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책 제목: 악기 구조 교과서 / 작가: 야나기다 마스조 외 / 분야: 물리학, 융합과학 / 나는 평소 음악과 과학을 굉장히 좋아하는데, 책을 고르기 위해 둘러보던 중, 이 책이 눈에 띄었다. 음악과 과학을 접목시킨 데다 가끔씩 궁금하던 악기의 원리를 다뤄 바로 구매하게 되었다. 이 책에는 악기인 만큼 소리와 관련된 과학 원리들이 많은데, 예외적으로 전자음악 부분도 있어 그 부분에서는 정보과학에 대한 내용도 있다. 내가 모르던 악기까지 설명되어 굉장히 재밌게 읽었다. 이 책은 크게 다섯가지로 나뉘는데, 공기를 진동시키는 기명악기, 줄을 진동시키는 현명악기, 악기에 있는 막을 진동시키는 막명악기, 악기 자체가 진동하는 체명악기, 전기로 소리를 내는 전명악기가 있다. 첫 번째는 기명악기이다. 이 부분에서는 주로 공명 현상을 다룬다. 공명이란 특정 음높이에서 소리의 세기가 갑자기 세지는 현상을 말한다. 주로 관악기에 많이 쓰이며 관악기뿐만 아니라 성당의 거대한 파이프 오르간도 바람을 팬으로 불어넣어 공기를 진동시켜 소리를 내는 것이었다. 이에 관한 실험이 있는데, 한쪽만 뚫린 관(폐관)과 양쪽 모두 뚫린 관(개관) 안에 각각 마이크를 넣어 소리를 내면서 음높이를 올리면 공명이 발생하고 공명이 발생하는 부분의 주파수의 비율은 개관에서 정수비, 폐관에서 홀수비를 이룬다. 공기가 진동하는 관 안은 공기가 진동하는곳인 배와 진동하지 않는곳인 마디로 나뉜다. 배는 관의 양쪽 끝에 위치하며 배는 그 가운데에 있다. 그리고 여기서 공명 모드가 나오는데, 주파수가 제일 낮은 모드가 제1공명 모드이다. 제1공명 모드는 마디가 하나이며, 공명 모드가 바뀔 때마다 배와 마디의 개수가 달라진다. 개관은 모든 종류의 공명 모드가 가능한 반면, 폐관은 한쪽이 막혀 막힌 쪽은 공기가 움직일 수 없기 때문에 짝수차 공명 모드가 없다. 나에게는 이 부분이 제일 흥미로웠다. 내가 초등학생때 했던 악기도 관악기였고, 다른 악기와 달리 관악기는 원리도 악기마다 다양하며, 구조와 원리도 추측하기 어려워 더 궁금했기 때문이다. 그런데 공명 모드가 생기는 조건에 대한 내용이 부족해 검색해가면서 읽었지만 그마저도 잘 나오지 않아 이 부분은 개인적으로 아쉬웠다. 두 번째는 현명악기인데, 활로 키는 찰현악기와 줄을 뜯거나 치는 발현악기, 피아노처럼 현을 때리는 타현악기로 나뉘지만 원리는 모두 비슷하다. 기본적으로 줄을 진동시키면 그 진동이 악기의 소리가 울리는 사운드홀이라는 부분에 전달되어 진동이 증폭돼 소리가 커진다. 찰현악기는 진동 모드에 따라 악기 몸통에서 진동하는 부분이 달라졌다. 그리고 찰현악기 특성상 음 지속이 불가능한데 줄의 진동 형태도 진동 후 시간이 지날수록 변해갔다. 피아노는 망치가 줄을 쳐 소리를 내는데, 피아노 소리의 특징 중 하나인 인하모니시티가 생긴다. 이는 피아노 음의 주파수 스펙트럼 높은 수파수가 기본 주파수의 정수배보다 높은 쪽으로 벗어나 있는 것을 말한다. 이 현상은 피아노의 현이 휘어 변형하려는 힘에 대응하는 과정에서 발생한다. 그 다음 세번째 악기군은 막명악기이다. 팀파니, 베이스 드럼 같은 타악기들이 있으며 소리가 나는 원리는 막을 치면 막의 장력으로 인해 원래대로 돌아가려는 복원력이 발생한다. 이 진동이 공기에 전해지면서 소리가 나게 된다. 막명악기에도 진동의 형태인 진동 모드가 있는데 각 진동 모드는 고유의 주파수로 진동하며 거기에 맞는 음을 낸다. 막명악기의 진동모드는 같은 주파수의 진동모드끼리 겹쳐서 나타나 음이 겹치면서 음색이 만들어진다. 이는 막의 어디를 치느냐에 따라 달라진다. 즉, 음색이 치는 위치에 따라 달라지는 것이다. 막명악기 중 일부는 음높이음 바꾸는 것이 가능한데 막의 장력을 조절하는 것이다. 막명악기는 막의 수로도 나눌 수 있다. 보통 한 개의 막이 있는 악기와 두개의 막이 있는 악기로 나뉜다. 한 개의 막이 있는 악기는 앞에 설명한대로 공기의 진동으로 소리가 발생되지만 막이 두개인 악기는 공기의 진동과 더불어 반대쪽에 있는 막도 같이 진동한다. 그래서 두 막의 장력 균형이 잘 맞아야 한다. 원래 내가 알던 것은 현명악기와 비슷한 원리일 줄 알았는데 악기 사운드홀의 진동보다 공기의 진동이 더 큰 진동을 만들어내는 것이었다. 그 다음 악기는 체명악기인데, 심벌즈, 실로폰처럼 악기 자체의 진동이 대부분인 악기들이다. 이 악기들도 복원력과 재료의 탄성으로 인해 소리가 결정된다. 그리고 마림바, 비브라폰처럼 채로 치는 체명악기는 아래 공명관이 있어 소리를 증폭시켜준다. 그런데, 음이 있어야 하는 체명악기가 아니라면 막대 모양의 체명악기가 있을 때, 진동 모드마다 주파수 비가 정수비여야 하는데 정수비가 아니기 때문에 음감이 없다. 음이 있어야 하는 체명악기는 두께를 바꿔 주파수 비가 정수비가 되도록 만든다. 간단해 보이는 체명악기들에도 생각보다 세심한 원리가 숨어있었다는 걸 알았다. 전명악기 부분에는 신디사이저라고 하는 전자 건반악기가 나오는데, 이에 대한 역사가 생각보다 깊었다. 그리고 일렉트릭 기타의 원리도 등장하는데, 자석의 자기장에 현의 진동이 영향을 미쳐 그 진동을 증폭시켜 내보내는것이라고 한다. 이 외에도 컴퓨터에서의 음 합성과 기타 전자 음향기기에 대한 내용도 있다. 이는 현재 음악의 아주 큰 부분을 차지한다. 나도 현재에서 음악을 하고 있으므로 나에게 유용한 정보가 아닐 수 없다. 이렇게 해서 책의 내용은 어느정도 끝나게 된다. 책의 분량이 그리 많지 않아 유명한 악기들만 다룰 것이라 예상했지만, 내가 모르던 악기들과 그 원리들도 아주 잘 나와 있어 매우 알찬 구성이라는 생각이 들었다. 나처럼 음악과 과학을 좋아하는 사람이라면 누구나 부담없이 읽을 수 있는 책인 것 같다. 그런데 위 공명 실험에서 종이로 된 포스터 보관용 관을 사용했는데 관악기를 비롯한 기명악기는 대부분 금속이나 나무 관을 사용한다. 이는 진동에 영향을 미치지 않는 것일까? 그 차이가 눈에 띌 정도는 아니지만 조금의 차이가 있을거라는 추측을 하고 있다. 오케스트라를 그만둔지 꽤 되었는데 다양한 악기를 보다 보니 다시 시작하고싶다는 생각이 들었다. 다른 악기를 해보고 싶다는 생각이 들던 참이었는데 오케스트라 악기 중 하나를 다시 배워볼까 진지하게 고민해보겠다. |
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악기 구조 교과서는 악기의 구조는 어떻게 되어있는지, 저 악기의 구조에서 연주자가 바람을 불어넣고 혹은 어떻게 현을 뜯느냐에 따라 저런 소리가 나는건지 그 매커니즘이 궁금해서 구매하게된 책입니다. 설명이 굉장히 자세합니다. 그렇다고 또 줄글로만 되어있어서 딱딱하지 않고 실제사진이라던가 단순화한 그림들이 풍부해서 설명을 이해하기가 쉬웠습니다. |