소리란 무엇인가?

 

소리의 원리 : 진동

소리는 매질의 진동이 청각기관을 자극하는 것이다.
여기서 말하는 매질은 공기나(기체) 물(액체) 혹은 철(고체)와 같은 것이다.

예를 들어서 우리가 기타 줄을 튕긴다고 생각을 해보면, 손가락으로 기타 줄을 튕기고, 그 기타 줄의 진동으로 인하여 공기 또한 진동하게 되고, 진동하는 공기가 청각기관인 우리의 귀로 들어오게 되면서 뇌에서 기타 소리를 인식하게 된다.

마찬가지로 물속에서도 우리는 소리를 들을 수 있는데, 수영장에서 잠수를 한다고 상상을 해보자. 수중에서 쇠나 돌 같은 것을 서로 부딪치면 그 진동이 물을 통하여 전해오면서 우리가 그 소리를 듣을 수 있다.

이렇게, 소리는 진동이라는 것을 알았으니, 소리의 요소들을 조금 더 쉽게 이해하기 위해서 아래의 다이어그램을 살펴보자.

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소리의 요소

위의 그림은, Sine 파 다이어그램이다.
우리는 이 다이어그램으로, 시간의 변화에 따라서 압력이 어떻게 변하는지, 그 패턴을 볼 수 있다.

(Sine 파 및 파형에 대해서는 추후 다시 정리할 예정으로, 실제로 우리가 자연에서 듣는 소리는 이런 곡선처럼 규칙적이고 단순하지는 않다.)


소리는 진동이라고 했다.
그걸 조금 더 시각화하기 쉽게, 스피커의 진동 막이 앞뒤로 두쿵! 하는 느낌을 상상해보자.
한번 진동을 할 때, 가장 높은 압력으로 앞으로 팽창하고 다시 낮은 압력으로 뒤로 수축을 하게 된다.

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진폭(Amplitude):

 

위 그림은 한번의 진동이라고 생각을 하자. 빨간선이 올라갔다가 내려갔다가 하는데,
진폭은, 위 다이어그램에서 세로축을 말한다. 압력의 변화이자 진동의 크기다. 최대는 높은 압력(위로 올라가서), 최저는 낮은 압력으로(아래로 내려간다)

진폭으로 우리는 소리의 크기를 알 수 있다.
진폭이 높을수록 에너지가 커서 볼륨이 큰 것이다. 즉, 소리가 크다는 뜻이다.

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파장(Wavelength):

위 그림에서 가로축을 말하며, 같은 각도의 위상을 가진 두 지점 사이의 거리를 말한다. 보폭이라고 생각하면 조금 더 이해하기 쉬운 것 같다.

파장으로, 우리는 소리가 시간에 따라서 얼마나 멀리 이동했는지 알 수 있다.
높은 음의 소리는 (주파수가 높으면) 파장이 좁고, 낮은 음의 소리는 (주파수가 낮으면) 파장이 길다. 저음이 한번의 진동으로 더 멀리 이동할 수 있다는 뜻이다.

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위상(Phase):

한 주기 동안 가지는 진폭의 변화를 각도로 나타낸다. 360도로 측정이 되며, 파형의 위치를 나타낸다.

위상은, 위치이자 시간차를 나타낸다.
같은 위상 즉, 같은 시간에 두개의 다른 소리가 겹치면 소리가 왜곡이 되는 등 영향을 미치게 된다.

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주기(Cycle):

한번의 주기는, 한 번의 진동을 말한다. 한번 팽창하고 수축하는 것이다.
그리고 아래 그림은 4번의 주기, 4번의 진동을 나타낸다.

주파수:

1초당 주기의 수를 말한다. 헤르츠의 단위를 사용하여, 1,000Hz 이면 1초에 1000번 진동을 하는 것이다.  즉, 1000번의 주기를 말한다.

주파수는 음의 높낮이를 결정하게 된다. 주파수가 높으면 높은음이 나게 되고, 주파수가 낮으면 낮은음이 나게 된다.

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실제로 우리가 접하게 되는 소리는, 위에 보여지는 그림처럼 단순하지 않는다.
소리라고 하면, 아래와 비슷한 그림을 더 많이 봤을 것이다.

높은음일 수록 주기가 여러 개며 파장은 짧고,
단 하나의 음만 나는 것이 아니라 높낮이가 다른 여러 개의 소리가 겹치며,
패턴이 규칙적이지만 않고 굉장히 복잡하다.

이번에는 그냥 가장 단순한 Sine 파의 그림을 통하여, 소리는 진동이라는 것을 이해하고, 그 요소들이 어떠한 것들이 있는지 볼 수 있었다.