악기


악기

악기공명의 파동을 만들어서 이것이 공기를 진동시키게 하여 듣기 좋은 일정한 음 높이의 음파를 만들어 내는 장치 이다. 닫혀진 공간내에 형성되는 정상파고유진동수는 그 경계조건에 따라 달라진다. 같은 경계조건에서도 다른 값의 고유진동수를 갖는 여러 가지 진동의 모드가 존재하는 데 중첩의 원리에 따라 여러 진동 모드가 합성된 파동도 있을 수 있다. 이렇게 합성된 음은 그것을 만드는 공명장치의 형태에 따라 듣기 좋은 음이 되기도 하고 듣기 거북한 소리가 되기도 한다.

이러한 악기는 기본적으로 줄의 정상파를 이용한 기타, 바이올린, 피아노 등의 현악기, 얇은 관 속의 음파정상파를 이용한 피리, 대금, 클라리넷 등의 관악기, 원형막의 정상파를 이용한 북 등의 타악기가 있다. 피아노는 현악기의 원리를 이용하지만 그 형태가 건반을 두드려서 간접적으로 줄을 치게하므로 건반악기라 하기도 한다.


_ 중첩의 원리_ 고유진동수_ 경계조건_ 정상파_ 음파_ 공명_ 파동

현악기

널리 사용되는 악기의 하나인 기타는 선밀도가 다른 6개나 12개의 줄의 양쪽을 고정시켜서 팽팽하게 긴장된 상태를 만들고 중간 곳곳에 인위적인 마디를 만들 수 있는 눈금이 있어서 한 손의 손가락으로 이곳에 줄을 고정시켜 정상파를 발생시킨다. 눌러준 눈금의 위치에 따라 나오는 음의 높이가 달라지며 다른 손으로 줄을 튕겨주는 부위에 따라 생성되는 정상파의 배합이 달라져서 음색에 차이가 날 수 있다.

모든 현악기는 양쪽이 고정되어 있는 줄에서 고정단 사이에 정상파가 만들어지게 되고 이 진동이 주변의 공기를 진동시켜서 음파를 2차적으로 생성한다. 줄의 진동이 효율적으로 생기게 하기 위해서나 음색을 좋게 하기 위하여 여러 가지 형태의 공명통이 있고 줄을 진동을 유발하기 위한 방법 또한 손가락, 활, 망치 등 여러 가지가 있다.

아래 그림을 실행시키면 길이가 주어진 줄의 양단이 고정되어 있을 때 생길 수 있는 파동의 진동양상을 보여준다. 줄의 길이가 짧아질수록, 모드가 높아질수록 고유진동수는 큰 값을 가져 높은 음이 나게 된다.

sim Java?

현악기의 정상파_ 삼각형으로 표시한 줄의 양쪽 가장자리가 고정되어 있어 진동을 할 수 없게 억제되어 있다. 따라서 양쪽이 마디가 되고 그 중간에 (모드 - 1) 개의 마디가 생긴다. 'reset'를 누르면 새로운 줄의 길이, 다른 모드의 정상파가 생성되나 줄에서의 파의 진행속도는 일정하게 주어져 있어 진동수는 정상파의 파장에 반비례한다. 줄의 길이가 짧고 모드수가 커질수록 높은 진동수의 정상파가 생겨나서 높은 소리로 들리게 된다. 줄은 진동의 궤적을 남기기 때문에 진동을 하지않는 마디를 쉽게 확인할 수 있다. 그림의 우측 상단에 표시한 진동수는 줄의 진동수이기도 하고 이에 의해서 발생되는 음파의 진동수이기도 하지만 파장은 음파의 속력이 331.5 m/s 일 때의 음파의 파장이고 일반적으로 이는 줄의 정상파 파장과 비례하기는 하나 같지는 않다. '소리듣기'를 선택하면 해당하는 진동수의 음을 스피커로 들려주게 된다.
exp Java?

기타의 소리_ 기타는 6개의 줄의 굵기를 각각 달리하여 손가락으로 마디의 길이를 조절하여 여러 진동수의 정상파를 들려준다.
exp Java?

피아노의 소리_ 피아노도 기본적으로 줄을 망치로 진동시켜 소리를 들려준다.


[질문1] 기타는 미리 반음 간격으로 금속의 마디점을 새겨두고 있다. 위 '기타의 소리' 그림에서 보듯이 마디점은 안쪽(그림에서는 오른쪽)으로 갈수록 촘촘해지는 데 간격이나 위치가 어떤 규칙을 가지고 있을까?

[질문2] 양단이 고정된 줄을 사용하는 같은 현악기라 하더라도 음색이 다르게 나타나는 이유는 무엇일까? 음색을 결정짓는 요소를 있는 대로 제시해 보자.


_ 고유진동수_ 정상파_ 마디점_ 음파_ 공명_ 파동



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