[카드뉴스] 악기가 소리를 내는 원리, 알고나면 더 신기해

[시선뉴스 조재휘 / 디자인 김미양] 곡을 연주하는데 쓰이는 악기. 구조와 연주 방법에 따라 현악기, 관악기, 타악기, 건반 악기 등으로 나뉘게 되는데 공기를 불어 넣거나 줄을 튕기기만 하는데도 소리가 난다. 어떤 원리로 소리가 나게 되는 것인지 한 번 알아보자.

관악기는 관 안에 있는 공기가 진동하면서 소리가 나기에 연주자는 공기가 진동하도록 만들어야 한다. 음료수 병의 입구를 불어 소리를 내본 적이 있을 것이다. 바람을 불면 공기의 일부가 병 안으로 들어가게 되는데 증가한 공기의 압력이 병 바닥에 의해 반사되어 병 입구로 돌아온다.이 과정이 되풀이되면 병의 깊이에 따라 달라지는 진동수의 소리를 내게 된다. 공기를 불어 넣는 에너지가 병 안의 공기의 진동 에너지로 바뀐 것이다.

관악기에서 음높이는 시간당 공기가 진동하는 수인 주파수에 의해서 결정된다. 파장이 길면 주파수가 작아 낮은음이 되고 파장이 짧으면 주파수가 커져 높은음이 되는 것이다. 기본적으로 관악기의 음높이는 관의 길이에 의해 결정된다. 관악기는 관 속의 공기를 진동시켜 소리를 내는데 관이 길면 그 파장이 길고 관이 짧으면 파장도 짧아진다. 그 때문에 긴 관은 낮은 소리를 내고 짧은 관은 높은 소리를 낸다.

플루트 같은 경우 연주자가 구멍으로 공기를 불어 넣을 때 공기 마찰에 의해 발생하는 소리가 악기 관을 통해 변형된다. 즉, 공기의 파장이 소리로 변환되어 들리는 것이다. 연주자가 세게 바람을 불면서 입술의 위치를 바꾸면 한 옥타브 또는 두 옥타브 위의 음을 연주할 수 있다. 기본 진동수가 두 배 또는 네 배 증가하게 된다.

색소폰이나 클라리넷은 리드라고 부르는 얇은 나뭇조각이 진동을 만들어낸다. 연주자는 리드 사이에 있는 좁은 틈과 마우스피스를 통해 공기를 불어 넣는다. 공기의 펄스가 악기 끝에서 반사되어 리드로 돌아와 리드를 밀어서 열리게 한 다음 공기 펄스가 들어오도록 한다.

나팔, 트럼펫, 트롬본 등의 다른 금관 악기는 연주자의 입술이 진동을 만들어낸다. 입술이 밸브와 같은 역할을 하여 공기의 펄스를 악기 안으로 불어넣고 이것이 관 안의 공기 진동을 만든다.

현악기는 현을 발음체로 하는 모든 악기로 공명통 또는 공명판을 가지고 고른음을 내는데 현의 진동으로 소리가 난다. 바이올린, 비올라, 첼로 등 활로 문질러 소리를 내는 방식이 있고 하프,기타 등 손가락으로 뚱기어 소리를 내는 방식이 있다.

기타의 경우 줄을 튕기면 줄이 진동한다. 이때 줄은 그 자체의 물리적 특성에 의해 결정되는 진동수에 따라 진동하게 되는데 이를 고유 진동이라고 한다. 이러한 고유 진동은 주위의 공기도 강제로 진동하게 하고 이 공기의 강제 진동이 이동하여 우리의 귀에서 소리로 인지되는 것이다.

바이올린의 경우 활로 문질러 연주하는데, 송진가루를 묻힌 활과 현 사이의 마찰력과 변위된 현의 복원력이 실을 반복 진동시키고 소리를 발생시킨다.

현악기의 특징은 일반적으로 소리를 증폭시키는 통이 있다는 점이다. 일반 현으로만 딱딱한 물체에 줄을 연결해서 음악적으로 쓸 수 있는 큰 소리를 얻기는 힘들다. 그래서 음을 증폭시킬 수 있는 통에 양쪽으로 줄을 매어 통을 매개체로 큰 소리를 얻게 되는 것이다.

건반악기는 건반을 두드려서 소리를 내는 악기군으로 피아노처럼 현을 때리는 방법, 오르간처럼 관에 공기를 불어 넣는 방법 등이 있다. 피아노는 강하게 매어진 줄을 건반에 연결된 망치로 쳐서 소리를 내는데, 건반을 누르고 있는 동안 줄이 울리고 건반에서 손을 떼면 진동차단장치가 내려와 소리를 멈추게 한다. 그리고 오르간은 페달을 밟아 나오는 바람이 관으로 들어가 소리를 내는 방식으로 특색은 관악기와 비슷하다.

이렇게 악기들이 종류마다 소리가 나는 각기 다른 물리적 특성을 가지고 있음을 알 수 있었다.이런 원리들을 떠올리면서 음악을 감상하면 더욱 즐거운 시간이 될 수 있을 것이다.