음색(맵시)는 왜 다른가?

 

 

소리의 3요소는 높이, 세기, 맵시인데 높이는 진동수에 비례하고, 세기는 진폭에 비례하고, 맵시는 배음의 구조(파형)가 달라서 이다.

목  적 : 발음체마다 음색이 왜 다른지를 시각적으로 보여준다.

 

준비물 : 컴퓨터, 소프트웨어(매스매티카)

 

방  법

①          바이올린 소리의 합성                                 피아노 소리의 합성

 기본음 : 진동수 100Hz, 진폭 10                    기본음 : 진동수 100Hz, 진폭 10

 2배음 : 진동수 200Hz, 진폭 10                      2배음 : 진동수 200Hz, 진폭  2

 3배음 : 진동수 300Hz, 진폭  2                       3배음 : 진동수 300Hz, 진폭  2

 4배음 : 진동수 100Hz, 진폭  4                       4배음 : 진동수 400Hz, 진폭  2

 5배음 : 진동수 100Hz, 진폭 1                        5배음 : 진동수 500Hz, 진폭  2

②  위의 파를 만든 후 이들을 벡터적으로 합성을 하여 모양을 비교하여 보자.

 

결  과 : 그림과 같은 서로 다른 파형을 볼 수 있다.

 

원  리

 소리굽쇠를 제외한 모든 발음체는 단일음이 아닌, 여러 가지 배음을 가진 복합음인데 이들 배음의 구조가 발음체마다 각각 달라서 이들을 합성하게 되면 파의 모양이 다른 모양을 한다. 따라서 음색도 다르게 된다.  우리가 들을 수 있는 진동수는 20～20,000 Hz의 범위이다.  소리의 높이는 음파의 진동수 차이에 따른 감각으로서 진동수가 크면 높은 음으로, 작으면 낮은 음으로 느껴진다.  소리의 높이는 음파의 진동수에 비례하지는 않는다. 즉, 진동수가 2배로 되어도 소리의 높이는  2배가 되지 않고 본래 높이 보다 1옥타브 높은 음이 된다.  북을 세게 치거나 현을 강하게 퉁기면 진폭이 커지므로 거기서 나오는 음파의 에너지가 커져서 귀의 고막을 세게 자극하여 소리가 크게 들린다. 따라서 소리의 크기는 음파가 운반하는 에너지량과 관계가 있다. 소리의 세기는 단위 면적을 통과하는 단위 시간당 소리의 에너지로 나타난다.