 음향 기술자인 해리 오르필드가 소리의 특성을 연구하기 위해 고안한 공간이다. 해리 오르필드는 기존의 무음실이 일부 소음을 흡수하지 못한다는 점에 착안해, 여러 실험과 연구 끝에 1969년 최초의 이네코닉 챔버를 완성했다. 아네코닉 챔버는 무향실이다. 그리고 여러 개선을 통해 현재의 모습을 가진 무향실이 완성되었다.
[소리의 신비]
소리는 많은 사람들에게 다양한 기분과 감정을 불러 일으킨다. 소리를 통해 우리는 의사를 표현하고, 공감하거나, 때로는 상처를 주기도 한다. 소리는 우리가 가진 가장 큰 능력이고 가장 조종하기 힘든 능력이기도 하다. 누군가에게 소리를 전달할 때는 우리가 가진 소리의 힘을 다시 한 번 더 생각하기를 바란다.
< 참고한 자료 및 링크 >
