기초음향

⊙음향 기초

진동, 파동, 매질

                       *공기가 없는 진공상태에서는 매질이 없으므로 소리가 전달되지 않는다.
 → 고체에서 기체로 갈수록 저항이 커져서 소리의 속도가 느려진다. 고체가 매질이 되는 예시로는 층간소음을 들 수 있다.
- 횡파와 종파는 파동의 진행 방향과 매질의 운동 방향의 관계에 따라 나뉘는데, 방향이 서로 같으면 종파! (ex.공기 중의 소리)
  서로 다르면(수직방향이면) 횡파이다.(ex. 현악기, 전자기파, 지진파의 S파, 고체, 액체를 통한 소리)

 

★ 소리의 3요소는 음색(tone, timbre), 음량(Amplitude), 주파수(frequency)로 니뉜다.
 → 음색은 소리의 맵시, 색깔, 고유함을 나타내는 것으로, 진동 형태에 따라 형성되는 파형, 스펙트럼과 관련이 있다.
       피아노, 고양이 등의 카테고리를 의미할 때도 있고, 그룹 내에서도 각각의 고유함, 성문(목소리 지문)을 의미하기도 한다.

 → 음량은 소리의 크기를 나타내며, 마루(압축)와 골(이완)의 차이가 클수록 큰 소리를, 작을수록 작은 소리를 나타낸다.
     즉, 음량은 진폭과 관련이 있다

 → 주파수는 소리의 높이를 나타낸다. 
       주파수는 1초 동안의 진동 횟수를 가리키고, 파형이 시작되어 반복하기 전까지의 주기와 역수 관계이다. 

 

- 음속은 1초 동안에 소리가 퍼져나가는 속도이다. 음속은 매질에 따라 달라지는데
  일반적으로 섭씨 15℃ 공기 중에서의 속도를 340m/s라고 한다. 그리고 이것을 음속의 단위인 '마하1'로 나타낸다.
  음속= 331.5+(0.6*기온) 이므로 1℃가 올라가면 60m씩 소리의 속도는 빨라진다. (즉, 온도가 높을수록 소리가 빨리 전달된다.)

 

- 위상(phase)은 파형에서 한 주기의 시작점을 기준으로 어느 한 지점을 각도로 나타낸 것이다. 

   주파수와 진폭이 같은 두 개의 파형이 동시에 시작했다면,
   두 파형이 같은 시간에 겹쳐져  각도 차는 동일한 동상(in phase)이 되어 진폭이 두 배로 커지고,

   두 음파가 다른 시간에 왕복운동을 시작하여 1/2파장 차이가 나면서 겹쳐지면 역상(out of phase)으로 소리가 소멸된다. 

 

- 생활 속에서 듣는 모든 음은 순음의 합으로 이루어진 복합음으로,

   복합음 중에서 진동수가 가장 적은 음을 기음(fundamental) 혹은 원음이라 하며,

   기음보다 높은 정수배의 진동수를 갖는 모든 음을 배음(harmonics)이라 한다. 

 

- 엔벨로프(envelope)는 발생된 소리가 시간에 따라 커지고, 유지되고, 사라지며 이 음의 피크와 음량의 변화를 뜻한다.
  음을 발생시키면 최대 레벨에 도달할 때까지를 A(attack), 최대에서 조금 줄어드는 구간을 D(Decay),
  레벨이 유지되는 구간을 S(sustain), 소리가 서서히 사라지는 구간을 R(Release)라고 한다.

  음향 효과 중 리버브는 Decay를 조정하게 되고, 악기 중 타악기는 엔벨로프를 조정할 수 없다. 

⊙소리의 강도

- 소리의 강도를 나타내는 단위는 dB이며, 소리의 크기에 따라 상대적인 비교값을 나타낸다. 
  *Bel로 나타내기엔 값이 너무 작아 소수를 사용해야 하므로 1/10인 deciBel을 사용한다.

- dB은 소리의 상대적인 세기를 나타낼 수 있지만 사람이 인식하는 소리의 크기를 절대적으로 나타내는 데에는 부적절하다. 따라서 사람이 인식하는 소리의 절대적인 크기는 음압레벨(SPL : Sound Pressure Level)을 사용한다.

 → 사람은 들을 수 있는 소리의 크기가 있고, 이를 가청음량(Human Hearing Range)은 0dBSPL ~ 120dBSPL이다.
  *20μPa=0dBSPL, 1Pa=1,000,000 μPa =94dBSPL

- 음압레벨은 파형의 피크와 골의 차이가 클수록 크고, 작을수록 작다. 당연하다. 파형의 진폭이 음량을 정하게 되니까.  

- 사람의 귀는 들을 때 음량도, 주파수도 왜곡되게 듣는다.(정비례 곡선이 아닌 커브곡선으로) 따라서 로그로 dB계산을 하게 되는데, 3dB를 키우면 소리가 2배 커지고, 4배 큰소리는 6dB올린 소리, 10배 큰소리는 10dB 올린소리이다.
- dB와 관련하여 82dB로 16시간동안 사람이 계속 노출되어있으면, 그 뒤로는 귀에 손상을 입어서 음악제작 환경은 82dB 내에서, 영화제작 환경은 85dB 수준에서 진행된다. 영화관도 85dB에 맞춰져 있다!
- 다이내믹 레인지(dynamic Range)는 소리를 입/출력할 수 있는 음향기기 또는 사람이 측정 가능한 최소음량~최대음량의 비율이다.
  * 마이크의 경우 이 다이내믹 레인지를 감도(sensitivity)로 표현한다.

 

 

 

⊙주파수

- 주파수가 높으면 음이 높게 느껴지고, 주파수가 낮으면 음이 낮게 느껴진다.

- 자연의 소리는 주파수는 무한하지만, 인간의 가청주파수는 20Hz~20kHz이다.

- 마이크, 스피커 등의 스펙으로 주파수의 범위는 Frequency Response로 표현한다.

- 위상 간섭(phase interfernce)으로 인해 주파수가 상쇄되기도 하는데, 진원이 다른 두 개의 파동이 어느 한 지점에서 같은 위상으로 중첩되었을 때 진폭이 커지는 것을 보강 간섭(constructive interference)이라고 하고, 진폭이 작아지는 것을 상쇄간섭(destructive interference)이라고 한다. 

- 맥놀이(beat) 현상은 비슷한 주파수의 소리가 시간 차로 인해 서로 만나서 하나의 소리로 합쳐지면서 진폭이 주기적으로 커졌다 작아졌다 하는 상호 간섭 현상이다. 

 

⊙음파 특성

- 회절(diffraction)은 음파가 장애물을 만나면 일부가 장애물 뒤로 돌아 전파되는 현상이다. 장애물의 길이보다 파장이 짧은 고주파는 장애물에 부딪혀 흡수/반사되고 파장이 긴 저주파 즉 저음은 회절을 일으킨다. 클럽 밖에서 저음 소리가 더 크게 들리는 현상이 회절로 인해서이다. 

- 굴절(refraction)은 다른 온도를 가진 공기층에 의해 소리의 방향이 바뀌는 현상이다. 따뜻한 공기에서 찬 공기 쪽으로 굴절한다.

- 반사(reflection)은 소리의 파동이 물체에 부딪혀 진행 방향이 바뀌는 현상이다. 볼록한 면의 반사는 음파가 확산되는 경향이 있고, 오목한 경우에는 소리가 모여서 초점이 발생한다.

- 공명(resonance)은 특정 공간이나 구조물에서 특정 주파수(=공명 주파수)의 소리 파동이 증폭되는 음향현상이다.

- 소리는 직접음(direct sound)와 간접음 즉 반사음이 있다. 따라서 같은 공연장이라도 자리에 따라 듣는 소리가 달라지게 된다. 
  반사는 공간의 크기로 인해 울림의 시간이 정해지고,
  마감재(재질)에 공기층이 얼마나 있냐에 따라 소리 흡수의 정도가 정해져 울림의 깊이가 정해진다.

 

⊙심리 음향

- 귀는  이소골이 고막의 움직임을 감지 귀는 단순히 센서로 소리를 감지하고 뇌가 소리를 인지한다. 우리의 귀 외이에서는 공명현상이 일어나서 약 10~15dB 소리를 증폭시킨다.

- 음량이 가장 작을 때 사람에게 가장 잘 들리는 주파수는 3400Hz이고, 사람이 일반적으로 잘 듣는 주파수는 중음 500~5000Hz이다.   

- 등청감곡선(equal loudness contour)은 인간은 이렇게 듣는다는 것이 나타나있다. (플레처-먼슨 커브) 기준으로 하는 1000Hz 순음의 음압 단위를 폰(Phon)이라고 한다. 따라서 60폰이라 함은 1kHz에서 60dB를 나타내는 선이 지나는 각 주파수 대역의 음압을 가리킨다.

  → 80dBSPL~90dBSPL 사이의 음압에서의 주파수 편차가 가장 작다.

  → 중음 범위에서 작은 소리도 잘 듣는 것을 알 수 있다.

  → 사실상  sub-bass 대역의 저음에는 민감하지 않기 때문에 저음은 몸으로 느끼는 것이다.