안녕하세요?

몇년 전 퇴직하여 양평에서 음악과 함께 전원생활을 즐기고 있는 강원기입니다(kwk-56@daum.net)

일전에 윤세욱님 작성의 '소리의 구조' 글에 포함되있는 그림을 볼 수 있는 방법이 있는지 조용훈님께

질문 메일을 드린 적이 있는데요, 불행히도 서버에 문제가 생겨 불가능하다는 최종 답을 들었습니다. 

매우 아쉬웠는데요...

근래에 제 PC를 찾아보니 과거 윤세욱님의 글을 열심히 볼 때 제가 전체 내용을 꼼꼼히 보기 위해  

한글 파일로 옮겨 작성해 둔 파일이 있다는 걸 발견했습니다.

당연히 그 파일에는 그림도 들어 있구요.

그래서 소중한 지식을 전해주신 윤세욱님께 감사의 마음을 담아 윤세욱님의 글을 복사하여 그림을

추가했습니다. 

계속 올리겠습니다.

음악이나 오디오에 관심이 있으신 분은 기본적으로 알아야 할 것 같은 내용입니다.

소리의 구조-1

진공(眞空)에선 소리가 들리지 않습니다.
진동을 전달할 매질(媒質)이 없기 때문입니다.
이걸 거꾸로 생각하시면 소리가 어떤 것이란 걸 아실 겁니다.
소리란 공기의 진동이 귀에 감지된 겁니다.
물체가 진동하면 물체 주변의 공기(매질)에 압력을 가합니다.
공기는 탄성체입니다. 그래서 압력이 높고 낮은(疏密) 부분이 생기고,
이게 연못에 돌 던지면 동심원이 밀려 나오듯 압력이 대기 중으로 전파되다가 사람의 고막에 도달합니다.
그 진동을 신경과 뇌가 감지 해석하는 것. 이게 바로 ‘소리구나’라고 저희가 인식하는 과정입니다.
윤세욱의 삼요소가 “이빨, 긴 허리, 숏 다리”라면
소리의 삼요소는 강약(强弱), 고저(高低) 그리고 얼핏 빼놓기 쉬운 음색(音色)이 될 겁니다.
강약이나 고저는 금방 이해가 되시지요?
문제는 음색.
이것은 같은 세기와 높이로 연주하더라도 피아노와 바이올린의 소리가 다르게 느껴지는 것을 생각하시면 됩니다.
결론이 좀 미리 나오는 감이 있는데, 오디오에서 문제되는 것이 주로 이 음색 때문입니다.

공기의 진동은 눈으로 “볼” 수 없습니다.
아울러 감지의 대상에 지속성이 없어서 시간이 지나면 그냥 사라져버리고 맙니다.
보이지도, 지속적이지도 않는 소리의 삼 요소를 측정하거나 말로 표현하는 것은 문제가 많습니다.
음식이 얼마나 짠지 싱거운지 평가 기준은 사람 따라 다르잖습니까.
그래서 소리를 “보면서” 해석할 수 있도록 그림을 하나 고안해 낸 다음
이걸 이용해 누가 봐도 확실한 양과 형태의 인식이 가능하도록 했습니다.
그게 “그래프”란 겁니다. 그
래프는 우리의 직관과는 좀 다르지만 이걸 잘 이용하면 소리가 확실하게, 무엇보다도 객관적으로 표시됩니다.

아래 도해는 바이올린의 제일 높은 줄 E 현의 진동을 그래프로 나타낸 겁니다.

5초만 상하좌우로 훑어보세요.

 그래프가 눈에 익으셨습니까?
그래프의 왼쪽에서 오른쪽으로 시간이 지나갑니다.
그러니까 지금 그림은 8밀리세컨드 동안에 바이올린에서 나온 소리를 그림으로 그린 겁니다.
중간 가로 줄은 공기의 압력의 기준점입니다.
중간 줄 윗부분은 공기 압력이 다른 곳에 비해 높은 것이고 아래쪽은 반대로 낮습니다.
이해가 어려우시면 스프링을 상하로 흔든다고 생각해보십시오.
스프링에 물체를 매달고 위 아래로 흔들면 코일의 간격이 넓은 부분도 생기고 좁아지기도 합니다.
위의 그래프는 이걸 표현한 겁니다.

바이올린의 현을 활로 문지르면 마찰에 의해 현이 좌우로 부르르 떨고 이것 때문에 공기도 따라서 흔들립니다.
그래프에 그려진 꼬불꼬불한 선 모양으로 바이올린 줄이 떤다고 생각하시면 됩니다.
같은 패턴이 계속 반복되는 게 보이시지요?
패턴을 파형이라고 말하고, 1초에 그 패턴이 몇 개 나오느냐가 소위 주파수입니다.
위 사진의 주파수는 520헤르츠입니다.
같은 패턴이 1초에 520번 나온다는 의미입니다.
주기야 당연 계산되지요. 1/520=0.00019. 1.9밀리세컨드가 됩니다.

진동의 실제모습은 절대 그래프 모양은 아닙니다.
말씀드렸듯, 조용한 수면에 돌을 던질 때 물결이 퍼져 나가는 모습에 가까울 겁니다.
그래도 어떻게 하겠습니까.
직관과는 좀 다르지만 이런 모양이 이해하기 쉽거니와 제일 정확하게 표현할 수 있으니까요.

이 아래 그래프를 참조하시기 바랍니다. 소리의 강약에 대한 그래프입니다.

 
소리가 커지면 그래프의 산이 높아지고 골이 깊어지는 걸 알 수 있습니다.
스프링을 더 세게 흔든다고 생각하시면 됩니다.

다음 그림은 음높이의 고저(高低) 다른 말로 음정(音程)이 바뀌는 모습입니다.

 
높낮이는 그대로인데 패턴의 간격이 더 촘촘해졌지요?
오른쪽으로 갈수록 더 높은 음이 됩니다.
사족인데, 바둑을 저보다 조금 잘 두는 조훈현은 형세가 잘 풀려 나갈 때 수읽기에 들어가면
다리를 매미날개처럼 떠는 버릇을 가지고 있습니다.
스프링을 프로기사 조훈현 다리 떨듯 흔들면 맨 오른쪽 그림이 될 것이고요.

계속 진도 나가겠습니다.
오디오의 "핵심 문제"는 이제 아래의 그래프에 나타납니다.
이 아래 그래프에 나온 패턴의 모습을 잘 음미해 보십시오.

 
맨 왼쪽부터 현악기 바이올린, 금관악기 트럼펫, 그리고 목관악기 클라리넷의 진동모습을 그래프로 표시한 겁니다.
높낮이가 좀 들쑥날쑥하고 패턴의 표시가 언뜻 알아보기 어렵습니다만
모두 동일한 음량(높낮이)에 동일한 음정(주기)입니다.
그런데 패턴의 모양이 다르다는 것을 아실 수 있습니다.
음색이 다르면 패턴의 모양이 달라지는 겁니다.
실은 이걸 설명 드리기 위해 누구나 아실 음량과 음정의 그래프를 굳이 실었습니다.

이제, 이 패턴의 그래프를 좀 더 깊이 있게 해석해보겠습니다.
진동의 형태 가운데 사인파라는 게 있습니다.
막가파나 지존파와는 좀 다릅니다.
뭐 골치 아픈 이름 따위는 잊어버리셔도 괜찮습니다.
사인파는 그저 잡티가 섞이지 않은-이것저것이 혼합되어 있지 않은,
물로 친다면 아무 것도 포함되지 않은 증류수라고 생각하셔도 됩니다.
음정과 음량 도해에 나온 진동 형태가 사인파입니다.

사인파를 포함한 모든 파형은 합성할 수 있습니다.
기술용어 나오니까 좀 거부감 생기시지요?
그럼 이렇게 생각하세요.
제가 아내에게 낮은 목소리로, 점잖게 ‘커피 한 잔 타 줄 수 있냐’고 묻고 있는데
‘목마른 사람이 샘 파’라고 아내가 앙칼지게 쏴 부치면 이게 주파수의 합성이 되는 겁니다.
그래프를 통해 음정과 음량이 다른 두 개의 사인파가 합성(두 음을 동시에 내는 것) 되는 것을 보시겠습니다.

 
"A" 그림의 음은 “B"에 비해서 한 옥타브 음정이 낮은 반면 음량은 두 배가 높습니다.
두 음을 동시에 내면(합성) 진동의 모습은 그림 ”C"처럼 됩니다.
모양이 좀 야리꾸리하게 변했지요? 이제 드디어 음색이 변화되기 시작하는 모습이 보이는군요.

오늘은 여기까지입니다.
그림 아래의 막대기의 의미는 나중에 설명 드리겠습니다.