중2 과학/소리의 세기/소리의 크기/소리의 맵시/소리와 실생활

친한 사람의 목소리만 듣고도 누구인지 아는 것은 사람마다 각기 다른 목소리를 내기 때문이다. 또, 남자와 여자의 목소리는 크기나 높낮이가 다르다. 북을 세게 칠 때와 약하게 칠 때 소리의 파형을 비교해 보면 세게 쳐서 큰소리가 날 때 진폭이 크고, 약하게 쳐서 작은 소리가 날 때 진폭이 작다. 이렇게 소리의 크기는 파동의 진폭에 따라 달라진다.또, 악기로 ‘도’ 음과 ‘솔’ 음을 같은 크기로 낼 때 소리의 파형을 비교해보면 낮은 음의 소리는 진동수가 작고, 높은 음의 소리는 진동수가 크다. 이렇게 소리의 높낮이는 파동의 진동수에 따라 달라진다. 실로폰 건반의 길이에 따라 소리의 높이가 다른 것처럼 실로폰과 같은 타악기는 금속판의 길이를 다르게 하여 소리의 높낮이를 맞춘다. 또, 바이올린이나 첼로와 같은 현악기는 줄의 길이를 다르게 하고, 관악기는 관의 길이를 조절하여 소리의 높낮이를 맞춘다.  소리의 크기와 높낮이가 같아도 트럼펫 소리와 실로폰 소리가 다르게 들린다. 같은 음의 트럼펫과 실로폰 소리의 파형을 비교해 보면 소리 파형의 모양이 다르다. 이렇게 물체마다 소리의 파형이 다른 것은 소리의 맵시가 다르기 때문이다. 여러 악기마다 제각기 음색이 다르고 사람마다 목소리가 다른 것은 소리의 맵시가 다르기 때문이다.

악기의 반주가 녹음된 소리에 해당하는 파형을 줄이거나 제거하면 가수의 생생한 노래 소리를 들을 수 있다.음악 분수는 소리의 크기에 따라 분수의 물줄기 높이를 변하게 만든 것으로, 음악을 시각적으로 표현하여 보는 사람을 즐겁게 해 준다. 이는 오디오에서 소리의 크기를 막대의 높낮이로 보여 주는 장치와 비슷한 원리이다. 전파를 이용한 무선 통신 기술도 파동을 이용한 것이다. 휴대 전화로 통화를 하는 것은 물론 무선 인터넷을 이용하는 등 이동하면서 자유롭게 정보를 주고받기도 한다. 무선 이어폰, 무선 조종 장난감, 내비게이션 등 무선 기기들도 전파를 이용하여 우리 생활을 편리하게 하는 예들이다.건축에서는 특별한 모양이나 구조를 만들어 소리를 효과적으로 전달한다. 고대 야외 극장에서는 소리가 전달되는 방향으로 원형 모양의 계단식 자리를 배치하여 많은 관객에게 소리를 효과적으로 전달하게 했다. 또한, 돔 모양 건물에서는 작은 소리가 반사되어 한 곳에 모이게 하거나 먼 곳으로 전달하게 한다. 오늘날 큰 강당이나 음악당을 만들 때는 반사판을 설치하여 소리가 구석까지 잘 전달하도록 하고 있다.

줄 전화기, 악기가 되다.

최근‘스트링그라피’라는 새로운 악기와 연주법이 개발되었다. 스트링그라피는 어린 시절 가지고 놀던‘줄 전화기’의 원리를 이용한 것이다. 스트링그라피는 공연장에 명주실을 길게 늘어뜨리고 거기에 종이컵을 달아 악기를 설치하는데, 마치 공연장 전체가 대형 하프와 같은 악기가 된다. 이러한 스트링그라피는 현악기처럼 줄의 길이를 조정하여 음의 높이를 다르게 하고 줄을 문지르거나 퉁겨서 아름다운 음색을 낸다.

줄의 길이로 소리의 높이를 조절하다

고대 그리스의 철학자이자 수학자인 피타고라스(Pythagoras; ?B.C.569~?B.C.475)는 ‘만물은 수로 이루어져 있다.’고 주장하였는데, 음악에 수학의 원리를 적용하였다. 피타고라스는 직접‘일현금’이라는 현악기를 만들어 소리를 분석했다. 일현금의 이동식 받침대를 움직이며 실험한 결과 함께 연주했을 때 듣기 좋은 음을 내는 현의 길이는 간단한 정수의 비를 가진다는 사실을 발견하였다. 이를 피타고라스 음계라고 한다.

피타고라스 음계가 완벽한 화음을 나타내지 못하는 문제가 있지만 이를 변화시켜 간단한 정수의 비로‘도레미파솔라시도’의 음을 만들어 낼 수 있다. 따라서 진동수 비에 맞추어 줄이나 관의 길이를 조정하면 간단하게 퉁기거나 두드려서 소리를 내는 다양한 악기를 만들 수 있다.

도로에서도 음악을 만들다

악기에서 음악을 내는 것처럼 도로에서 음악을 만드는 경우도 있다. 차를 타고 달리다 보면 ‘미레도레 미미미~’소리가 나는 도로가 있는데, 어떻게 도로에서 음악 소리가 날까? 도로 바닥을 자세히 보면 작은 홈이 파여 있는데, 자동차 바퀴가 홈을 지나면 마찰음이 생긴다. 이 마찰음은 노래의 각 음이 가지는 고유한 진동수의 음을 만든다. 도로에서 각 음의 진동수를 만들기 위해서는 홈과 홈 사이의 간격을 다르게 해야 한다. 예를 들어‘도’음은 홈과 홈 사이 간격이 10.6 cm,‘레’음은 9.5 cm,‘미’음은 8.4 cm로 되어 있는데, 간격이 좁을수록 진동수가 증가하여 높은 음의 소리가 만들어진다.