소리의 3요소



소리에는 높이(Pitch), 크기(Loudness), 음색(Sound Quality)의 3가지 요소가 있다.



• 소리의 높이(음정)



음파는 산과 골의 반복인데, 소리의 높이는 이 산과 골이 1초 동안에 몇번 반복되는가 로 정해진다. 반복의 횟수가 많을수록 소리는 높아지고 횟수가 적어지면 소리는 낮아 진다. 1쌍의 산과 골을 1 사이클(Cycle)로 하며, 이것이 1초 동안에 몇 사이클 반복되는 가를 주파수라 하고, 단위는 Hz(헤르츠)이다.



• 소리의 크기



물리적인 음압에 대한 귀의 감각량을 소리의 크기라고 한다. 주파수에 따라서 이 감각 량은 달라진다.



구분 db 예시

고통을 느끼는 세기 140 제트기에서 3m의 거리, 대포의 발사음

최대 가청 한계 120 지하철, 시끄러운 공사장

100 대오케스트라의 최대 음량

80 주행중의 승용차 안, 시끄러운 사무실

통상 가청 한계 60 일반 대화, 교외의 도로

40 조용한 주택, 침실

20 관객이 없는 극장

스튜디오 최소 가청 한계 0







• 음색



같은A=440Hz의 소리일지라도 피아노와 기타는 음색이 다르다. 이것은 피아노와 기타 소 리의 파형(배음 구성)과 엔벨로프(Envelope)가 다르기 때문이다. 음색은 일반적으로 이 두 가지의 요소로 결정된다.



파형(배음)



같은 440Hz의 소리에서도 실제의 소리에는 반드시 배음(고조파, harmonics 로도 불린다)이 포함되어 있다.



예컨대 피아노의 A4줄은 440Hz로 진동할 뿐 아니라 2배인 880Hz 나 3배인 1,320Hz, 4배인 1,760Hz등 많은 진동을 동시에 발생한다.



단순한 1개의 피아노 선도 상당히 복잡한 진동을 하는 것이다.



기타 소리도 마찬가지로 많은 배음을 포함하고 있다. 배음구성을 그래프로 그린 것을 Spectrum분포로 불리우는데, 이것을 보면, 피아노와 기타는 그 배음이 포함되는 방법이 틀리는 것이 명확하다. 이 Spectrum분포 이외에 시각적으로 배음고성을 나타낸 것을 파형이라고 한다.











엔벨로프(Envelope)



음색을 정하는 것은 배음구성(파형)만은 아니다. 음량의 순간적인변화(Pattern-Envelope) 도 큰 요소이다.

음에서의 소리의 생성·지속·소멸 현상을 엔벨로프라고 한다.

생성은 일정한 상태로 강도를 유지하기 전까지의 소리현상으로, 어택(attack：소리의 최초 시작)과 소리 증가 과정으로 구성된다.

지속은 음의 최대 강도를 일정하게 유지하는 상태를 말하며,

소멸은 소리가 수그러드는 양상을 말한다.

엔벨로프는 음색을 이루는 중요한 요소로서 모든 악기는 고유한 생성·지속·소멸의 패턴을 갖고 있다.





배음에 관한 본격적인 논의



440hz 라는것은 1초에 440번의 공기의 진동을 뜻하고, 그 진동은 우리의 귀안의 고막을 통해 뇌에 전달된다. 하지만 , 그렇다고 해서 A 음을 울릴때에 440hz 의 진동만 나오는것은 아니다.우리가 피아노의 A 음을 치면 , 그것은 분명 A 이다. 실로폰의 A 음을 연주해도 , 그것은 같은 A 음이다. 하지만 두 음은 서로 다른 "음색'을 지니고 있다.악기의 음을 연주하면, 그 악기의 음정을 알수 있는 요소 외에도 음색을 알수 있는 요소도 포함되어 있는것이다.실제로, 우리가 피아노의 낮은 C 음을 한번 치면 다음과 같은 음정들이 모두 소리난다.














낮은 C 음의 주파수는 65.4 hz 이고, 그 뒤를 이어서 위의 모든 음정들이 발생한다.이중에서 우리가 이음을 낮은 C 음이라고 알수 있는 이유인 65.4hz 의 진동을 "기음", "Fundamental"이라고 하고, 나머지 음들을 "배음","Overtones",harmonics 라고 한다.각각 Fundamental을 포함한 모든 배음들은 Sine wave 이다. 이러한 수 많은 사인파형들이 합쳐져서 복잡한 소리의 파형을 만들어낸다.이렇게 많은 음정들이 다 같이 등장하는데도, 우리는 이 음을 낮은 C 음이라고 인식한다. 그 이유는 첫째, 가장 최초에 등장하는 음이기 때문이다.피아노의 구조는 현을 망치로 때려서 소리나는 구조로 되어 있다. 가장 쉬운 진동발생의 메카니즘 일것이다. 해머가 처음 현을 때린순간은, 해머의 에너지가 강하고 크기 때문에, 그 현의 가장 완벽한 진동으로 울리게 된다. 그것이 첫번째 harmonics 이다. 즉 기음이다.에너지는 점차 현의 진동에너지로 바뀌면서 소실되어, 현의 전체 질량을 완벽한 모습으로 울리기 힘들게 된다. 그래서 상대적으로 에너지가 덜 들어가는 2개의 진동으로 모습이 바뀌어 진동한다. 그것이 2배음이다. 현을 1/2 로 나누어서 정확이 2배의 빠르기로 진동하게 된다.에너지는 다시 진동으로 변환되어 소실될 것이다. 진동은 1/3 로 나누어 3배의 빠르기로 진동한다. 이것은 3배음이다. 이러한 과정이 계속 되면서, 처음에 해머가 지닌 에너지를 모두 진동 에너지로 바꾸게 된다. (이러한 과정은 매우 복잡하고 동시다발적으로 일어난다. 동전을 굴리면 처음에는 크게 돌다가 나중에는 자잘한 진동을 만들어 내면서 멈추는것을 상상해보면 된다.)






두번째 , 우리가 이러한 최초의 진동인 낮은 C 음으로 인식하는데는, 뇌의 작용이 강하다. 우리의 뇌는 몇가지 초능력들을 가지고 있는데, 시각적으로는 대표적으로 착시 현상과 같은 것들이 있다. 청각적으로는, 배음만듣고서 원래의 기음이 안들리는대도 불구하고, 기음을 인식하게 된다. 예를들면, 위의 현의 진동처럼 처음에 기음이 있다가 , 에너지의 소실로 인하여 배음들만 남게 되어도 , 실제로 귀에 들어오진 않았지만 뇌는 기음이 있는것처럼 인식한다. 또한 기음의 진동의 폭이 가장크다. 배음들은 기음들에 비해 작은 크기의 소리이기 때문에, 기음을 우선적으로 인식하게 된다. 따라서, 기음이 가장 처음 울린것과, 뇌의 착각, 기음의 크기가 가장 큰 것 등과 같은 이유들로 음정은 낮은 C 음으로 강하게 인식되는 것이다.

어떤 한 음정을 울리면 , 그 음정에 해당하는 주파수만 나는 것이 아니다. 또한, 에너지가 어떻게 진동에너지로 바뀌고, 소실되어져가는 과정에 따라서, 배음의 구조가 크게 달라지게 된다.



아래의 3가지의 배음구조는 모두 틀리다.


















또한 배음구조는 아래 그림처럼 시간에 따라서도 달라진다.














이러한, 배음의 구조 , 시간에 따른 배음의 변화 가 바로 그 악기의 음색을 결정한다.악기의 모양, 구조, 연주방법 등에 따라서, 배음의 구조와, 시간변화는 전부 다르다.정리하면기음 은 그 사운드의 "음정",  "Pitch"를 결정짓는 요소이고,배음 은 그 사운드의 "음색",  "Timbre,Tone" 을 결정짓는 요소이다.물론 이러한 기음과 배음의 모든 에너지를 합한 값이, 바로 그 사운드의 소리크기이다.좋은 악기 일수록, 배음이 아주 정확하게 생성된다.어떤 바이올린이 소리가 나쁘다면, 그 바이올린의 구조가 무엇인가 올바른 배음을 형성하는데에 영향을 미치기 때문에, 부정확한 배음 생성 등이 되고 있기 때문이라고 봐도 된다.





이러한 배음의 발생이 있기 때문에, harmony (화성), 이라던지 Chord (코드 ) 라던지, Scale (선율) 같은것들이 나타난다.어떠한 음정 2개를 동시에 울려서 그것이 어울리느냐, 안어울리느냐에 따라 화음이 되기도 하고 불협이 되기도 한다. 그 이유는, 울림의 유사성이 있느냐 없느냐에 따른다. 어떤 2가지 음을 울리게 되면, 그 중 낮은 음이 있고, 높은 음이 있을 것이다.








그 음이 만일 C 와 E 라면, C 의 배음중에는 E 가 있다(위의 배음 표를 보면, 5배음이 E 음정이다.) C 는 배음으로 E 의 기음을 포함하고 있으므로, 서로 같이 울릴 수 있게 되어 화음이 된다.만일 C 와 Db 음을 울리게 된다면, 적어도 위의 배음표에서는 C의 배음중에는 Db 이 없다.(아주 먼 배음에는 있을 수 있다.하지만 그 배음의 진폭은 매우 작을 것이다.) 따라서 불협이 된다.사실, 배음은 거의 모든 음정이 다 나올수 있다. 하지만 어떤 배음은 기음과 매우 근접하고, 소리도 큰 반면, 어떤 배음은 매우 먼 배음이고,소리도 미세하다. 따라서 어울리고 안어울리는것은, 그 어울림의 "정도"로 표현하는것이 맞지만, 사람이 느끼기에 어느정도 한계가 있다. 그 "한계"의 둘레 안에서 표현하는것이 "화성학" 이다.라고 하는 것이 맞다고 생각한다.





다음은 악기들의 기음과 배음에 관한 그림..

기음은 붉은 색 / 배음은 노란색 ==> 트위트는 배음 담당 !!








악기별 기음










잔향음과 구분 : 배음은 악기에서 나는 소리로서 녹음의 대상. 스피커에서 만들어 지는 소리가 아님. 잔향은 스피커에서 나온 소리가 청음공간에서 반사되어 들리는 소리. 물론 녹음 공간에서 발생된 잔향이 녹음된 경우가 있을 것이다.