음향기초#2 파동과 음파

파동(波動, wave)

: 어떤 한 곳의 에너지가 흔들림을 통해 다른 곳으로 전달되어 나가는 것

횡파(橫波, transverse wave)

매질의 진동 방향과 파동의 진행 방향이 수직인 파동

예) 지진파의 S파, 물결파, 빛, 전파 등

종파(縱波, longitudinal wave)

파동이 진행하여 나아가는 방향과 매질의 진동 방향이 같을 때 이러한 파동을 종파라고 함

예) 소리(음파), 지진파의 P파, 초음파 등

음파 이미지

# 보통은 위와 같이 횡파같은 수직적인 이미지로 음파를 표현해서 헷갈릴 수 있지만, 에너지의 전달에 있어서 종파인 음파는 수평적이라고 보는 게 좋다.

 

파동의 표시

마루(Crest): 파동에서 가장 높은 곳, 양(+)의 방향으로 가장 크게 변위가 일어난 점

# 산, 피크(Peak)라고 표현하기도 하는데 비슷한 용어지만, 전체적인 음파 스펙트럼에서 가장 높은지점을 이야기한다고 보면 된다.

골(Trough): 파동에서 가장 낮은 곳, 음(-)의 방향으로 가장 크게 변위가 일어난 점

# 골, 딥(Dip)도 마찬가지로 전체적인 음파 스펙트럼에서 가장 낮은지점을 이야기한다.

진폭(Amplitude): 진동의 중심에서 마루나 골까지의 거리

파장(wave length): 주어진 시각에 같은 모양이 반복되는 최소 길이, 즉 이웃한 마루에서 마루 또는 골에서 골까지의 거리. 종파에서는 빽빽한 곳(밀, 密)에서 빽빽한 곳 또는 듬성듬성한 곳(소, 疎)에서 듬성듬성한 곳까지의 거리.

파장

주기(period): 같은 장소에서 같은 모양이 반복되는 최소 시간, 즉 매질의 한 점이 한 번 진동하는 데 걸리는 시간. 1파장 이동하는 데 걸리는 시간. 주기가 클수록 천천히 진동한다. (단위: s, 초)

예) 주기 5초: 파동이 한 번 진동하는 데 5초가 걸린다는 의미

# 음파는 주기적인 음파와 비주기적인 음파로 나뉜다. 규칙적인 반복이 있는 소리, 즉 주기적인 음파(목소리, 악기 등)는 음 높낮이 인식 및 소리 구별이 가능하지만, 비주기적인 음파(핑크노이즈, 화이트노이즈 등)는 불가능하다.

진동수(frequency): 파동이 진행할 때 매질이 1초 동안 진동하는 횟수, 같은 장소에서 단위시간 동안 같은 모양이 몇 번이나 반복되는가는 나타내는 수로, 진동수는 주기의 역수로 주어진다. 전파나 빛 등에 대해서 말할 때, 진동수를 주파수라고도 부른다. (단위: Hz, 헤르츠)

예) 10Hz: 파동이 1초 동안 10회 진동한다는 의미 / 진동수가 2Hz이면 주기는 1/2Hz=0.5s(초)가 된다.

# 진동수(주파수)는 전자파의 존재를 실험적으로 증명한 독일의 과학자 헤르쯔(H. R. Hertz)의 이름을 따서 Hz라는 단위를 사용한다.

주파수(周波數, frequency): 음파 혹은 전파가 1초에 몇 번 진동하는지 횟수를 측정하는 단위. 초당 사이클을 의미하는 c/s(cycle per second) 혹은 헤르츠(Hz, Hertz)로 표시한다. 2,000Hz는 초당 2,000회 진동한다는 의미. 음악에서 음표도 주파수로 표준화되는데 오케스트라의 튜닝(tunning) 음표인 A음은 440~442Hz이다. 한 옥타브가 높다는 것은 주파수가 2배수가 됨을 말한다. 일반적인 남성 목소리는 100∼8,000Hz, 여성은 180∼10,000Hz 영역이어서 여성이 남성보다 목소리가 높다. 전파가 1초에 몇 번 진동하는지를 측정하는 단위. 전파에서는 Hz의 1,000배에 해당하는 kHz, 100만 배에 해당하는 MHz를 단위로 한다.

가청주파수(可聽周波數, Audio(Audible) Frequency, AF) : 일반적으로 사람이 들을 수 있는 소리의 주파수를 가청주파수라고 하며, 음성 주파수 또는 오디오 주파수라고도 한다. 사람에 따라서 다소의 차이는 있지만 16(20)Hz ~ 20,000Hz(=20KHz)의 범위이다. 사람은 돌고래나 박쥐가 내는 초음파를 들을 수 없으며, 반대로 너무 주파수가 낮은 음도 듣지 못한다. 사람은 20Hz의 저주파는 감지할 수 있으나 그냥 느끼는 정도이며 20,000Hz 이상의 고주파는 거의 느끼지 못한다. 

# 인간이 들을 수 있는 가청진동수보다 낮은 진동수의 소리를 초저음파, 초저주파(Infrasonic wave)라고 하고, 가청진동수보다 높은 진동수를 갖는 소리를 초음파(Ultrasonic wave)라고 한다.

 

 

파형(波形, wave form)의 종류

음악과 음향, 신시사이저 등에서 많이 사용되는 사용되는 대표적인 파형들

정현파(正弦波, sine wave) : 사인파라고도 한다. 사인파는 바람파, 음파, 단색 복사와 같은 광파를 포함하여 물리학에서 자주 발생한다. 고조파 성분은 전혀 없고 기본파 성분만으로 구성된 파형. 

구형파(矩形波, square wave) : 방형(方形)파, 사각파라고도 한다. 비사인파의 일종으로, 파가 정사각형인 것을 말한다.

삼각파(三角波, pyramidal wave, triangle wave) : 고조파 성분이 비교적 적고 정현파에 가까운 음이다. 삼각형 모양 때문에 명명된 비정현파(非正弦波)이다.

거치상파(錯齒狀波, sawtooth wave) : 톱니(바퀴형)파라고도 한다. 고조파 성분이 많다. 비정현파 파형의 일종이다. 경사각이 없는 톱날을 닮았다고 해서 이름이 이렇게 붙여졌다. 톱니파는 위로 치솟았다가 바로 아래로 떨어지는 모양을 보인다.

펄스파(pulse wave, pulse train) : 비정현파 파형의 일종으로, 신시사이저에서 사용할 수 있는 흔한 파형이기도 하다. 장방형파(rectangular wave)로도 불린다.

파형의 종류

 

 

참고 문헌 : [네이버 지식백과] 물리학백과, 비상학습백과, IT용어사전, 두산백과, 오디오 용어사전, 파퓰러음악용어사전 & 클래식음악용어사전