Science Story

시끄러운 카페에서
친구와 대화할 수 있는 이유

Life + Live

Science Story

시끄러운 카페에서
친구와 대화할 수 있는 이유

Life + Live

콘서트에서 오케스트라의 연주를 들을 때면 여러 악기들이 어우러져 만들어내는 선율과 화음에 언제나 감탄하게 된다.
바이올린, 첼로, 콘트라베이스와 같은 현악기 소리에 오보에와 클라리넷의 관악기 소리가 더해지고, 피아노와 북소리까지 겹쳐지면서 환상적인 교향악이 탄생한다.
여러 악기 소리가 섞인 연주를 듣고 있으면 서로 다른 음정을 내는 소리들이 잘 어울리는 동시에 각 악기의 소리도 구분되어 들린다는 사실에 놀라게 된다.
마치 여러 사람들이 떠드는 시끄러운 장소에서 친구의 목소리를 구분해내는 것처럼 말이다.

유재준 서울대학교 물리천문학부 교수

우리 몸에서 소리를 듣는 기관은 귓속에 있는 달팽이관이다. 외부에서 전달된 소리가 귓속의 고막을 흔들면, 고막과 달팽이관을 연결하는 세 개의 작은 귓속뼈가 흔들리고, 그 움직임이 달팽이관으로 전달된다. 결국 소리의 진동은 달팽이관에 가득 찬 림프의 흔들림을 통해 청각유모세포라는 가는 실모양의 신경세포를 자극해 생성된 전기신호로 뇌에 전달된다.
달팽이관의 림프와 유모세포의 구조는 소리 진동의 주파수(진동수)에 따라 서로 다른 위치에서 공명하도록 만들어져 있기 때문에 각기 다른 위치에 있는 청신경은 그 위치에 대응하는 소리의 주파수에 반응하게 되어 있다. 다시 말하면 우리의 귀는 고막을 두드리는 연속적인 소리의 흐름 자체를 듣는 것이 아니고, 소리의 진동을 주파수별로 성분을 가려낸 후 그 주파수 정보를 신경망을 통해 뇌에 전달하는 것이다.

악기가 내는 소리도 스피커에서 나오는 소리와 마찬가지로 악기의 떨림이 공기로 전달되는 과정을 거쳐 만들어진다. 피아노의 건반을 누르면, 건반에 연결된 작은 나무망치가 강철 프레임에 고정된 피아노 줄을 때려서 소리를 만든다. 실제로 우리가 듣는 소리는 피아노 줄에 연결되어 떨리는 피아노 케이스가 울림통이 되어 공기를 흔들어서 생겨난 파동이다.
바이올린의 줄을 활로 문질러 소리를 낼 때 나는 소리 역시 바이올린 울림통의 진동이 만들어낸 파동이다. 따라서 악기의 음색은 울림통이 만들어내는 진동에 의해 결정된다고 할 수 있다. 그렇다면 우리 귀로 구분해 내는 소리의 주파수 성분과 악기의 음색은 어떤 관계가 있는 걸까?
피아노와 바이올린은 서로 다른 울림통과 음색을 갖고 있지만, 두 악기 모두 줄의 진동을 이용해 울림통의 진동을 만들어 낸다. 바이올린은 굵기가 다른 4개의 줄을 매달아 서로 다른 음높이의 소리를 낸다. 줄이 굵을수록 낮은 진동수의 소리가 난다. 바흐의 관현악 모음곡 3번 라장조 2악장은 19세기 후반 유명한 바이올리니스트인 아우구스트 빌헬미가 바이올린에서 진동수가 가장 낮은 G선으로만 연주가 가능하도록 조옮김을 해서 연주를 했다는 일화가 있다. 이를 보면 바이올린은 4개의 줄이 아니라 1개의 줄만으로도 연주가 가능하다. 한 개의 줄이라도 그 길이를 조절하면 음계를 정할 수 있다는 의미다.


소리를 파동의 진동수로
분석해 들으면
시끄러운 곳에서 친구와 대화하고
오케스트라 콘서트 장에서
한 개 악기의 소리만을
구분해 낼 수 있다.
모든 것은 진동수와 달팽이관,
뇌가 하는 일이다.

악기가 내는 특정 음의 음높이는 기본진동수가 결정한다.
예를 들어 A3=220Hz의 음은 낮은 음에 해당되지만, 실제 악기로 내는 소리는 A3의 2배음, 3배음, 4배음, 5배음이 모두 섞여 나온다. 경우에 따라서는 배음이 아닌 진동수가 섞일 수도 있다. 악기마다 다른 색깔의 소리가 나는 이유는 바로 배음의 구조가 다른 데 있다. 이렇게 서로 다른 배음구조를 갖는 악기의 소리가 우리 귀의 달팽이관에 도달하는 순간 진동수의 스펙트럼으로 분석되어 우리 뇌에 전달된다. 사람의 성대도 일종의 악기로 생각하면 우리가 어떻게 사람의 목소리를 구분하는지 이해할 수 있다.
소리를 시간에 따라 변하는 공기의 압력으로 보지 않고 파동의 진동수로 분해해서 보는 방법은 컴퓨터의 발전과 더불어 음악의 저장과 전송에 매우 중요한 역할을 한다.

콘서트에서 오케스트라의 연주를 들을 때면 여러 악기들이 어우러져 만들어내는 선율과 화음에 언제나 감탄하게 된다.
바이올린, 첼로, 콘트라베이스와 같은 현악기 소리에 오보에와 클라리넷의 관악기 소리가 더해지고, 피아노와 북소리까지 겹쳐지면서 환상적인 교향악이 탄생한다.
여러 악기 소리가 섞인 연주를 듣고 있으면 서로 다른 음정을 내는 소리들이 잘 어울리는 동시에 각 악기의 소리도 구분되어 들린다는 사실에 놀라게 된다.
마치 여러 사람들이 떠드는 시끄러운 장소에서 친구의 목소리를 구분해내는 것처럼 말이다.

유재준 서울대학교 물리천문학부 교수

우리 몸에서 소리를 듣는 기관은 귓속에 있는 달팽이관이다. 외부에서 전달된 소리가 귓속의 고막을 흔들면, 고막과 달팽이관을 연결하는 세 개의 작은 귓속뼈가 흔들리고, 그 움직임이 달팽이관으로 전달된다. 결국 소리의 진동은 달팽이관에 가득 찬 림프의 흔들림을 통해 청각유모세포라는 가는 실모양의 신경세포를 자극해 생성된 전기신호로 뇌에 전달된다.
달팽이관의 림프와 유모세포의 구조는 소리 진동의 주파수(진동수)에 따라 서로 다른 위치에서 공명하도록 만들어져 있기 때문에 각기 다른 위치에 있는 청신경은 그 위치에 대응하는 소리의 주파수에 반응하게 되어 있다. 다시 말하면 우리의 귀는 고막을 두드리는 연속적인 소리의 흐름 자체를 듣는 것이 아니고, 소리의 진동을 주파수별로 성분을 가려낸 후 그 주파수 정보를 신경망을 통해 뇌에 전달하는 것이다.

악기가 내는 소리도 스피커에서 나오는 소리와 마찬가지로 악기의 떨림이 공기로 전달되는 과정을 거쳐 만들어진다. 피아노의 건반을 누르면, 건반에 연결된 작은 나무망치가 강철 프레임에 고정된 피아노 줄을 때려서 소리를 만든다. 실제로 우리가 듣는 소리는 피아노 줄에 연결되어 떨리는 피아노 케이스가 울림통이 되어 공기를 흔들어서 생겨난 파동이다.
바이올린의 줄을 활로 문질러 소리를 낼 때 나는 소리 역시 바이올린 울림통의 진동이 만들어낸 파동이다. 따라서 악기의 음색은 울림통이 만들어내는 진동에 의해 결정된다고 할 수 있다. 그렇다면 우리 귀로 구분해 내는 소리의 주파수 성분과 악기의 음색은 어떤 관계가 있는 걸까?
피아노와 바이올린은 서로 다른 울림통과 음색을 갖고 있지만, 두 악기 모두 줄의 진동을 이용해 울림통의 진동을 만들어 낸다. 바이올린은 굵기가 다른 4개의 줄을 매달아 서로 다른 음높이의 소리를 낸다. 줄이 굵을수록 낮은 진동수의 소리가 난다. 바흐의 관현악 모음곡 3번 라장조 2악장은 19세기 후반 유명한 바이올리니스트인 아우구스트 빌헬미가 바이올린에서 진동수가 가장 낮은 G선으로만 연주가 가능하도록 조옮김을 해서 연주를 했다는 일화가 있다. 이를 보면 바이올린은 4개의 줄이 아니라 1개의 줄만으로도 연주가 가능하다. 한 개의 줄이라도 그 길이를 조절하면 음계를 정할 수 있다는 의미다.


소리를 파동의 진동수로
분석해 들으면
시끄러운 곳에서 친구와 대화하고
오케스트라 콘서트 장에서
한 개 악기의 소리만을
구분해 낼 수 있다.
모든 것은 진동수와 달팽이관,
뇌가 하는 일이다.

악기가 내는 특정 음의 음높이는 기본진동수가 결정한다.
예를 들어 A3=220Hz의 음은 낮은 음에 해당되지만, 실제 악기로 내는 소리는 A3의 2배음, 3배음, 4배음, 5배음이 모두 섞여 나온다. 경우에 따라서는 배음이 아닌 진동수가 섞일 수도 있다. 악기마다 다른 색깔의 소리가 나는 이유는 바로 배음의 구조가 다른 데 있다. 이렇게 서로 다른 배음구조를 갖는 악기의 소리가 우리 귀의 달팽이관에 도달하는 순간 진동수의 스펙트럼으로 분석되어 우리 뇌에 전달된다. 사람의 성대도 일종의 악기로 생각하면 우리가 어떻게 사람의 목소리를 구분하는지 이해할 수 있다.
소리를 시간에 따라 변하는 공기의 압력으로 보지 않고 파동의 진동수로 분해해서 보는 방법은 컴퓨터의 발전과 더불어 음악의 저장과 전송에 매우 중요한 역할을 한다.

2019-10-08T11:00:22+09:00