음향학의 기초 개념, 라우드니스 와 주파수

손으로 음향기기를 만지는 모습

 

안녕하세요. 음악에 관심이 많고 그중에서도 컴퓨터 음악을 만드는 게 취미인 20살 청년입니다. 특히 요즘 시대에 일반인들이 가장 쉽게 접할 수 있고 쉽게 나만의 음악을 만들 수도 있는 음악이 컴퓨터 음악입니다. 음향학은 일반 연주가들과 작곡가들도 중요하게 알아야 할 개념이지만 컴퓨터 음악에서는 모르면 안 되는 필수적인 요소입니다. 앞으로 음향학 공부를 해나가면서 포스팅을 쓰면서 나의 공부 과정들을 기록하자는 생각으로 음향학에 대한 포스팅을 게재할 생각입니다. 앞으로 잘 부탁합니다.

1. 라우드니스(Loudness)

우리는 어쿠스틱 기타 연주에서 아르페지오(arpeggio)라면 작고 부드럽게 들립니다. 하지만 스트로크라면 격렬하고 크게 들었던 기억이 있습니다. 이것은 연주자의 힘(운동에너지)에 따른 기타 현의 음향에너지 혹은 진폭이 변하기 때문입니다. 하지만 아르페지오는 항상 작고 스트로크는 항상 크게 들리지만은 않습니다. 소리는 당연히 멀리서는 작게 들릴 것이고, 가까이서는 크게 들릴 것이기 때문입니다. 이 말은 똑같은 연주 음이라도 거리에 따라 우리가 듣고 느끼는 소리가 변한다는 것을 뜻하는데, 이처럼 사람들이 실질적으로 인지하는 음 레벨을 라우드니스라고 합니다.

 

2. 주파수(Frequency)와 피치(Pitch)

악기의 음들은 현의 진동수에 따라 결정됩니다. 주파수란 1초 동안 현의 진동 횟수를 의미합니다. 단위는 헤르츠(Hertz, Hz)입니다. 보통 사람들이 들을 수 있는 제일 낮은 진동수와 제일 높은 진동수 사이를 가청 주파수 범위(Audible Frequency Range)라고 합니다, 그 범위는 약 20Hz~20000Hz(혹은 20Khz)정도 입니다. 하지만 사람들은 주파수가 같은 진동음이라도 각자 다르게 인지할 수 있습니다. 만약 연주자들의 악기의 주파수가 다르다면 합주가 불가능하게 됩니다. 이를 방지하기 위해 국제 음향 협회에서는 악기 음들을 A 음 440Hz로 규정하고 있습니다. 피치 혹은 음정이란 사람이 인지하는 음의 높낮이를 뜻하며 주파수와 매우 밀접한 관계가 있습니다.

 

3. 기본음(Fundamental Frequency)과 배음(Harmonics)

기본음이란 하나의 막(drum head) 혹은 현(string)에서 발생하는 수많은 진동음 중에서 가장 낮은 주파수의 음입니다. 악기 음정에 이바지하며 첫 번째 배음(First Harmonics)이라고 도 합니다. 배음이란 다양한 진동음 중에서 기본음과 정수배(1, 2, 3 등) 관계를 유지하는 그룹입니다. 아름답고 부드러운 음색을 제공하고 악기에 매우 중요한 음향적 요소로 기능합니다. 우리는 각각의 악기의 소리를 듣고 무슨 악기인지 구별할 수 있습니다. 여기서 배음 구조는 연주 악기를 쉽게 파악할 수 있는 주요 음향 성분입니다. 일반적으로 배음성분의 주파수들은 높을수록 진폭이 점진적으로 감소합니다. 만약에 악기 음이 너무 밝거나 귀에 거슬린다면 특정 배음 주파수들이 너무 큰 경우이고, 반대로 둔하면 너무 작아서 그럴 수 있습니다. 또한, 악기에는 기본음과 함께 진폭과 위상이 다양한 배음 성분들이 포함되어 있습니다. 여기서 악기 음의 파형을 두 가지 그룹, 단일파(Simple Wave)와 복합파(Complex Wave)로 분류할 수 있습니다.

 

4. 비배음(In-harmonics)과 오버톤(Overtone)

비배음이란 기본음과 비-정수배 관계(1.2, 2.6, 3.4 등)를 유지하고 각 주파수의 진폭이 매우 불규칙하게 변하는 그룹입니다. 거칠고 과격한 음색을 제공합니다. 그래서 보통은 비배음 성분을 잡음으로 간주합니다. 그러나 꼭 잡음인 것만은 아닙니다. 주요 리듬 악기인 킥 드럼이나 스네어 드럼 같은 경우에는 어택 음은 비배음 성분으로 되어있어서 주의해서 관찰할 필요가 있습니다. 오버톤이란 악기의 진동음중 기본음을 제외한 모든 배음을 뜻합니다. 그래서 두 번째 배음을 첫 번째 오버톤이라고 하고, 세 번 째 배음을 두 번째 오버톤이라고 정의합니다.