소리, 극성과 파장 그리고 다이나믹 인벨롭

음향기구인 앰프의 이미지

 

오늘도 블로그에 방문해 주셔서 감사합니다. 오늘은 입문 음향학, 소리 파트의 마지막 부분인 극성과 파장, 다이내믹 인벨롭이 뭔지에 대해 알아보겠습니다. 지금까지 음향학을 공부하면서 가장 크게 느껴진 부분이 있습니다. 바로 물리학 개념을 어느 정도 숙지하고 있어야 원활하게 학습이 가능하다는 부분입니다. 중학생 때부터 계속해서 문과였던 저에게는 이해하는 데 어려움이 있지만, 한편으로는 예전부터 교양 물리학 정도는 배우고 싶다는 생각을 계속해서 해온 저에게는 음향학도 공부하면서 기초 물리학도 같이 공부하게 되어서 공부의 재미도 두 배로 늘어난 것 같습니다. 이 부분에서 오히려 저에게 계속해서 지속해서 공부하게 해주는 연료를 넣어주는 느낌도 듭니다.

1. 극성(Polarity)

음향학의 극성에 대해 알아가기 전에, 극성의 정의부터 알아보겠습니다. 극성의 정의는 전극의 양극과 음극 그리고 자석의 남극과 북극이 가지고 있는 다른 성질이라고 합니다. 남극과 북극은 완전 정반대에 있듯이, 신호는 극성이 뒤집히면 사라져 버립니다. 마치 배가 뒤집히면 침몰하는 것이랑 같습니다. 여기에 재미있는 실험이 하나 있습니다. 만약 앰프의 채널 출력 단자의 (+)와 (-)를 스피커의 (-)와 (+) 터미널에 바꾸어 연결하고 남은 한쪽은 올바르게 연결하고 소리를 들어본다면, 어딘가 이상하지만 잘 들릴 겁니다. 하지만 여기서 두 스피커의 간격을 조금씩 좁히면 소리가 작아지고 드디어 소리는 거의 들리지 않게 될 것입니다. 그리고 다시 벌린다면 소리는 잘 들릴 것입니다. 이 현상은 왼쪽 스피커가 앞으로 진동할 때 오른쪽 스피커는 뒤로 진동하면서 생기는 현상입니다. 우리는 이것을 '상이 뒤집혔다'라고 말합니다.

2. 파장(Wavelength)

파장이란 우리가 웅덩이에 돌을 던지면 동그란 물너울이 주변으로 퍼져 나가듯이, 우리가 악기를 연주한다면 악기 소리가 주변 공기 입자들 덕분에 초 당 340m의 속도로 번져갑니다. 파장은 파의 길이를 뜻하고 주파수와 소리의 전파 속도에 관련이 있습니다. 공식은 파장=c/f, 여기서 c는 소리 속도, f는 주파수(Hz)입니다. 파장은 실내 음향 환경을 개선하는 데 필요한 반사판과 흡음재 설계에 중요한 요소입니다. 문제의 예를 들자면, 100Hz의 한 파장은 340/100=3.4m이고, 1000Hz는 340/1000=34cm입니다. 따라서 파장은 주파수의 길이가 높을수록 짧아지고, 낮을수록 길어집니다.

3. 다이내믹 인벨롭(Dynamic Envelop)

우리는 악기의 연주 소리만 듣고도 그 악기가 무엇인지 맞힐 수 있습니다. 하지만 록 음악같이 강한 피아노 소리와 발라드의 부드러운 피아노 소리는 구별하기 힘들 것입니다. 그것은 연주 패턴에 따라 음의 다이내믹 인벨롭이 달라지기 때문입니다. 악기에 따라 주파수 스펙트럼이 음색을 좌우하기도 하고, 다이내믹 인벨롭이 좌우하기도 합니다. 다이내믹 인벨롭은 음의 레벨 변화를 시간 별로 나타낸 것입니다. 어택 타임(Attack Time), 디케이 타임(Decay Time), 서스테인(Sustain), 릴리즈 타임(Release Time)이 있으며 우리는 이것을 축약해서 ADSR 이라고도 합니다. 어택 타임이란 두 물체가 부딪칠 때 발생한 음이 최대로 커지는 시간입니다. 여기서 만들어진 음과 크기를 어택 음 또는 어택 레벨이라고 합니다. 디케이 타임은 어택 음의 레벨이 제로 상태로 돌아가는 시간입니다. 서스테인은 소리의 크기가 최대치로 도달하고 점점 레벨이 감소(디케이) 되어 유지하려는 성질을 말합니다. 마지막으로 릴리즈는 소리의 크기가 떨어져서 사라지는 것입니다. 어택과 디케이 음으로 구성된 음을 트랜션트 음 혹은 어택 음이라고 합니다. 악기의 진동음은 서스테인과 릴리즈 음으로 구성됩니다. 서스테인 음에는 악기의 기본음, 배음 그리고 풍부한 공명음 등이 들어 있다고 합니다. 이처럼 모든 악기음들은 음향 특성이 완전히 다른 두 가지 성분이 합쳐진 것이기 때문에 만일 이들을 분리해서 듣는 능력이 부족하다면 어쩌면 컴프레서와 마이크 테크닉은 앞으로 정복하지 못하는 세계로 남을 것입니다.