줄, 관에서의 정상파

 소라를 귀에 가져다 대면 바다소리가 난다. 바다에 살던 소라라서 바다소리가 나는 감성적인 생각도 할수 있겠지만 사실 바다소리의 정체는 주변의 잡음이 증폭된 결과이다. 물리가 자연의 아름다움을 깨버리는것 같지만 원리를 이해하고 응용하면 더 아름다운 소라 소리를 들을 수 있지 않을까?

 우리 주변에는 조용한 것 같지만 사실 높은 소리, 낮은소리 등 여러 소리가 나고 있는 중이다. 길쭉한 관 안쪽으로 이 소리들이 들어가면 관의 고유한 진동수의 소리가 증폭되는 현상이 일어난다. 이 현상을 공명 이라고 한다. 공명은 관의 특성에 따라 다르다. 관의 길이가 길면 낮은소리가, 관의 길이가 짧으면 높은소리가 난다. 이를 이용한것이 관악기이다. 관악기들은 구멍을 열었다 닫았다 하거나(플룻,리코더) 관의 길이를 조절하면서(트럼펫,트럼본)음의 높낮이를 조절한다. 관의 길이가 가장 주요한 음의 높낮이 요소이고 다른 요소들도 음의 높낮이에 영향을 준다. 관의 지름이 클수록 낮은소리가 나게 되는데 이를 관구효과 라고 한다. 온도가 높을수록 소리의 속도가 빠르게 되어 높은 소리가 난다. 온도에 따라 음의 높이가 달라지기 대문에 연주자들은 연주 장소에서 튜닝을 다시 해야한다.

기타줄을 튕기면 기타 줄이 매어있는 양쪽 끝은 진동을 하지 못하는 상태로 진동을 한다. 또한 진행하던 파동이 양쪽 끝에서 진동이 반사되어 줄에서 진동이 중첩되어 진폭이 커지는데 이러한 현상을 정상파라고 한다. 정상파가 생성되는 원리와 줄, 개관, 폐관에서 정상파, 그리고 관악기에서 구멍의 여닫힘에 따른 유효관길이(이론적으로는 관의 길이에 비례하여 파장이 결정되지만 관구효과로 인해 관의길이보다 약간 긴 파장이 생긴다. 이것을 보정한 관의 길이를 유효관길이라고 한다.)를 그림과 같이 나타낼 수 있다.

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