쉬운 음향

쉬운 음향

1-2 파형

Author
장 호준
Date
2023-10-02 05:08
Views
110
1.2
소리를 제대로 이해하는 것이 가장 중요한 출발점입니다. 소리를 에너지의 전달로 먼저 이해해봅니다. 앞서 말한 진동이라는 것 자체가 형태가 존재하지 않는 에너지의 변화량이기 때문입니다. 그래서 오랜 인류의 역사에 소리라는 자체가 무언가에 담기거나, 저장이 되거나, 멀리 전달되고, 또 변형되어 사용되기 시작한 것은 1800년대 후반부터 엄청난 천재들에 의해서 가능해진 것입니다. 글로, 음표로, 그림으로 소리가 가지는 의미가 전달되었었습니다. 원음이 아닌 형태로 그렇게 된 것입니다. 그러다 에디슨에 의해서 소리가 처음으로 녹음이 되고, 원하는 때에 마음대로 다시 재생할 수 있게 되었고, 그러다 요즘에 엄청난 기술로 소리가 데이터가 되고, 그렇게 원음을 재료로 사용하는 예술로 넘어가게 되었습니다. 연주자가 눈 앞에서 연주를 해야만 들을 수 있는 시대에서 그렇지 않더라도 언제든 원하는 음악을 자유롭게 스트리밍 해서 들을 수 있는 시대니까요.


음원은 소리의 출발점 또는 만들어내는 것을 의미합니다. 사람일 수도 있고, 악기나 물체일 수도 있습니다. 음원에서 발생한 일정 시간 동안 일정한 양의 변화를 가지는 진동(소리)이 공기 입자의 변화를 통해서 전달이 됩니다. 앞서 이야기한 내용이지만 조금 더 진도를 올려봅니다. 이 에너지의 변화가 마이크의 진동판을 진동하게 해서 전기의 변화를 만듭니다. 변화라는 부분이 중요합니다. 변화량이라 말할 수도 있습니다. 음원이 만들어 낸 소리가 전기의 변화량으로 바뀐 것이고, 그걸 신호라고 말하게 됩니다. 소리 신호(Audio Signal)의 형태로 소리가 바뀌고, 디지털로 가면서 데이터가 됩니다.

소리는 많은 주파수의 모음이라고 했습니다. 주파수를 가지는 기본 원리 가운데에는 전달 방법이 매체를 밀었다가 당겨지는 작용의 반복이 있습니다. 최대한 밀어내는 에너지로 소리가 전달이 되지만, 매질의 기본 탄성력의 성질로 다시 매질이 원위치로 가게 됩니다. 각각의 주파수는 음원이 달라도 각 주파수 자체는 당연히 동일한 에너지가 됩니다.

밀고 당기는 과정 가운데 만들어지는 교류의 특성을 지니고 그것을 사인파의 모습으로 이야기하게 되면서 자연스럽게 시간과 거리의 변화에 따라서 변화되는 양이 발생합니다. 이 부분을 위상이라고 합니다. 시간과 거리에 따라서 동일한 주파수의 에너지가 +와 -로 연속적으로 변하는 양의 값을 가진다는 이야기입니다. 문제는 이 동일한 주파수 양의 변화 중에 시간과 거리가 다른 동일한 주파수의 양이 더해질 경우에 위상차가 발생합니다.

앞에서 3kHz의 1주기가 11cm라고 했습니다. 그 절반인 5.5cm를 기준으로 한번은 매질을 밀면서 + 쪽 에너지가 되고, 한번은 당기면서 - 에너지가 됩니다. 두 채널에 앞서 말한 오실레이터를 연결해서 3kHz 사인파를 각각 재생하게 한 다음, 두 채널을 그대로 더하면 레벨이 증가합니다. 똑같은 에너지가 +의 위치건 -의 위치건 같이 더해지니까 증가하게 됩니다. 그런데, 하나의 채널을 반주기인 5.5cm에 해당하는 만큼 지연(Delay)를 해서 두 채널을 더하면(팬은 가운데로) 소리는 사라지게 됩니다. 소멸(Cancel)되었다고 말하게 됩니다. 위상차는 이렇게 시간(거리)에 따라서 파형이 기본적으로 지니는 위상의 각도가 다른 둘 이상의 신호가 더해질 경우에 발생하는 현상입니다.

하나의 음원에 둘 이상의 마이크를 설치할 경우, 스피커를 둘 이상 같은 위치에 옆 또는 위에 세워서 설치할 경우 고려해야하는 부분이 위상차입니다. 이 부분은 주로 파장의 주기가 짧은 고음부에서 많이 발생하게 됩니다. 콤필터링(Comb Filtering)효과가 대표적인 예입니다.


아주 많은 주파수의 모음이 소리를 만든다고 했습니다. 실제로 입력된 소리를 반대로 각각 주파수 별로의 양으로 분해해서 어떤 주파수가 얼마만큼의 양으로 포함되어 있는지를 요즘은 휴대폰 앱으로도 확인할 수 있습니다. 오디오 아날라이저(Audio Analyzer)로 앱 스토어에서 검색하시면 다양한 앱이 나옵니다. 퓨리에 변환(Fourier transform)이라는 수학적 공식에 의해서 만들어지는 이 그래프를 통해서 시간마다 변하는 각 주파수별로의 양의 변화를 볼 수 있습니다. 이 이야기는 거꾸로 1초를 기준으로 할때 주파수마다 정해진 주기를 가지는 아주 많은 주파수들이 더해져서 만들어진 복합파형의 모습으로 소리를 이해할 수 있습니다.

예를 들어서 초당 100번의 주기를 가지는 것에 101번,,,, 엄청나게 많은 주파수들이 추가되어서 기본 1초간의 복잡하게 기준점 0을 중심으로 + 와 -를 오고가는 복잡한 소리 에너지 운동이 만들어져 있다는 것이고, 이게 실제 음원이 소리를 만들어내는 과정으로 이해하면 됩니다. 실제 스피커에 손을 대어보면 앞뒤로 움직이면서 소리를 만들어 내는데, 이 작업이 이 복잡한 파형의 모습을 그대로 + 와 - 인 앞뒤로 움직이면서 공기에 소리 에너지를 전달합니다.

© Copyright 2023 장호준
무단 전제는 금합니다.
%d bloggers like this: