소리의 성질 (nature of sound) : 네이처 어브 사운드
소리는 진동으로 인해 발생하는 파동입니다. 이러한 파동은 주기적으로 일어나며, 파동의 주기는 소리의 높낮이를 결정합니다. 또한, 소리의 세기는 파동의 진폭에 비례합니다.
소리는 공기 중을 전파하며, 공기 분자들이 소리의 파동에 따라 압축과 팽창을 반복하면서 전달됩니다. 이러한 압축과 팽창은 소리의 진폭과 밀접한 관련이 있습니다.
소리는 또한 음파의 형태로 존재하며, 이러한 음파는 공기 중을 통해 전파되어 우리 귀에 도달합니다. 우리는 이러한 음파를 인식하여 소리를 듣게 됩니다.
소리의 높낮이는 주파수로 측정되며, 이를 통해 음계와 음색을 구분할 수 있습니다. 높은 주파수는 높은 음계를, 낮은 주파수는 낮은 음계를 나타냅니다. 또한, 주파수의 차이에 따라 음색이 달라지게 됩니다.
소리는 공기나 고체를 통해 전파되는 파동의 형태로, 공간에서 발생한 소리는 주변의 물체에 부딪혀 반사, 굴절, 흡수 등의 과정을 겪게 됩니다.
이러한 소리의 성질을 이해하고 활용하는 것은 사운드 엔지니어에게 매우 중요한 역할을 합니다.
소리의 굴절 (refraction of sound) : 러프랙션 어브 사운드
앞서 배운 것처럼, 소리의 전달은 공기의 밀도와 관련이 있어요. 공기 밀도가 다른 공간에서는 이 차이로 인해 소리가 전달 방향이나 속도가 바뀔 수 있어요. 이것을 소리의 굴절(屈折Refraction)이라고 하는데요. 공기 밀도의 차이는 앞서 배운 온도 차이 때문에 발생한다고 했죠. 수중에서 잠수함들이 해수의 수온차를 활용해서 적의 소나(Sonar)를 피한다고 합니다. 이것은 수온차로 인해 소리가 굴절되어 실제 위치와 소나에 의해 추적된 위치가 다르기 때문이에요. 고체나 액체와 같은 다른 매체를 통과할 때도 밀도에 의한 굴절 현상이 발생하며, 밤에 소리가 더 잘 들리는 이유도 굴절 때문입니다!
소리의 회절 (diffraction of sound) : 디프랙션 어브 사운드
들어온 거실의 좁은 문틈으로 빛이 들어와도, 방안의 불이 꺼져 있어도 빛이 반사되어 반짝이는 현상이 있는데요. 이것은 빛이 회절(回折difaction) 현상을 일으킨 결과입니다. 소리도 마찬가지로 좁은 틈을 통해 들어오면, 원래 소리와 비슷한 각도로 퍼져나가게 됩니다. 위 그림은 육지와 떨어진 섬 사이로 파도가 전달되는 모습을 보여줍니다. 파도는 반원 모양으로 각 방향으로 퍼져나가죠. 이 원리는 방음 시설을 설치할 때 매우 중요한 요소의 하나로 작용 합니다. 벽에 조그마한 틈이라도 있다면, 소리는 반드시 반대쪽으로 퍼져나가게 되는데, 이것이 바로 회절이라는 성질입니다. 회절은 반사와 헷갈릴 수 있는 개념이지만, 위 그림에서 볼 수 있듯이 반사로 일어나는 소리와 회절로 일어나는 소리는 다르다는 것을 기억해주세요
소리의 반사(Reflection of sound) : 리플렉션 어브 사운드
반사는 소리가 물체에 부딪혀 되돌아와 반사되는 현상을 말합니다. 반사된 소리는 원래 소리와는 다른 특징을 가지게 됩니다.
예를 들어, 방 안에서 소리가 발생하면 벽이나 천장 등의 표면에 부딪혀 반사되면서 방 안에서 여러 번 반사되어 울리는 현상이 발생합니다. 이를 반사음이라고 하는데, 반사음은 원 음의 크기나 높낮이, 파동의 형태 등이 변형되어 들리게 됩니다. 또한, 반사되는 소리의 세기나 주파수는 물체의 재질, 소리의 발생 위치나 각도 등에 따라 다르게 나타납니다.
벽에 부딪힌 소리는 반사(Reflection)됩니다. 위 그림과 같이 입사각, 반사각(incident angle, reflection angle) 이 존재하게 되는데, 벽을 향하는 소리와 벽과의 각도가 입사각이고, 반사된 소리와 벽과의 각도가 반사각입니다. 입사각과 반사각은 같지만, 입사되는 소리와 반사되는 소리는 벽의 재질과 소리의 주파수에 따라 많이 다릅니다. 벽의 재질은 벽이 흡수하는 소리가 있기 때문입니다. 이 흡수를 이용한 흡음재가 만들어지고 쓰입니다. 파장의 길이가 갈수록 벽을 통과할 가능성이 많아 고음일수록 반사율이 높아집니다.
소리의 흡음률(sound absorption rate) : 사운드 어브조어프션 레이트
소리의 흡음률은, 소리가 물체에 충돌하여 흡수되는 정도를 나타내는 값입니다. 높은 흡음률을 가진 재질일수록, 소리를 잘 흡수하여 반사되는 소리의 양을 줄일 수 있습니다. 흡음재로는 유리섬유, 약산성 섬유, 폴리우레탄, 폴리에스테르 등이 사용됩니다. 흡음재의 두께와 밀도 등도 흡음률에 영향을 미치므로, 설계 및 조절 시 이러한 요소들을 고려하여 적절한 흡음재를 선택하시면 됩니다.
흡음률이라는 단어는, 흡음의 정도를 의미합니다. 흡음률이 1이라는 것은, 소리가 그냥 통과 또는 전부 다 흡수했다는 것을 의미합니다. 즉, 반사율이 0이고 투과율이 100퍼센트라는 이야기이죠. 물론, 실제 사용되고 있는 재료 중에서는, 특정 주파수의 흡음률이 1에 가까운, 또는 1이 넘는 제품도 있습니다. 그러나 전 주파 대역 대의 흡음률이 1인 제품은 아직 가능하지 않은 것으로 알려져 있습니다. 흡음률이 1이라는 이야기는, 그냥 아무것도 없이 소리가 지나간다는 이야기와 같기 때문이죠. 흡음률이 1을 넘기는 것은, 표면의 요철로 인해서 표면적이 실제 크기보다 더 큰 경우에 나타난다는 것을 알아두세요.
소리의 확산(Sound Diffusion) : 사운드 디퓨전
소리의 확산(擴散diffusion)은, 공간에서 발생한 소리가 특정한 방향으로 집중되지 않고, 공간 전체로 균일하게 분포되어 들리는 현상을 말합니다. 소리의 확산은 공간의 형태와 크기, 재질 등에 영향을 받으며, 공간에서 소리가 확산되는 정도는 소리의 주파수와 세기에 따라 다릅니다. 또한, 소리 확산을 통해 좋은 음향 환경을 조성할 수 있으며, 이를 위해 음향 설계 및 조절에 활용됩니다.
소리의 확산을 증가시키기 위해서는, 공간의 형태와 크기, 재질 등을 적절히 조절해야 합니다. 예를 들어, 공간의 모서리나 긴 벽면을 둥글게 만들거나, 공간 내에 흡음재를 추가하여 반사되는 소리를 줄일 수 있습니다. 또한, 소리를 발생시키는 위치와 방향을 조절하거나, 스피커의 위치와 방향을 조절하여 소리를 공간 전체로 확산시킬 수 있습니다.
소리의 확산을 통해 좋은 음향 환경을 조성하기 위해서는, 공간의 형태와 크기, 재질 등을 고려한 음향 설계가 필요합니다. 이를 위해 음향 전문가가 공간 내의 음향 특성을 분석하고, 적절한 음향 설계 및 조절을 수행합니다. 또한, 공간 내에서 발생하는 소리의 세기를 측정하고, 이를 토대로 소음 대책을 수립할 수도 있습니다.
소리의 확산은, 음향 설계 및 조절에 있어서 중요한 개념 중 하나입니다. 공간의 형태와 크기, 재질 등을 고려하여 소리를 균일하게 분포시키는 것은, 좋은 음향 환경을 조성하는 데 매우 중요합니다.
소리의 확산(diffusion)은 실제 공간의 설계와 이용에 많이 사용하는 특성 중 하나입니다. 이는 음원에서 직접 발생하는 1차 소리를 제외한 반사되는 모든 소리를 언급합니다. 쉽게 말하면, 벽의 각이 많아지면 (즉, 소리가 부딪힐 수 있는 벽의 표면적이 커지면) 반사음이 더 많아지며, 이러한 반사음들은 서로 간섭하고 소멸합니다.
이러한 간섭은 공간 내에서 소리의 에너지를 균등하게 해주는 역할도 합니다. 직육면체의 창고와 콘서트 홀 같은 공간의 차이점을 생각해 보면 쉽게 이해할 수 있습니다. 오른쪽 그림은 대표적인 미국 RPG사의 확산재 제품입니다. 왼쪽 두 그림은 대부분 벽면과 같이 평평한 벽면에 부딪히고 반사되는 파형의 모습입니다. 반사되기 전의 100%에 가까운 파형이 그대로 반사되는 것을 볼 수 있습니다. 이렇게 반사된 100%에 가까운 파형은 그 다음에 발생하는 직접음을 방해하는 요소가 됩니다. 아래쪽은 확산에 의해 설계된 벽면에 같은 파형이 부딪치고 반사되는 모습입니다. 들어오는 파형이 상당히 조각난 상태로 반사되는 것을 볼 수 있습니다. 이렇게 설계하면 공간 내에서 반사음이 다른 시간차를 가지며 반사/소멸하므로, 그 다음에 전달되는 직접음을 방해할 에너지가 적어집니다. 따라서 가능한 한 최대한 오른쪽 벽면과 같이 반사음의 에너지를 나눠내어 만드는 것이 더 자연스러운 음향적 공간(Acoustics) 환경을 만들 수 있습니다.
확산이 많다는 이야기는, 전달되는 소리의 각도가 많이 만들어진다는 이야기인데, 흡음률을 높이면 울림을 줄일 수 있어요. 이 방법은 건축공간을 설계할 때 많이 사용됩니다. 그런데 문제는 건물에 공진되는 특정 주파수가 존재한다는 것이에요. 하지만 이 확산을 통해서 특정 주파수의 공명을 막을 수 있답니다. 저음역대역의 경우는 확산으로 해결하기 어려우니, 베이스 트랩(Bass trap)과 같은 저음 제거용 장치를 사용해야 합니다. 자세한 내용은 공간음향 파트 에서 다루도록 하겠습니다!
요약
개념 설명
| 소리의 굴절 | 소리가 한 매질에서 다른 매질로 옮겨갈 때, 속도와 파장 길이가 바뀌어 소리의 진행 방향이 바뀌는 현상 |
| 소리의 회절 | 소리가 장애물을 만나서 흩어지는 현상 |
| 소리의 반사 | 소리가 표면에 닿아 튕겨져 돌아오는 현상 |
| 소리의 흡음률 | 소리가 흡수되는 정도를 나타내는 값 |
| 소리의 확산 | 소리가 특정한 방향으로 집중되지 않고, 공간 전체로 균일하게 분포되어 들리는 현상 |
개념 설명
| 베이스 트랩(Bass Trap) | 저음 주파수를 제거하기 위한 음향 장비로, 공간 내에서 저음 주파수를 흡수하는 재질을 사용하여 구현됩니다. 특히 넓은 공간에서는 공명 현상이 발생하여 음질을 악화시키는 경우가 많습니다. 대표적인 베이스 트랩의 종류로는 Helmholtz Resonator와 Membrane Bass Trap 등이 있습니다. |
참고서적 : 음향시스템 핸드북 - (장호준)
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