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보이지 않는 소리를 보여주고, 들리지 않는 소리를 들려주는 場

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  • 소리의 주파수에 따른 SPL의 합 서로 다른 두 개의 음원에서 발생하는 소리가 복합음이 아니라 순음인 경우, 각각의 음원에서 발생하는 소리의 주파수가 동일한 경우와 서로 다른 경우의 음압준위(SPL)가 어떻게 다른지를 살펴보겠다. 두 음원으로부터 떨어진 한 점에서 1번 음원에서 발생한 각주파수 ω1=2πf1인 순음 p1cos ω1t에 의한 SPL이 75dB이고, 2번 음원에서 발생한 각주파수 ω2=2πf2인 순음 p2cos(ω2t+θ)에 의한 SPL이 70dB이라고 가정한다. 여기서 θ는 위상(phase)이다. 이들 두 순음이 한 점에서 만나 간섭하는 경우, 합성음을 p'라고 하면 p'= p1cos ω1t +p2cos(ω2t+θ)로 쓸 수 있다. 여기서 평균치를 구하기 위해 양 변을 제곱하면 p'^2=p1^2cos^2ω1t + 2p1p2.. 공감수 1 댓글수 0 2020. 2. 16.
  • 소리의 굴절(refraction of sound) 물질은 크게 고체, 액체, 기체의 세 가지 상태가 있다. 물질의 구성분자는 동일한데 각 분자가 갖는 에너지가 다름으로써 상태가 달라진다. 고체를 구성하는 분자는 진동에너지만 갖고 있으며, 열을 가하면 액체로 상전이가 일어나는데 이 경우는 진동에너지만이 아니라 운동에너지도 갖게 되며, 분자간의 거리가 멀어져서 서로 강하게 구속하지 않기 때문에 층밀리기 변형이 일어나지 않는다. 액체 상태인 물질에 열 에너지를 가하면 기체 상태로 전이하며 기체상태에서는 상온에서 분자의 운동에너지만을 갖는 자유로운 상태가 된다. 만일 단원자분자로 각 상태를 생각한다면 고체일 경우의 분자간 거리는 대략 0.4~0.5nm이며 액체의 경우는 분자간 거리가 0.6~0.8nm, 기체의 경우는 상온에서 평균적으로 약 3nm가 된다. 고체.. 공감수 6 댓글수 2 2019. 1. 3.
  • 소리의 음압준위(SPL) 소리의 3요소가 있다. 소리의 크기(강약(强弱)), 높낮이(고저(高低)), 맵시(음색(音色))를 말한다. 이들은 모두 청감각으로 소리를 지각할 때 소리의 특징을 기술하는 용어들이다. 이들 심리적인 청감각 용어들은 제 각각 소리의 물리적인 변수에 대응된다. 첫째로 소리 맵시, 즉 음색(tone color)은 소리 파동의 파형(波形=wave form)에 주로 관련된다. 소리의 파형은 여러 성분파의 합성 결과이므로 소리맵시는 스펙트럼(spectrum)의 영향을 받는다고 할 수도 있다. 다행히도사람마다 음색이 다르기 때문에 전화 목소리만 들어도 누구 목소리인지 구별 가능하다. 감기에 걸리거나 몸에 이상이 생겨도 성문(glottis) 근육의 영향으로 음색이 변하기 때문에 목소리만 듣고도 몸의 이상 낌새를 챌 수 .. 공감수 2 댓글수 2 2018. 11. 2.
  • 음향학 이야기(The Story of Acoustics) The story of Acoustics -- R. Bruce Lindsay(Brown University) The Journal of Acoustical Society of America, Vol.39, No 4, 629-644, April 1966 Translated by Dajaehun 음향과학의 역사적 발전과정을 가장 초기에 기록된 현상과 이론부터 현재(1966년) 상황에 이르기까지 전체를 개관하였다. 특히 18, 19세기의 소리의 발생, 전파, 지각에 대한 수학적이고 실험적인 발전을 신중하게 살펴보았다. 현대 음향학에 영향을 준 Rayleigh의 업적도 고려했으며, 최근의 연구는 간단히 다루었다. 그리고 원전을 충실하게 인용하고자 노력했다. INTRODUCTION 비록 과학의 역사가 오랫동안 전.. 공감수 6 댓글수 2 2018. 7. 5.
  • 도플러 효과_ Doppler effect 도플러 효과는 1842년에 오스트리아의 C. A. Doppler(1803-1853)가 별의 관측에 대하여 발표한 논문에서 제안한 파동(wave)의 주파수변화 현상이다. 원래 하나의 파동이 만들어져 전파할 때 어떤 매질을 거쳐가던지 주파수는 변하지 않는다. 심지어 악기의 진동이 공기 매질을 통하여 전파할 경우에도 악기의 진동수와 소리의 파동주파수는 동일하다. 빛의 경우에도 매질이 달라지면 빛의 속도가 달라질지언정 주파수는 변하지 않는다. 그러나 광원이나 음원과 관측자의 상대적 운동이 일어나는 경우에는 주파수가 달라진다. 이 처럼 파원(wave source)이나 음원과 관측자(microphone도 관측자일 수 있음)의 상대적 운동에 따라 주파수가 달리 관측되는 현상을 도플러효과라 부른다. 여기서는 소리에 대.. 공감수 2 댓글수 11 2018. 4. 19.
  • 작은 밀폐공간의 소리 Sound in Closed Small Space --------------- Leo L. Beranek 께 감사하며 귓속형 이어폰이나 보청기의 경우는 이어팁(Ear tip)으로 외이도(canal)를 밀폐한 상태에서 사용하기 때문에 고막과 스피커 사이에 아주 작은 밀폐공간이 생긴다. 이러한 작은 밀폐공간에서 소리를 발생시키면 공기의 압축 및 희박에 의한 일종의 공기탄성으로 스피커 진동판의 진동이 방해를 받지만 밀폐공간의 저음이 증가하는 효과가 있다. 청력검사 측정에 의하면 귀속 밀폐효과(occusion effect) 로 인한 주파수별 음압레벨증가는 다음과 같다. [표 1] 밀폐효과에 의한 주파수별 음압레벨 증가 주파수(Hz) 250 500 1000 2000 음압레벨증가(dB) 15 15 10 0 [표 1.. 공감수 3 댓글수 0 2018. 4. 19.
  • 잔향시간에 대한 사빈(Sabine)공식 1) 실내음향학에서 실내음향환경을 파악하는데 있어 가장 중요한 인자는 잔향시간이다. 실내의 사용목적에 맞도록 음향환경을 조성하고자 할 때 1차적으로 적절한 잔향시간을 설정해야 하기 때문이다. 잔향시간은 건축음향학의 시조인 사빈(Wallace C. Sabine:1868-1919, 참조-건축음향학(1)(http://soryro.tistory.com/230))에 의해 제안된 시간으로써 광학(Optics)적인 선이론(ray theory)을 음향학에 적용한 좋은 사례로 볼 수 있다. 사빈 공식은 벽에 의한 흡음이 비교적 작은 소위 라이브(live)한 공간을 전제로 유도한다. 벽을 흡음율이 큰 재료로 처리하면 소리가 바로 흡수되어 소위 데드(dead)한 공간이 되기 때문에 잔향시간의 의미가 없기 때문이다. 아무튼 .. 공감수 4 댓글수 0 2018. 4. 18.
  • 헬름홀츠 공명기(Helmholtz resonator) 관악기의 폐관기주공명이나 개관기주공명은 잘 알고 있으나 맥주병과 같이 큰 체적에 짧은 목을 갖는 공기의 진동은 생소하다. 더구나 체적 부분이 불규칙한 모양일 경우에 단순한 정상파 이론으로 공진주파수를 구할 수는 없다. 이러한 불규칙한 모양을 갖는 공기의 공진주파수를 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz(1821-1894))가 구했다. 그런 연유로 공기 공진기를 헬름홀츠 공명기라고 부른다. 헬름홀츠는 독일 태생으로 물리량과 감각적 지각과의 관계를 다루는 감각생리학(=정신물리학: 현재는 심리학 분야) 분야에 크게 기여하였으며 에너지 보존법칙을 발견하고, 에너지로 물리 세계를 일원적으로 해석하고자 노력했다. 또, 안과에서 사용하는 검안경을 최초로 발명한 대단한 물리학자요, 생리학자이며, 철학자였다... 공감수 8 댓글수 1 2018. 4. 16.
  • 음향학 관련 분야 음향학(Acoustics)은 소리를 다루는 과학이며 소리는 물체의 진동으로부터 발생하기 때문에 진동론(Theory of Vibration)과도 깊은 관련이 있다. 즉, 물체나 유체(Fluid)가 한 지점에서 규칙적이던 불규칙적이던 진동을 하면 그 진동은 변위, 속도, 가속도를 가질 것이며 그 들 물리량은 기본적으로 시간의 함수가 되어야만 한다. 그러나 진동이 매질을 따라 공간으로 전파하면 파동이 되는 것이며 이 파동이 공기일 경우 소리(Sound)가 된다. 따라서 소리를 표현하려면 시간과 함께 공간좌표가 필요하다. 아무튼 음향학은 음원, 매질, 공간, 용도, 수용 등 등의 기준에 의하여 관련분야가 규정되고 독립적인 예술이나 학문 내지는 공학분야를 구성한다. 음원에 따라 음성학, 음악음향학, 스피커공학, .. 공감수 5 댓글수 1 2017. 12. 27.
  • 소리에 의한 공기입자의 변위, 속도, 가속도 소리는 공기를 매질삼아 전파한다. 이때 공기입자는 소리의 전파방향과 나란한 방향으로 진동하기 때문에 소리를 종파라고 부른다. 공기입자 한 개는 진동을 하지만 전체적으로는 공기입자들이 뭉치고 흩어지는 모양으로 나타나고 이 뭉친 곳의 압력은 대기압보다 높아지고, 흩어진 곳은 국소적인 압력이 낮아진다. 압력이 높은 곳을 밀하다하고 낮은 곳은 공기가 흩어진 곳이라서 소하다고 한다. 따라서 소리를 소밀파라고도 부른다. 소리가 전파할 경우 밀한 부분은 밀한 형태를 유지하면서 또, 소한 부분은 소한 상태를 유지하면서 소리의 전파 방향으로 소리의 전파 속도로 진행한다.(참조: 소리의 표현 [그림1](http://soryro.tistory.com/145)) 소리가 전파할 때 공기입자는 진동을 한다. 그러나 열역학에 의하.. 공감수 2 댓글수 6 2017. 11. 1.
  • 경계면과 벽으로 수직입사하는 음파의 반사와 투과 1. 두 매질의 경계면에 수직입사하는 음파 [그림1]에서 보여지는 바와같이 특성임피던스가 인 매질과 인 매질의 경계면 로 수직입사하는 음파(sound wave)가 있다. 이 음파는 左에서 右로 입사하며 음압은 I 이고, 주파수는 이므로 로 쓸 수 있고, 반사파는 右에서 左로 이동하기 때문에로 표현되고 투과파는 매질로 투과되므로 로 나타낼 수 있다.(주: 1) [그림 1] 두 매질의 경계면에 수직입사하는 음파 이 경우, 경계면에 접촉한 양쪽의 매질 부분은 1) 압력이 같다 2) 매질 입자의 속도가 같다 는 두 경계조건을 만족해야만 한다. 따라서 1)조건으로부터 ------------------------- (1) 2)조건으로부터 ------------- (2) (1),(2)식으로부터 T를 소거하면 ----.. 공감수 2 댓글수 6 2014. 12. 31.
  • 소리의 전파와 감쇠 원래 소리는 종파로서 음압, 매질의 입자속도, 매질입자의 변위 등이 편미분 파동방정식으로 묘사되는 진동을 하고, 그 해를 구하여 파동을 표현한다. 그러므로 매질의 점성에 따른 진폭의 감쇠가 나타나게 되어 결국은 아주 먼거리까지 소리가 전달 되지는 못한다. 이들 감쇠는 고음일수록 더 심하게 나타난다. 그러므로 대포 소리를 가까이서 들으면 고음과 뒤섞인 여러 성분의 소리 때문에 음압도 높고 소리도 날카롭다. 그러나 먼 거리에서는 고음 성분이 감쇠되어 도달하지 못하고 저음 성분만이 전달되므로 음압도 작고 소리도 부드럽게 들린다. 그러면 매질에 의한 감쇄가 없다면 소리는 약해지지 않을 것인가? 그렇지는 않다. 매질에 의한 감쇠가 없을지라도 2차원 음파나 3차원 음파는 공간으로 전파하기 때문에 에너지가 확산하므로.. 공감수 1 댓글수 3 2014. 12. 31.
  • 소리의 발생, 임피던스, 에너지 1) 튜브 내에서 일차원 소리의 발생 [그림1] 속도 U(t)로 진동하는 피스톤(회색부분) [그림1]에서와 같이 x=0에 놓인 피스톤이 U(t)의 속도로 진동하면 소리가 발생하여 오른쪽으로 음속 c로 이동하게 된다. 이 소리는 실린더 벽과 공기의 점성을 무시하면 평면파가 될 것이다. 이 소리의 음압은 다음과 같이 표현된다. 음압 로 놓고, 의 관계식으로부터 이 되므로 이 식의 양변을 시간 t 로 미분하면 다음과 같은 관계가 성립한다. 따라서 질량 보존식(참조-소리파동 방정식의 (1)식) 에서 이 성립하므로 앞의 를 대입하면 이 된다. 이 식의 양변을 x로 적분하여 다음의 관계식을 구하게 된다. 이 식은 곧 입자의 속도가 와 의 조합인 의 함수이며 그 평균값에 대하여도 항상 성립함을 의미한다. 아무튼 이 .. 공감수 1 댓글수 2 2014. 3. 27.
  • 소리파동 방정식(일차원) 일차원 소리파동 방정식이라 함은 곧 평면파를 의미한다. 일반적으로 점음원에서 3차원 공간으로 소리가 발생하여 방사될 때 파면(wave front)이 구면이 되기 때문에 구면파(spherical wave)라하고, 점음원으로부터 멀리 떨어진 지점에서는 구면이 평면화하기 때문에 구면파가 평면파로 전환된다. 또, 공기와의 점성을 무시할 수 있는 파이프내의 소리 즉, 금관악기나 목관악기의 내부에서 전파하는 소리는 평면파로 간주할 수 있다. 소리는 고체, 액체, 기체 매질에서 국소(local)적인 운동으로 나타나기 때문에 공간좌표와 시간의 변수로 압력(p)이나 밀도(ρ), 매질의 입자속도(u)의 변화를 나타내는 형식으로 묘사될 수 있음을 추정할 수 있다. [그림1]과 같이 설정(control) 체적을 고려한다. 이.. 공감수 1 댓글수 5 2014. 3. 24.
  • 소리의 속도(고체) 소리는 소밀파 즉, 종파(longitudinal wave)라서 기체, 액체, 고체 상태의 모든 매질에서 전파된다. 엄밀한 의미로 소리는 공기중으로 전달되는 종파라고 할 수 있으므로 공기가 아닌 매질에서는 소리가 아니고 다른 파동이라고 해야 할 것이지만 우리는 모든 매질을 전달하는 매질 진동을 넓은 의미의 소리라고 할 수도 있다. 실제로 물속에서 돌을 부딪히면 아주 짧고 강한 소리를 들을 수 있다. 이는 물을 따라 전파한 종파 진동이 외이도의 공기에 진동을 전달하여 고막으로 소리를 들을 수 있기 때문이다. 같은 의미로 기차철로에 귀를 가까이 대면 아주 먼곳의 기차소리를 들을 수 있는데 이는 철로를 통해 전달된 진동이 철로에 댄 귀 부분의 공기를 진동시켜 소리로 들을 수 있게 하는 것이다. 물론 물속이나 기.. 공감수 1 댓글수 2 2013. 7. 2.
  • 소리의 속도(액체) 물과 같은 액체에 전파가 입사하면 깊이 침투하지 못하고 흡수된다. 이때 전자파가 흡수될 때 까지의 침투 깊이를 투과깊이(peneturation depth or skin depth)라 하는데 물에 대한 투과깊이는 보통 수 미터에 불과하다. 따라서 바다 속의 잠수함과의 전파 통신은 보통의 파장을 갖는 전파로는 불가능하다. 단 장파장의 전파로는 투과깊이가 크기 때문에 통신이 가능하기는 하다. 잠수함과의 통신에는 장파장의 저주파수(100Hz 이하)의 전자파를 사용한다. 이런 류의 전파의 파장은 수 천 킬로미터이기 때문에 이정도의 전자기파를 발생하고 수신하기 위해서는 수십 킬로미터의 길이를 갖는 안테나가 필요하다. 이런 문제 때문에 물속 통신에는 음파를 이용한다. 특히 소리를 발생하는 음원이 크고 고주파음 일수록.. 공감수 0 댓글수 0 2013. 5. 29.
  • 소리의 속도(기체) 소리는 공기의 진동이라고 할 수 있다. 물체가 진동하면 표면에 인접한 공기를 진동시키고 이 진동이 매질인 공기를 통하여 전파해 나가면 파동이 되는 것이며, 공기 중으로 전파되는 파동이 곧 소리이다. 따라서 소리가 발생하는 음원으로부터 소리를 지각하는 위치 사이에는 공간적인 거리가 있으므로 그 거리를 지나오는데는 유한한 시간이 걸리게 될 것임으로 소리도 어떤 속력을 갖게 될 것이다. 소리의 속도를 처음으로 측정한 사람은 1636년도에 프랑스의 메르센느 신부라고 전해져 온다. 메르센느 신부는 당시 종교로부터 과학을 옹호한 신부로써 파스칼이나 데카르트와도 교제가 있었다. 메르센느 신부는 대포의 불꽃을 보고 포성이 들리는 시간을 진자로 측정하였다. 음속의 측정값은 부정확했다. 그 후에 갈릴레오의 제자들도 음속을.. 공감수 2 댓글수 0 2013. 2. 22.
  • 소리의 표현 소리(Sound)는 파동(Wave)이다. 물체가 진동(Vibration)하여 주변공기 입자를 진동시키면 진동이 공간으로 번져 나간다. 공간으로 전파하는 진동이 곧 파동으로서 매질인 공기입자는 그자리에서 진동만 할 뿐 이동하지는 않는다. 마치 잔잔한 호수에 돌을 던지면 물결파가 동심원을 그리며 번지는 것과 같다. 이때 물위에 낙엽이 하나 떠 있다면 물결파를 따라서 낙엽이 호숫가로 이동하지 않고 그자리에서 위 아래로 운동하게 된다. 낙엽은 물입자의 운동을 보여준다. 물결파와 같이 파동의 이동방향과 매질의 진동방향이 수직인 경우를 횡파(Shear wave)라 한다. 반면에 소리는 종파(Longitudinal wave)라고 부르는데 이는 소리가 진행하는 방향으로 공기가 진동한다는 의미가 된다. 이 때문에 문풍지.. 공감수 5 댓글수 1 2013. 1. 1.
  • 단진동 이야기 소리는 근본적으로 진동현상이다. 진동은 물체 또는 물체의 일부가 제자리에서 외부의 충격력을 받아 왕복 운동을 하는 것이다. 가령 다음과 같이 탄성상수 인 스프링에 질량 인 물체를 매달고, 만큼 당겼다 놓으면 스프링의 원래대로 되돌아 가려는 복원력이 물체에 작용하므로 물체의 운동방정식은 (마찰은 무시함) 여기서 로서 가속도를 의미한다. [그림1] 용수철진자의 단순조화진동 위 운동방정식을 다시 고쳐쓰면 의 미분방정식으로써 이식의 해를 구하면 시간에 대한 물체의 변위 를 구할 수 있다. 보조방정식을 활용하여 미분방정식을 풀 수도 있지만 물체의 왕복운동은 결국 왼쪽 그림에서 보는 바와같이 등속원운동하는 빨간 물체의 그림자인 파란점의 운동과 동일하기 때문에 오른쪽 그림에서 반지름 로 등속원운동하는 물체의 각속도를.. 공감수 0 댓글수 0 2013. 1. 1.
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