[음향이론] 소리에 대하여 (종류, 요소,강도,진동)

[음향이론]

1. 소리의 이해 

소리는 발생과 전달 그리고 청취의 세 과정으로 성립된다. 소리는 물체의 진동에 의해 발생한다.

 

이 진동은 주변 공기의 압력을 변화시키며, 이 압력의 변화는 다시 그 주변 공기에 영향을 주어 상하좌우 모든 방향으로 파동의 형태로 전달된다. 우리 귀에 전달된 진동은 그위 내부 구조에 의해 분석되어 뇌에 전달되고, 뇌는 이미 기억하고 있던 진동의 내용에 따라 그 소리를 인식한다. 

 

2. 소리의 종류

소리의 종류는 여러가지 관점에서 다양하게 나눌 수 있다.

먼저 인간이 들을 수 있는 소리와 없는 소리로 나눌 수 있다. 인간이 들을 수 있는 주파수 범위는 20~20,000Hz이며, 이것을 가청 주파수라고 한다. 20kHz 이상의 들리지 않는 높은 주파수를 초음파, 20Hz 이하의 들리지 않는 낮은 주파수를 초저주파라고 한다.

 

소리 진동의 형태에 따라 순음과 복합음으로 나눌 수 있다. 순음은 배음을 갖지 않는 단 한 개의 기본음 주파수만을 갖는 음을 말하는데, 자연계에는 거의 존재하지 않는다. 이 순음의 파형은 사인파로서 이론 연구 및 음 합성 등에 많이 쓰인다.

 

자연계의 음은 대부분 복합음이다. 인위적으로도 순음을 합성하거나 배음을 조작하여 다양한 형태의 고른음과 소음 등을 만들 수 있다. 복합음은 진동의 규칙에 따라 대체로 고른음과 소음으로 구분한다.

 

고른음은 관악기나 현악기에서처럼 주기적 파형을 가진 복합음을 말한다. 즉 진동이 규치적으로 고르게 일어날 때의 소리를 말한다. 이 경우 가장 크게 들리는 기본음과 보다 작고 기본 주파수의 정수배로 형성되는 배음들을 갖는다. 정수배의 배음들은 순정적인 장화음의 밝은 성격을 갖고 잘 어우러지기 때문에 정수배를 갖고 있는 소리들을 고른음이라고 한다. 이 소리들은 하나의 음정을 갖고 있는 단음으로 들린다.

 

북과 같은 진동이 불규칙하여 정수배의 배음이 아닌 복잡한 비율의 배음을 갖게 되면 배음들간의 불협화로 인하여 시끄런 음, 즉 소음이 된다. 자연의 파도나 바람, 천둥소리 등이 이에 속하며, 연구 및 측정 등을 위해서 인위적으로 조작하여 만든 백색 잡음과 핑크 잡음 등이 있다.

 

백색 잡음은 가청 주파수 전대역에 걸쳐 음압이 고르게 분포된 소음이다. 라디오 주파수를 잘못 맞추었을 때 나오는 소음 등이 백색 잡음에 속한다. 핑크 잡음은 주파수가 두 배가 되면 음압이 3dB 감쇠되는 특성의 잡음이다.

 

시간 영역에 의해서 악기음이나 음성과 같은 주기성의 음, 소음과 같은 비주기성의 음, 지속 시간이 짧은 펄스성의 음 등으로 나누기도 한다. 이 외에 소리를 내는 주체에 의해 자연음과 비자연적인 음으로 나누기도 하며,음성을 따로 떼어내어 구분하기도 한다. 음성의 경우 일반적인 대화의 소리는 시간적으로 매우 불규칙한 비주기성의 음이며 자음은 소음, 모음은 고른음에 속한다.

 

3. 소리의 요소

요즘 TV에서 사람의 얼굴을 모자이크 처리하고 목소리까지 변조하는 것을 볼 수 있다. 사람은 목소리만 들어도 그가 누구인지를 짐작할 수 있다. 이처럼 음성을 인식하여 기억하고, 수많은 종류의 소리를 구분할 수 있는 것은 각각의 소리에는 고유의 특성이 있기 때문이다.

 

다양한 특성을 가진 소리를 정의하고 나타내는 데는 일반적으로 음고,음량,음색의 세가지 요소를 사용한다. 경우에 따라 소리의 장단을 포함하여 네가지 요소로 이야기하기도 한다. 음고는 주로 소리 진동 주파수의 높낮이와 관계가 있고, 음량은 진폭에 따른 음압의 크기와, 음색은 진동 형태에 따라 형성되는 스펙트럼과, 소리의 장단은 1차적으로 진동의 지속 시간과 관계가 있다.

 

사람이 심리적 감각적으로 느끼게 되는 소리의 높고 낮음, 부드러움과 날카로움, 소리의 원근감, 시끄러움과 조용함, 조급함과 편안함 등은 이러한 요소들의 복합적인 작용에 의해 나타난다.

 

4. 소리의 강도

소리의 세기 정도를 강도라고 하며 데시벨(decibel, dB)로 나타낸다. 어떤 소리의 크고 작음은 주변 환경에 따라 매우 주관적이며 상대적으로 인식하게 된다. 그런데 이 소리의 크기를 측정하거나 조절할 때 사용하는 전력이나 전압을 직접 다루게 되면 수치 차이가 너무 크고 복잡하여 사용하기가 불편하다.

 

따라서 소리의 크기에 관한 상대적인 비교값을 간단한 수치로 나타낼 수 있게 한것이 데시벨이다. 데시벨의 'deci'는 1/10을 의미하고 'bel'은 전화를 발명한 알렉산더 그레임 벨(Alexander Granham Bell)의 이름을 딴 것이다. 

 

4. 진동

소리는 먼저 물체가 진동해야 발생한다. 진동하여 소리를 발생하는 물체를 발음체라고 한다.

 

이 발음체들의 진동은 단진자의 자연 운동을 빌려 설명할 수 있다. 단진자는 매달려 있는 수직 점을 중심으로 좌우 대칭으로 주기적으로 움직인다. 이 좌우의 움직임을 상대적으로 양과 음 방향으로의 움직임이라고 말할 수 있다. 이 때 진자가 한 번 왕복하는데 걸리는 시간을 주기라고 하며, 중심으로부터 좌 또는 우까지의 거리를 진폭이라고 한다.

 

이 단진자의 길이가 일정하면 추의 질량이나 진폭에 관계없이 주기가 일정하다. 진자의 속도는 중심점을 지날 때가 가장 빠르고 양과 음의 방향으로 갈수록 점 점 느려져서 각 최고점에서는 방향 전환을 위해 순간적으로 멈춰 있게 된다.