3. What is the difference between a Noise and a Note?

간략한 요약

이 비디오에서는 소리와 음표의 차이점, 소리가 발생하는 원리, 그리고 악기가 소리를 증폭시키는 방법에 대해 설명합니다. 음표는 규칙적인 파동 패턴으로 구성되어 있지만, 소음은 불규칙한 파동으로 구성되어 있습니다. 물체가 진동하면 공기 중에 음파가 발생하고, 이 음파가 규칙적이면 음표로, 불규칙하면 소음으로 들립니다. 악기는 공명 현상을 이용하여 음파를 증폭시키고, 이를 통해 더 크고 풍부한 소리를 만들어냅니다.

• 소리와 음표의 차이점 이해
• 소리의 발생 원리 설명
• 악기의 소리 증폭 원리 (공명)

소리와 음표의 차이

소음과 음표는 모두 다양한 주파수의 음파 혼합으로 구성됩니다. 음표는 규칙적인 리플 패턴이 반복되는 반면, 소음은 서로 관련이 없고 반복되지 않는 불규칙한 리플로 구성됩니다. 물체가 움직이면 주변 공기에 교란이 생겨 음파로 퍼져 나갑니다. 물체가 빠르고 반복적인 패턴으로 진동하면 음파는 균등하게 간격을 두고 규칙적으로 배열됩니다. 이러한 규칙적인 음파는 뚜렷한 음높이를 가진 음표로 들립니다. 반면에 문을 쾅 닫는 소리와 같은 소음은 반복적인 패턴이 없는 관련 없는 주파수로 구성되어 정의된 음높이가 없는 소음으로 들립니다. 음표가 되려면 개별 리플이 얼마나 복잡한지는 중요하지 않으며 패턴이 반복되기만 하면 됩니다. 악기가 아닌 다른 물체도 진동하여 규칙적인 패턴으로 공기를 교란시키면 음표를 생성할 수 있습니다. 예를 들어 포뮬러 원 경주용 자동차 엔진이나 꿀벌도 음표를 생성합니다.

음파의 복잡성과 소리의 다양성

플루트와 같은 단순한 음파는 부드럽고 고르게 들리는 반면, 바이올린과 같은 더 복잡하고 울퉁불퉁한 파형 패턴은 더 풍부하고 덜 부드럽게 들립니다. 그러나 일부 반복되는 파동은 매우 복잡하여 귀가 패턴을 감지하지 못하고 소음으로 인식할 수도 있습니다. 음파는 반복되는 구성 요소와 반복되지 않는 구성 요소를 모두 가질 수 있으며, 이 경우 소음과 혼합된 음표로 들립니다.

정상파와 공명

소리는 공기와 같은 매체를 통해 전달되는 진동이며, 이를 음파라고 합니다. 음표가 되려면 음파가 매우 규칙적이고 균등하게 간격을 두어야 하며, 이러한 유형의 파동을 정상파라고 합니다. 일반적으로 물통에 돌을 떨어뜨릴 때와 같이 물체가 파동을 만들면 파동은 바깥쪽으로 퍼져 나가면서 점차적으로 퍼지고 강도를 잃습니다. 그러나 용기가 충분히 작으면 이러한 잔물결이 양동이 가장자리에 부딪혀 다시 튕겨 나옵니다. 이런 식으로 파동을 용기에 가두어 용기 내부에서 앞뒤로 튕기게 합니다. 다른 돌을 양동이에 떨어뜨리면 새로운 파동이 생성되어 첫 번째 돌에 의해 생성된 다가오는 파동을 만납니다. 이렇게 하면 일부는 나가고 일부는 들어오는 파동이 뒤섞여서 하나의 파동의 높은 지점이 다른 파동의 낮은 지점에 부딪혀 0이 되면서 서로 부분적으로 상쇄됩니다. 그러나 파동이 서로 강화되도록 완벽하게 시간을 맞춰 돌을 떨어뜨리면 나가는 파동의 높은 지점이 들어오는 파동의 높은 지점을 만나서 더 높아지고, 나가는 파동의 낮은 지점이 들어오는 파동의 낮은 지점을 만나서 더 낮아집니다. 따라서 서로 상쇄하는 대신 규칙적으로 간격을 둔 파동이 용기에 갇혀 앞뒤로 튕겨져서 파동이 실제로 가만히 서 있는 것처럼 보입니다. 높은 지점과 낮은 지점이 같은 지점에 규칙적으로 반복해서 나타납니다.

공명과 악기의 원리

물에서 이 현상을 가장 가깝게 만들 수 있는 방법은 욕조에서 손으로 파동을 만드는 것입니다. 손을 너무 빨리 앞뒤로 움직이면 파동이 뒤섞입니다. 손을 너무 천천히 앞뒤로 움직여도 파동이 뒤섞입니다. 그러나 손을 적절한 속도로 앞뒤로 움직이면 파동을 강화하여 작은 노력으로도 더 크게 만들 수 있습니다. 이것을 공명이라고 하며, 용기의 고유 진동수입니다. 고유 진동수를 강화하면 파동의 진폭 또는 크기가 증가합니다. 그네를 밀 때도 같은 방식으로 할 수 있습니다. 그네의 고유 리듬에 맞춰 작은 힘을 반복하면 그네의 높이가 점차적으로 증가합니다. 이것은 물체의 고유 속도 또는 고유 진동수에서 반복되는 작은 노력이 효과를 증폭시킬 수 있는 과정입니다. 악기는 이와 유사한 방식으로 작동합니다. 악기는 음파를 가두어 비교적 적은 노력으로 더 크고 크게 만듭니다.

악기의 소리 증폭 원리

현은 현의 고유 진동수에서 공기를 앞뒤로 지속적으로 밀어내어 음파를 강화합니다. 플루트와 같은 공기 기둥은 튜브 내부의 고유 진동수에서 공기를 앞뒤로 지속적으로 밀어내어 음파를 강화합니다. 물론 현이 혼자 진동하는 것만으로는 많은 공기를 움직이지 않으므로 소리가 크지 않습니다. 그러나 현을 기타 몸체와 같은 나무 조각에 부착하여 현을 증폭할 수 있습니다. 이렇게 하면 나무가 현과 같은 진동수로 진동하므로 현만 진동하는 대신 큰 나무 조각이 진동하여 공기를 밀어냅니다. 즉, 매우 작은 진동하는 현에서 실제로 꽤 큰 소리를 낼 수 있습니다.

소리 증폭의 예시와 정상파의 특징

소리굽쇠를 치면 이 현상을 명확하게 볼 수 있습니다. 소리굽쇠 자체는 매우 조용하고 부드럽지만, 소리굽쇠의 바닥을 나무 조각에 놓으면 소리굽쇠의 진동이 나무로 전달되면서 갑자기 음량이 크게 증가하는 것을 들을 수 있습니다. 따라서 듣고 있는 것은 소리굽쇠의 진동이 아니라 나무의 진동입니다. 더 흥미로운 실험은 귀마개를 착용한 상태에서 소리굽쇠를 치고 머리에 대는 것입니다. 그러면 다른 사람은 아무것도 듣지 못하지만, 자신은 음표를 완벽하게 명확하게 들을 수 있습니다. 이는 실제로 듣고 있는 것이 두개골의 진동이기 때문입니다. 기타의 몸체나 피아노의 사운드보드는 같은 방식으로 작동합니다. 모든 정상파에는 수위나 현이 전혀 움직이지 않는 지점이 있는데, 이를 마디라고 합니다. 여기에는 고정된 현의 양쪽 끝이 포함됩니다. 또한 수위가 많이 오르락내리락하는 다른 지점도 있는데, 이를 배라고 합니다. 이러한 마디와 배는 파동의 길이와 음표의 음높이를 결정하며, 이는 다음 비디오의 주제입니다.