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2011-Jun

소리의 성질...완전 쌩기초?

작성자: wood 조회 수: 14064

아래의 내용을 읽으면서 너무나도 기본적이고 상식적인 소리에 대해서 쉽게 간과하고 있었다는 생각이 들더라구요.

예전에 1회 골든이어스 청음회때 토미님께서 맨 처음 기본적인 개념에 대해서 설명하시던 때가 생각나는데... 그때도 소리가 어떻게 퍼져나가는지 그림을 보여주셨던 기억이...

역시나 사람은 상황이 닥쳐봐야  " 아~ 그때 그런게 있었구나~ "  하고 정신차린다능...-_-;;

소리가 무엇인지... 기본적인 정의조차도 머리에 제대로 담아두질 못했네요...ㅜ.ㅜ;;;

역시나 학교다닐때 열심히 공부해놓지 못한죄...-_-;; 이런걸 배웠는지 조차 기억이 가물가물...;;

혹시나 그릇된 방향으로 혼자 산으로 갈지 모른다는 생각에 봐주십사 직접 책에 있는 내용을 열심히 적어봤습니다.^^;

직접 옮겨보니 머리에 더 잘 새겨지네요.~








음파(소리)


음파는 전형적인 종파입니다. 소리는 3가지 요소로 구성되어 있는데 오실로스코프라는 장치를 이용해서 소리를 분석하면 대략의 파동의 모양을 확인할 수 있습니다.

이런 파동의 모양을 기초로 소리에 대한 분석이 가능하죠.

소리를 분석할 때 세 가지 요소를 고려합니다.


첫 번째 요소는 소리의 크기인데 진폭이 클수록 큰 소리가 나게 됩니다.

그림에서 진폭이 큰 위쪽의 파동이 더 큰 소리를 내고 있다는 것이죠. 그림을 비교해보면 첫 번째 그림이 더 큰 소리를 내고 있다는 것입니다.


두 번째 요소는 소리의 높이인데 이를 결정하는 것은 소리의 진동수입니다.

그림을 보면 아래쪽의 파동의 진동수가 더 큽니다. 이는 아래쪽의 파동이 더 높은 소리를 내고 있다는 것을 의미하죠.


마지막으로 소리의 음색은 비유적인 표현으로 소리의 느낌을 의미하는 것입니다.

진폭이나 진동수가 거의 유사한 두 소리가 있을 때 파동의 기본적인 형태에 따라서 소리의 느낌이 달라집니다. 똑같은 높이와 크기를 가진 소리를 다른 악기, 예를 들어 바이올린과 피아노로 내는 경우에 두 소리는 느낌이 다릅니다. 그 이유는 파동의 기본형태가 다르기 때문이라는 것이죠.

그림을 보면 진폭과 진동수는 거의 같지만 파동의 기본형태가 다르기 때문에 다른 느낌의 소리가 날 것이라는 것을 알 수 있습니다.



소리의 3대 요소이를 결정하는 물리량 단위 
 세기(크기) 진폭 dB(데시벨)
 높이 진동수 Hz(헤르츠)
 음색 파형 



[그림 13-4. 파형분석을 통한 음파의 특성 분석]

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이 중 소리의 크기에 대해서 좀 더 자세하게 알아보도록 하겠습니다.


소리의 크기는 데시벨(dB)이라는 단위로 나타내게 됩니다. 데시벨은 상용로그를 이용해서 정의했기 때문에 ( dB = k × log (소리의 크기)) 10dB의 차이는 10배, 20dB의 차이는 100배의 차이가 나게 되는 것입니다.


예를 들어 30dB의 소리는 일반적으로 조용한 주거지역의 소음의 수준인데 비해서 90dB 정도가 되면 견딜 수 없을 만큼 시끄러운 소음이 나는 것인데요, 30데시벨에서 90데시벨의 차이는 3배로 착각하기 쉽지만 실제로는 10의 6승배가 되는 것이지요.




한편 소리의 높이에 대해서 알아두어야 할 것은 가청진동수입니다.

가청진동수는 사람이 들을 수 있는 진동수의 범위를 의미하는 것입니다. 소리에서 진동수는 높이를 의미하죠. 즉 사람이 들을 수 있는 높이의 범위가 존재한다는 것인데 그 범위는 대략 20 ~ 20000Hz 정도가 됩니다. 그러나 이것은 사람의 가청진동수를 의미하는 것이고 동물에 따라서는 가청진동수의 범위가 달라집니다. 

예를 들어 고래의 경우는 사람의 가청진동수보다 낮은 초저주파음을 들을 수 있고, 박쥐의 경우는 가청진동수보다 더 높은 초음파를 들을 수 있습니다.




다음으로 알아두어야 할 음파의 특징은 속도를 좌우하는 요인인데 공기의 밀도와 온도에 따라서 속도가 변하게 됩니다.

공기의 밀도가 높을수록 매질이 빽빽하게 존재하므로 소리의 전달이 빠릅니다. 반대로 진공상태에서는 매질이 거의 존재하지 않는 상태이므로 소리가 잘 들리지 않게 되죠. ( 그렇게 때문에 우주공간에서 우주인들은 소리로는 의사소통을 할 수 없습니다. ) 온도가 높은 경우에는 공기에 존재하는 기체입자의 운동이 활발하기 때문에 소리의 속도가 빨라지게 됩니다.


우리가 일반적으로 알고 있는 전투기의 속도를 나타내는 단위인 음속(Mach)은 소리 속도를 기준으로 속도를 측정하는 것입니다. 그런데 음속이 공기의 밀도와 온도에 따라서 달라질 수 있으므로 음속의 기준점을 정하는데 있어서 이러한 요인을 고려해야 할 것입니다.



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( ↑ 위의 이미지는 이곳  http://kr.blog.yahoo.com/a1b2n3/1015.html  에서 퍼왔습니다. 여기 가보시면 소리의 물리적인 특성 뿐만이 아닌 음파, 하모닉스, 위상관계, 다이나믹레인지에 대해서 좀더 자세하게 나와있네요. ^^ )















( 음, 그리구 가끔 조죠조님이나 토미님께서 에너지라는 용어를 쓰시는 경우가 있는데, 사실 저같은 경우 그 에너지란 말이 잘 안와 닿더라구요.

근데 물리량중 하나인 파동에너지란 거에 대해서 알게 되니까 좀더 잘 와닿는거 같습니다.

말씀하시는 에너지라는 개념이 아래의 정의에서 출발하는 개념과 같은거라고 알고 있으면 되는걸까용?? )




파동에너지의 세기


파동에너지의 크기를 나태내는 식은 E = k × A² f² 로 나타낼 수 있습니다.

상식적으로 바다에 높이가 1m인 파도와 5m인 파도가 친다면 당연히 5m인 파도가 더 큰 에너지를 가지고 있겠죠. 또한 진폭이 같다면 단위시간당 더 많은 파동이 생기는 f가 큰 경우가 더 큰 에너지를 낼 것입니다. 이것을 수식으로 계산한 것이 위의 식이고, 정확하게는 파동의 에너지는 진폭의 제곱과 진동수의 제곱에 비례한다는 사실을 알아두시면 되겠습니다.


그러나, 위의 식은 거리의 개념을 고려하지 않은 것입니다.

다른 조건이 모두 같고 거리가 같다면 위의 식을 사용해도 되지만, 거리의 개념이 포함되는 경우에는 파의 종류에 따라서 약간 달라집니다. 


아래 그림에서 보듯이 어떤 관에 공기나 물을 채우고 피스톤을 이용하여 밀었다 당겼다 하는 식으로 종파를 만드는 경우에는 파동에너지가 한 방향으로만 전달이 되고 이러한 파동을 평면파라고 합니다. 이 경우에는 파동에너지가 한 방향으로만 전달되기 때문에 거리에 상관없이 에너지의 세기가 달라지지 않습니다. 평면파의 예로는 레이저 광선이 있죠. ( 실제로 평면파는 존재하기 힘듭니다. 그림에서 나온 그림도 관과 매질의 마찰이 없어야만 거리에 상관없이 에너지가 일정하게 되는데 실제로는 마찰이 존재하기 때문에 멀어질수록 에너지는 줄어들게 됩니다. 레이저의 경우도 실제로는 약간 퍼지기 때문에 엄밀한 의미의 평면파라고 볼 수는 없습니다. )



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우리가 일반적으로 보는 파동은 대부분 구면파입니다.

구면파의 경우는 파동에너지가 시작점으로부터 모든 방향으로 균일하게 퍼지게 됩니다. 오른쪽 그림을 보시면 파원에 전구가 있다고 생각해보면 전구로부터 거리가 1인 위치에 있을때는 한 장의 판자가 빛을 받게 되지만, 거리가 2인 위치로 가게 되면 같은 양의 빛을 4개의 판자가 받게 되므로 실질적으로 거리가 2배가 되면 받는 파동에너지의 양은 1/4이 되는 것이죠. 그러므로 구면파의 경우 에너지의 세기는 거리의 제곱에 반비례합니다.

천체의 겉보기밝기(단위면적당 도달하는 복사 에너지량)가 거리의 제곱에 반비례하는것이 대표적인 예가 될 수 있습니다.



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( ↓ 그 외 알고 있으면 좋을거 같은 부분...)


정상파와 관악기


관악기는 관의 길이에 따라서 다른 음의 소리를 내게 됩니다. 관의 길이를 조절하는 경우 파동의 속도의 식 ν = λ × f 에서 파동의 속도는 기압 및 온도에 의해서만 변화하므로 일정하게 유지됩니다. 그러므로 파장의 변화에 따라서 진동수가 달라지는데 개관의 길이가 길어지면 정상파에서 개관의 파장을 구하는 공식으로부터 파장이 길어진다는 것을 알 수 있고, 파장이 길어지게 되면 진동수가 작아지므로 저음이 되고, 반대로 개관의 길이가 짧아지면 고음이 된다는 것을 알 수 있습니다.


그림에서 보는 것과 같이 관이 짧을수록, 작은 악기 일수록 높은 음이 나는 것은 이 때문이지요.


한편 취구에서 부는 세기가 세지면 정상파가 더 높은 배수의 진동으로 바뀌게 되어 음색이 달라지게 됩니다. 여기서는 개관과 폐관이 다른 양상을 나타내는데 리코더와 단소같이 개관악기는 진동이 정수배가 되므로 한 옥타브 씩 높아지지만, 클라리넷과 같은 폐관악기는 홀수배 ( 1, 3, 5, ... 배 ) 로 올라가므로 한 옥타브 이상씩 높아지는 차이가 생깁니다.



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작은 악기일 수록 높은 소리가 나는 것도 정상파와 관계가 깊습니다.


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p.s 악기별 주파수가 좀더 친절히? 나온 사진이 있길래 첨부해봤어요~^^




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"구부러진 가지 내뜻대로 피려하니
오히려 내 손만 아프더라...
훗날 여러사람 달려들어 그 가지 피려하니
펴지기는 커녕 한순간에 부러지네..."


-------------------------------------------


踏雪野中去 (답설야중거) 눈덮인 들판을 걸어갈제
不須胡亂行 (불수호란행) 함부로 걷지 말지어다
今日我行跡 (금일아행적) 오늘 내가 걸어간 발자욱이
遂作後人程 (수작후인정) 뒷사람의 이정표가 되리니.

첨부
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wood

2011.06.16 16:01

으잉?ㅋ 글이 왜 11일로 작성되지..ㅋ;; 아... 저번에 적다가 임시저장해놓은 날짜가 11일이었나보군여...쿨럭 -_-;;;

조회수 0의 산뜻함! 헤헤.. 그래두 제가 스스로 도움이 되었으니 그걸루 만족하겠습니다.^^;

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날건달

2011.06.16 16:12
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수고하셨어용... 잘 봤습니당... ㅋ~. 읽기 쉽게 열심히 정리하셨뜸... 추천...

 

살짝 오타...가.. :  후다닭 ==33===3333

한편 소리의 높이에 대해서 알아두어야 할 것은 가청진동수입니다.

가청진동수는 사람이 들을 수 있는 진동수의 범위를 의미하는 것입니다. 소리에서 진동수는 높이를 의미하죠. 즉 사람이 들을 수 있는 높이의 범위가 존재한다는 것인데 그 범위는 대략 20 ~ 20000Hz 정도가 됩니다. 그러나 이것은 사람의 가청진동수를 의미하는 것이고 동물에 따라서는 가처인동수의 범위가 달라집니다. 

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wood

2011.06.16 20:35

보시는 분이 계셨군요!! 에헷..ㄳㄳ^^ 

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#대인배_랄랄라

2011.06.16 20:41
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우어... 이런건 스터디란으로! 추천!

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