[2기 수원 이동욱] 소리의 이해 (2/2)

< 소리의 이해 2 >

안녕하세요 수원멤버십에서 활동중인  21-1기 이동욱입니다.

저는 저번 달 포스팅에 이어서 사운드를 주제로 계속 이야기를 해볼까 합니다.

1부는 아래에 링크해두었습니다.

소리의 이해 1 보기

이번에는 소리의 주파수와 음색에 관해서 이야기해보겠습니다.

1. 주파수와 12음계

아래에는 여러분들도 익숙한 피아노 건반인데요. 

1부에서 말씀드렸듯이 소리의 주파수에 따라 음의 높낮이가 결정됩니다.

주파수가 높아질 수록 고음, 즉 피아노의 오른쪽 부분이 되겠지요.

위 그림과 같이 서양음악에서는 한 옥타브내의 음계를 12개로 나누어 표현합니다. 12음계라고 합니다.

절대음감을 가진 사람이 아니더라도, '도' 만 알려주면 "도,레,미,파,솔,라,시,도~" 하고 온음계를 노래할 수 있는데요.

이 때 '낮은 도'와 '높은 도'가 한 옥타브 차이가 나지만, 같은 음이라는 것을 누구나 느낄 수 있습니다.

높은 도와 낮은 도는 분명히 다른 음계인데도, 어떻게 '같다'고 생각들 정도로 두 음이 잘 어울리는 것일까요?

이는 높은 도의 주파수가 낮은 도의 주파수의 정확히 2배이기 때문입니다. 

(물론 2옥타브 차이가 나는 음인 경우엔 주파수가 4배가 되겠지요. 높은 레와 낮은 레 등도 마찬가지 입니다.)

이렇게 주파수가 2배, 4배와 같이 정수배가 되는 경우에는 두 음이 공명이 뚜렷하게 나타날 수 있게 됩니다. 이러한 것을 화음이라고 합니다.

예를들어 440Hz의 음과 880Hz의 음이 동시에 연주되면, 두 파장이 합쳐진 뒤에도 여전히 880Hz의 일정한 음파가 형성되고, 사람이 들었을 때 잘 어울리는 음으로 느끼게 되는 것입니다. 

사실 더 복잡한 화음도 같은 원리입니다. 두 음의 주파수비가 간단한 정수비(예를들면 1:3, 2:3)를 가진다면 합쳐졌을 때 잘 어울리는 소리가 나는 것입니다.

자 그렇다면 여기서 문제! 위 건반 그림에서 C(도) 는 바로 왼쪽에 있는 B(시) 의 몇배 주파수를 갖게 될까요?

12음계는 한 옥타브를 12등분의 일정한 간격으로 나눈 것입니다. (당연히 검정건반도 포함입니다)

따라서 모든 음정들의 주파수가 등비수열을 이루게 되고, 이웃한 음정은 2^(1/12) 배가 됩니다. 

이러한 화성학적 성질들을 알고있으면 음악에 관련된 어플리케이션을 개발할 때 유용하게 사용됩니다.

2. 소리의 음색 : 주파수 스펙트럼 분석

4옥타브 A 음 (A4 라고 표현합니다.) 의 주파수는 440Hz 입니다. 이는 다장조에서 "라"에 해당하는 음이지요.

그런데, 같은 "라" 인데도 피아노, 기타, 바이올린 등 악기에 따라서 소리가 전혀 다른 것을 느낄 수 있습니다.

바로 악기들의 음색이 모두 다르기 때문인데요.

이 음색은 어떻게 결정되는 것일까요?

예상하신 분도 있겠지만, 같은 주파수를 가진다고 할지라도 파형에 따라 음색이 달라질 수 있습니다.

즉 소리의 "주파수" 가 같다고 하더라도, 파장의 모양에 따라 음색이 바뀌는 것이지요.

이러한 특징은 소리의 주파수 스펙트럼을 분석하면 잘 관찰할 수 있습니다.

위 그림은 플루트와 바이올린의 A4 음정을 주파수 스펙트럼으로 나타낸 것입니다.

맨 왼쪽에 가장먼서 솟아 오르는 부분이 바로 A4에 해당하는 440Hz 구간입니다.

그 다음부터도 솟아오르는 구간이 많이 있는 것을 보실 수 있는데, 이 들을 '배음'이라고 합니다.

즉 880Hz, 1320Hz, 등 연주하는 음의 배음들이 함께 나타나게 되지만, 전체적으로 보았을 때는 440Hz가 되는 것이죠. 배음이 아닌 구간이 솟아 오른다면, 어색한 소리가 나게 됩니다.

소리의 음색은 이 배음들에 의해 크게 좌우됩니다. 어느 배음이 강한지에 따라 파장의 모양이 달라지는 것입니다. 

물론 나머지 구간(잡음)도 음색을 결정하는데 빼놓을 수 없는 부분입니다.

이러한 분석은 소프트웨어 가상악기를 만들거나 소리를 변조할 때 유용하게 사용됩니다.

3. 소리의 변화 : 레벨 엔벨로프 분석

소리의 특징을 결정하는 데는, 주파수, 배음외에도 중요한 것이 남았습니다.

바로 소리의 변화과정입니다.

여러가지 악기나 소리는 파장의 모양에 따라 음색이 결정된다고 말씀드렸지만, 파장의 모양이 처음부터 끝까지 똑같은 소리는 거의 없습니다. (컴퓨터로 만들어내는 소리 외에는 전혀 없다고 말씀드릴 수 있습니다.)

즉 소리가 시작되는 시점부터 끝나는 시점까지의 변화가 있기마련인데, 이러한 특징도 악기의 음색을 결정하는 중요한 요소입니다.

소리의 변화를 분석하기 위해서는 보통 진폭의 변화를 관찰합니다.

위 그림은 진폭의 변화를 대략적으로 나타낸 그림입니다.

4가지 구간으로 나누는데요, attack 은 소리가 처음 시작하는 구간이며, sustain은 악기 본연의 음색이 울리는 구간입니다. decay는 attack과 sustain을 잇는 구간이고, release는 소리가 사라지는 구간입니다.

기타줄을 하나 튕긴다고 가정하겠습니다.

그러면 기타줄을 튕기는 그 순간, 피크와 기타줄이 마찰하는소리 등이 attack 구간이 되겠습니다. 기타의 소리를 결정하는데 빼놓을 수 없는 구간이라고 하겠습니다. 보통 이 구간에서는 일정한 주파수가 없는 잡음이 많이 포함됩니다.

그리고 이 소리는 decay 구간을 거치면서 안정된 sustain 구간으로 진입합니다. sustain 구간 에서는 E 등과 같은 일정한 음정을 만들어 냅니다. 시간이 지나면서 소리는 약해지고 사라집니다.(release)

그래프는 항상 위와같지 않을 수 있습니다. 드럼의 경우는 sustain 구간이 없기도 합니다. 하지만 일정한 음정을 갖는 소리나 악기는 sustain 구간이 존재합니다.

만약 여러분이 컴퓨터로 어떤 악기의 음정을 알아내고자 한다면, sustain 구간의 소리를 분석해야겠지요.

4. 마치며

지난 달 포스팅에 이어 이번에는 소리의 주파수와 음색, 변화에 관해 알아보았습니다.

많은 양의 내용은 아니었지만, 조금이나마 도움이 되었다면 하는 바램입니다.

이상 "소리의 이해"에 관한 포스팅은 이것으로 마치겠습니다.

감사합니다~