Sound transmission 소리 전달의 모든 것 1부 [ 소리의 전달 방식 음고 진폭 위상 ]

 

 

 

안녕하세요 Engineer_Ethan 입니다.

 

 

모두 2023년 새해복 많이 받으시고 무탈하고 행복한 한 해가 되셨으면 좋겠습니다.

오늘은 소리의 기본적인 전달 방식에 대해 설명드리겠습니다.

 

 

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1. 소리의 전달

 

 

 

소리의 전달은 공기중에 압력의 변화나 마찰에 의해 진동이 생겨 그게 하나의 진동이 파동이 되고 그게 우리의 귓바퀴를 통해 모여서 귓속으로 들어오게 됩니다. 그렇게 들어온 소리 중 우리가 듣고 판단할 수 있는 주파수는 20Hz ~ 20,000Hz 까지 이며, 나이가 들어갈수록 고음 주파수 가청 한계치가 계속 떨어집니다.

 

더욱 쉽게 말씀드리면 나이를 먹을수록 고음부(1,000 ~ 20,000Hz) 에 해당하는 소리를 점차 잘 못듣게 된다는거죠. 예를 들어 어렸을 때는 16KHz(16,000Hz) 이상의 소리를 들었었다면 나이가 먹을수록 점차 가청 주파수, 즉 직접 들을 수 있는 고음 주파수 범위가 떨어집니다.

 

 

 

그럼 우리 눈에 볼 수 없는 진동은 우리가 어떻게 파악하고 이해할 수 있을까 생각하실 수 있는데, 그것의 대표적인 예로 단진자 운동이 있습니다. 단진자 운동에서 한번 왕복하는 시간을 주기라고 하고, 중심으로 부터 좌 / 우 거리를 진폭이라고 합니다. 그 진동이 길게 파동이 되어 우리 귀 까지 전달되는거죠. 

 

그렇게 여러 사물이나 악기 등 여러 물체에서는 소리가 나는데, 그 물체의 소리들은 모두 다 다른 소리가 납니다. 그걸 우리는

다르다는 것을 인식하고 어떤 것인지 판단할 수 있죠. 그런 물체의 소리를 다르게 인식할 수 있는지에 대해서는 정해진 소리의 요소가 있습니다. 그 소리의 요소로는 음고, 음량(진폭), 음색(스펙트럼)을 기본적으로 말합니다.

 

 

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2. 음고(음의 높낮이)

 

 

음고란 음의 높낮이를 말합니다. 우리 실생활에서 기본적으로 가깝게 볼 수 있는 예로는 도레미파솔라시도 처럼 누르면서 이게 학습이 되었기 때문에 우리가 이걸 봤을 때 쉽게 어떤게 높은 음인지 낮은 음인지 알 수 있는데요.

 

음향에서의 음고를 볼 때에는 주파수로만 보고 그 주파수의 음이 높은지 낮은지 판단을 해야하는데, 그 판단은 주파수의 Hz로 음의 높낮이를 확인 할 수 있습니다. 주로 저음부는 파장이 긴편이며, 음이 높아질수록 주파수의 파장도 좁아집니다. 그래서 예시로 100Hz에서 들리는 소리보다 1,000Hz 에서 들리는 소리의 음이 더 높은 것을 느끼실 수 있습니다.

 

 

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3. 진폭 (음량)

 

진폭은 말 그대로 진동의 폭이라고 말할 수 있습니다. 우리는 이것으로 소리로 들어오는 신호가 강하게 들어오는지 약하게 들어오는지 알 수 있죠. 

 

위에서 말했던 단진자 운동의 좌 / 우 거리를 예시로 잠깐 설명을 드렸는데, 위에 말한 음고는 주파수 파장의 길이를 보는 것이였다면, 진폭의 경우 주파수의 높이를 보면서 이 파형이 강하게 들어오는 진동인지 약하게 들어오는 진동인지 파악할 수 있는 것이 진폭입니다. 

 

주로 사람의 귀는 1,000~5,000Hz 를 제일 예민하게 듣고 크게 듣는 편입니다.

 

 

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4. 배음

 

 

배음이란 우리가 일상생활에서 듣는 소리나 음악에서 드는 소리들은 하나의 단 진동이 아닌 복합으로 이루어진 진동에 의한 소리로써 기본음과 함께 배음을 갖고 있는 복합음이라고 할 수 있습니다.

 

예를 들어 피아노, 바이올린, 기타, 색소폰 등 악기가 연주되는 소리부터 차 지나가는소리며, 바람이 부는 소리며, 낙엽을 밟으며 걷는 소리며, 악기를 연주할 때의 소리 조차 하나의 기본음을 포함한 그 기본음에 해당되는 배음이 소리나게 됨으로써  소리가 겹치게 되는데, 그 기본음과 여러 배음이 섞임으로 인해 우리가 평소에 듣는 소리처럼 하나의 소리가 됩니다.

 

소리의 배음의 경우 소리가 처음 진동 할 때, 즉 기본음이 발생 할 때 길이나 거리에 따라 반비례하여 배음을 갖게 됩니다. 즉 쉽게 말하면 기본 음 자체가 100Hz라고 가정 했을 때 길이나 200Hz에서 2배음을 갖고 300Hz에서 3배음을 갖습니다.

 

 

 

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5. 스펙트럼(음색)

 

 

위 배음에서 설명드린 것과 같이 일반적으로 소리는 합쳐지는 성질이 있습니다. 여러 악기나, 상황에 따라 각기 다른 소리가 났을 경우 우리 귀에서는 모두 다 이게 다른 소리라는 것을 알 수 있습니다. 그 이유는 물체의 구조나, 재질, 형태나 성질에 따라 다양한 소리를 내는데, 그 소리가 고유의 배음을 생성하게 되면서 그것에 곧 그 물체의 음색으로 느껴지게 됩니다. 

 

그 고유의 배음을 가진 음색을 스펙트럼이라고 하며, 스펙트럼은 모양에 따라 각기 다른 배음을 가지고 있는데 우리가 일상 생활에서 도보를 걷고 있지만 뒤에서 차가 슈웅 하고 가까이 오는 소리를 직접 보지 않고 알 수 있는 이유나 밴드 공연에서 사용되는 각기 다른 악기 소리는 고유의 스펙트럼을 가지고 있고, 그 스펙트럼이 하나의 음색을 갖추게 되면서 그 음색이 우리가 자연스럽게 듣고 뇌에서 인식 하는 것입니다.

 

 

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6. 위상

 

위상이란 각자 다른 스펙트럼을 가진 소리들이 겹쳐지게 되면 또 다른 파형들이 생겨나는데, 그렇게 새로 생겨난 파형들 사이에서 일어나는 현상들이라고 볼 수 있습니다.

 

 

다른 두 파형이 서로 합쳐지는 경우 겹쳐져서 주파수는 같지만 진폭은 두배가 커지는 현상이 생길 수 있습니다. 이 경우 위상이 같다고 말할 수 있습니다.

 

 

 

같은 주파수를 가졌다고 한들 한 파형이 지연 생성되어 움직임이 달라진 경우 그 두 소리는 상쇄되어 아무것도 못듣게 되는 경우가 생깁니다. 이 경우는 위상이 180도 차이가 난다고 말할 수 있습니다. 보통 위상의 경우 실제 무대를 세팅할 때에 많이 염려가 되는 부분 중 하나로, 마이크의 각도나 거리에 따라 위상이 달라질 수 있어서 마이크 세팅할 때는 매우 심혈을 기울여 세팅 하는것이 중요합니다.

 

 

위상에 대해 조금 더 쉽게 설명드리면 우리 실생활에서 이 위상이 적용된 사례로는 노이즈캔슬링을 예로 들을 수 있습니다. 위상을 반전시켜서 이어폰을 착용하고 음악을 들을 때 불필요한 외부 소리를 차단하고 이어폰에서 흘러나오는 음악만 들을 수 있게 설계된 기술이 노이즈 캔슬링입니다.