공명 파이프오르간

 

 

 

 바닷가에서 소라껍질을 주워 귀에 대어보면 "쏴아쏴아" 하는 바다소리 비슷한 것이 들리는데 그 이유는 무엇일까? 집에서 마시고 남은 음료수병을 귀에 대어 보자. 어떠할까? 똑같은 소리가 들린다. 그렇지만 들리는 음의 높이에 차이가 있다. 양손으로 귀를 감싸고 들어보자. 모두 같지 않은가? 이 자료는 소음 속에서 특정한 주파수의 소리만 공명으로 추출하여 들을 수 있는 Demo 자료이다. 아름다운 선율을 들려주는 파이프 오르간은 공명현상을 이용한 것으로 각 음계에 맞는 고유진동수를 가진 파이프 속에서 기주의 진동으로 음악을 연주한다. 관의 길이를 적당히 조절하면 소음 속에서도 그 관의 고유진동수에 해당하는 특정 음만 공명에 의해서 선별해낼 수 있다.

음	진동수Hz	길이cm
C4	261.63	66.0
D4	293.66	58.5
E4	329.62	52.0
F4	349.22	49.5
G4	392.00	44.0
A4	440.00	39.0
B3	493.88	35.0
C5	523.26	33.0

목  적 : 이 간단한 장치를 통해서 공명에 대한 이해를 깊게 하고, 여러 관악기의 원리도 알 수 있다.

 

준비물 : 지관(PVC파이프), 나무막대 4개.

 

제작방법

① 사진관, 지물포 등에서 사용하는 지관(紙管)이나 PVC파이프를 오른쪽 표에 있는 길이대로 자른다. 길이를 정수배 하여 다르게 해도 된다.

② 지관을 그림과 같이 길이 순서대로 일렬로 배치하고 지지대를 붙여 고정한다.

③ 귀를 긴 관에서부터 짧은 관의 순서대로 옮기면서 음을 들으면, 소리는 어떻게 들리나?

 

결  과

긴 관은 낮은음, 짧은 관은 높은음이 들린다. 소음 속에서 관의 고유진동수와 공명하는 소리만 추출해서 음을 들을 수 있다.

 

원  리

 우리주위의 공간에는 항상 소음이 있다. 이 소음 속에는 여러 가지 진동수의 소리가 섞여있다. 이런 소음 중에서 지관의 고유진동수와 같은 소음이 지관으로 들어오면, 지관이 이 소리와 공명하여 관이 소음의 진동수와 같은 진동수로 따라 진동하게 된다. 그래서 관의 입구에 귀를 가져가면 소리가 들린다. 소음이 더 크면 관에서 들리는 소리도 더 크게 된다. 만일 방이 완전하게 조용하다면 아무소리도 들리지 않을 것이다.