Sound transmission 소리 전달의 모든 것 2부 [ 반사, 회절, 굴절, 간섭, 공명 ]

 

 

 

 

안녕하세요 Engineer_Ethan 입니다.

 

요즘 행사가 많아지고 있는 지금 여러 현업 때문에 시간이 나지 않아 이전보다 자주 못 올리는 점 매우 죄송합니다. 앞으로 더욱 시간을 쪼개어 자주 업로드 하는 방향으로 스케줄 조정을 하는 중이니 앞으로 더욱 유익한 글로 많이 올리도록 노력하겠습니다. 자주 업로드 되지 못하여 죄송하고, 늦게나마 새해 복 많이 받으셨으면 좋겠습니다.

 

오늘은 지난 시간에 이어서 소리 전달에 대한 내용 중 소리가 전달되는 과정에서 생기는 일들에 대해 설명드려볼까 합니다.

일상생활에서 느낄 수 있는 현상들에 대해 말씀드리겠습니다.

 

 

 

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1. 반사

 

 

소리는 파동으로 어느 물체와 부딪히게 될 경우 반사를 하게 됩니다. 그중에 평탄한 물체에 반사가 될 경우 정반사 /  평탄하지 못한 물체에 반사가 될 경우 난반사라고 합니다. 또한 빛 반사와 동일하게 물체가 볼록할 경우 바깥으로 퍼져나가는 성질을 가지고 있으며, 물체가 오목할 경우 안으로 안으로 모이는 성질을 가지고 있습니다.

 

 

 

그래서 정반사와 난반사를 통해 소리를 자연스럽게 듣는 것이 중요한데,  소리는 음이 높아질수록 소리는 직진성을 갖게 되며, 저음에 가까울수록 구면파의 형태로 퍼집니다. 그래서 넓은 공연장에서 공연을 할 때 이 소리가 멀리 뻗어 나갈 수 있도록 설계하는 것이 매우 중요한데, 정반사를 통해 멀리 보낼 수도 있으며, 난반사를 통해 주변 공간에 소리를 고르게 퍼트려 더욱 자연스러운 소리를 들을 수 있게 할 수 있습니다. 

 

 

 

한 가지 예로 이사 가기 전 빈 집과, 이사 간 후 가구가 모두 들어선 집을 예로 들을 수 있는데요. 이사 가기 전 아무것도 없는 빈 집의 경우 그 안에서 말할 때 그 안에서 목소리가 울립니다. 모두 정반사로 퍼져나가서 우리의 목소리가 에코가 먹은 듯 들리죠. 그리고 이사 간 후 가구가 모두 들어선 집에서는 목소리가 울리진 않습니다. 그 가구 하나하나가 흡음의 역할도 하지만, 각기 다른 모양을 가지고 있어, 그 안에서 말해도 난반사를 하기에 울리지 않는 거죠.

 

 

 

난반사를 이용하기 위해 필요한 음향 디퓨져 (acoustic diffuser)

 

공연장에서는 소리가 너무 먹먹하면 그만큼 답답한 느낌이 들고, 그렇다고 너무 울리면 선명도가 떨어져서 듣기에 불편할 수 있기 때문에 정반사 난반사 중에 어느 하나가 더 나은 것이 아닌, 정반사와 난반사를 골고루 사용하여 소리의 선명도가 떨어지지 않고, 관객들이 부담 없이 자연스럽게 들을 수 있도록 공연장을 설계하는 것이 매우 중요합니다.

 

 

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2. 회절

 

 

 

회절은 퍼져나가는 도중 장애물을 만나서 소리가 뒤로 꺾여나가는 성질을 말합니다. 쉽게 말씀드리면 겉에 안전 울타리가 쳐진 어느 공사 현장에서 공사 작업으로 인해 소리가 날 경우 그 소리가 공사현장 안에서만 울리는 것이 아닌 울타리 너머로 소리가 나가기 때문에, 그 공사현장 울타리 너머에 있는 우리가 안에서 공사 작업을 하고 있구나 하고 알 수 있습니다. 이 것이 소리가 회절 한다고 합니다.

 

 

 

또한 우리가 흔히 알 수 있는 것 중 야구장에서 야구 경기를 할 때 그 야구장 주변 바깥에 있어도 그 안에서 경기하는 소리가 들립니다. 이 또한 소리가 회절 해서 우리 귀에 들리는 현상 중에 하나입니다. 이렇게 회절 한 소리는 직진성을 가지고 있는 고음보다는 구면파로 퍼지는 저음이 들릴 경우가 많습니다.

 

 

 

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3. 굴절

 

 

 

소리는 물체를 통해 회절이나 반사되는 것도 있지만, 그런 방해가 없는 평야 같은 자유음장의 공간에서도 소리는 굴절을 하게 됩니다. 그 소리는 온도나, 밀도, 바람이 부는 방향에 따라서 소리 진행방향이 휘어지는데, 소리는 밤에보다 낮에가 잘 들리는 편입니다.

 

 

 

 

또 예시로 야구장을 얘기해 볼 수 있는데, 낮에 야구경기할 때보다 밤에 경기하는 경우 야구장 주변을 멀리서 지나갈 때 그 경기소리가 더욱 잘 들리는데, 그것이 소리가 굴절하게 돼서 잘 들리는 겁니다. 또 자동차 지나가는 소리를 예로 들어봐도 낮에 비해 밤에 지나가는 차 소리는 더 크게 느껴질 수 있는데 차량의 소리가 굴절하게 되어 밤에 우리 귀에 더욱 잘 들리게 되는 것입니다.

 

 

 

이 소리의 굴절은 따뜻한 공기를 만났을 때 바닥으로 떨어지는 성질을 가지고 있고, 찬 공기를 만났을 때 위로 올라가는 성질을 가지고 있습니다. 그래서 낮에는 햇빛으로 달아오른 땅의 열과 만나게 되면서 소리의 속도가 증가되고 그렇게 빨라진 소리의 속도는 가까울수록 바닥으로 떨어지게 되고, 멀수록 찬 공기를 만나면서 공중으로 굴절하게 됩니다.

 

 

 

 

밤에는 땅의 열이 식으면서 그 땅으로 떨어진 소리들도 모두 위로 올라가는 성질로 바뀌게 되고, 공중으로 올라간 소리는 공중에 있는 따뜻한 공기를 만나게 되면서 바닥으로  떨어지게 됩니다. 그래서 야구경기가 있는 야구장 주변은 낮보다 밤에 소리가 더 잘 들립니다.

 

 

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4. 간섭

 

 

여러 소리나 음원이 같이 재생될 때 소리는 서로 간섭을 하기 마련인데, 위상과 같습니다. 같은 주파수가 겹치게 될 경우 위상이 같아지면서 더욱 소리가 커지는 보강간섭을 할 때가 있고, 소리가 지연됨으로써 소리가 상쇄간섭이 될 수 있고, 아예 180˚ 역위상을 가진 소리를 같이 재생함으로 소리가 아예 안 나올 때가 있습니다.

 

 

 

또한 매우 비슷한 소리를 가진 두 음원을 재생할 경우 간섭을 통해 소리가 커졌다가 작아졌다가 하는 경우들이 생기는데, 이렇게 상호간섭이 생긴 경우를 맥놀이 현상이라고 합니다.

 

 

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5. 공명

 

 

공명이란 한 물체가 진동을 하여 소리를 낼 경우 그 주변에 가까운 진동체도 같이 울리게 되는데 그런 현상을 공명이라고 합니다. 더욱 쉽게 설명드리면. 쇠를 가깝게 4개를 세워놓고 한 군데를 강하게 쳤을 때, 하나에서만 진동하는 것이 아닌 그 주위에 있는 쇠 모두가 진동을 같이 하는데, 이런 현상이 공명 현상이라고 하며, 공명통을 가진 현악기에서 공명현상을 많이 볼 수 있습니다.

 

 

 

 

위에 반사에서 예시를 들었던 이사 가기 전 아무것도 없는 빈 집을 또다시 예시로 들어보겠습니다. 그 빈 공간 안에서 말을 했을 때 울리는 현상도 공명 현상이라고 합니다. 이 공명 현상은 소리가 양벽을 반복적으로 반사하여 에코처럼 들리게 하고, 그렇게 생긴 공명주파수는 양쪽 벽면 거리에 따라 차이는 있지만 원음을 포함한 배음이 동시에 같이 울립니다.