즐거운 인생, 즐거운 물리

 물리를 배우기 전 사진에 대해서 알아볼때는 색이 온도를? 했었다.

 빈의 변위법칙에 따르면 흑체가 방출하는 빛 중 최대 세기를 가지는 파장은 흑체의 온도에 반비례한다. 비례상수는 2.898*10^-3 m K 이다. 

빈의 변위법칙

빈의 변위법칙에 따라 나타낸 파장-세기 그래프, 색온도가 높아질수록 최대 세기 파장이 짧아진다.

 맑은날 태양의 색온도는 5500K 정도이다. 빈의 변위법칙으로 계산하면 이때 가장 세기가 센 빛의 파장은 527nm이다. 색으로 따지면 녹색에 해당하는데 대낮의 태양 색깔이 녹색으로 보이지는 않는다. 태양광선 중 가장 세기가 센 빛에 해당하는 것이 초록색인것이다. 물론 태양빛에서 보라색도 나오고 빨간색도 나오고 있는 중이다.

파장에 따른 색

 흐린날의 색온도는 6500K정도인데 약 446nm에 해당한다. 색으로 따지면 푸른색이고 저녁노을의 색온도는 1850K정도이다. 이에 해당하는 파장은 1566nm인데 우리가 볼수 없는 빛에 해당한다. 우리가 저녁노을을 볼수 없다는 의미는 아니고 가장 센 파장의 빛이 1566nm이다. 우리는 그중에 가까운 빛인 붉은색을 관찰하게 된다.

 우리 눈은 조명 상황에 따라 색을 다르게 인식한다. 때문에 착시현상이 나타나기도 하지만 여러 상황에서 적응하기 위한 수단이다. 그러나 들어온 빛을 그대로 기록하는 카메라는 광원에 따라 사진의 느낌이 크게 변하기 때문에 색을 보정해주어야 한다. 그래서 필름카메라는 앞에 색상 필터를 씌우고 디지털에서는 화이트밸런스 조절을 통하여 한다.

색온도(K) 파장(nm) 광원

1700 1705 성냥 불꽃

1850 1566 양초불꽃, 일출, 일몰

2700 1073 백열등

3300 878 백열등

3000 966 형광등(전구색)

3200 906 사진촬영용 램프

3350 865 사진촬영용 램프

4100 707 달빛

4150 698 달빛

5000 580 햇빛(수평) 형광등(주광색)

5500 527 햇빛(수직)

6000 483 햇빛(수직)

6200 467 제논램프

6500 446 햇빛(구름)

10500 276 LCD 스크린

그림 : http://www.mediacollege.com/audio/microphones/dynamic.html

http://www.mediacollege.com/audio/microphones/condenser.html

[친절한 팬텀 씨]Q: 오케스트라는 왜 무대서 ‘음’ 맞추나

원문 : http://news.donga.com/3/all/20100819/30600831/1 

오케스트라 연주회에 가면 관현악단이 무대에 등장한 뒤 음을 맞추는 것을 보게 됩니다. 무대 뒤에서 미리 맞추지 않는 것은 일종의 ‘의식’ 차원인가요. 음을 맞출 때 굉장한 ‘불협화음’이 일어나는데 음 맞추기에 절차가 있나요.(남지운·17·서울 영등포구 여의도동)

A: 현악기, 온도-습도 따라 음높이 변해 현장서 튜닝

오케스트라가 무대에 나와서 음을 맞추는 것은 악기가 무대로 나오는 순간 음높이가 변하기 때문입니다. 특히 현악기의 경우 온도와 습도에 민감해 공간이 바뀌는 것 자체가 튜닝(음 맞추기)의 이유가 됩니다.

튜닝의 절차는 복잡하지 않습니다. 먼저 목관악기인 오보에가 A(라)음을 길게 불면 바이올린을 비롯한 현악기가 먼저 음을 맞추기 시작하고 곧이어 목관악기, 음량이 큰 금관악기와 타악기 중 유일하게 음높이가 정해져 있는 팀파니가 소리를 맞춥니다. 관악기의 경우 연결부를 빼거나 넣어 관의 길이를 조절하는 식으로 소리를 맞춥니다.

많은 사람이 ‘왜 유독 오보에에 소리를 맞추지’라는 의문을 가집니다. 꼭 오보에가 아니면 안 된다는 이유는 없습니다. 그러나 음높이의 기준이 될 수 없는 악기를 하나씩 ‘빼나가다’ 보면 오보에가 남게 되는 거죠. 먼저 현악기의 경우 자기 자신의 음높이가 잘 변하기 때문에 기준이 될 수 없습니다. 금관악기는 세게 불면 어느 정도 음이 높아지는 경향이 있는 데다 남들이 소리를 다 맞출 때까지 오래 한 음을 끌기도 힘이 듭니다. 그러다 보니 목관악기 중 하나가 기준이 돼야 하는데 바순은 소리가 너무 낮고 플루트는 소리가 또렷이 집중되기보다 부드럽게 퍼지는 특징이 있습니다. 결국 클라리넷과 오보에가 남는데 클라리넷은 모차르트 시대에야 오케스트라에 끼어들게 된 ‘후배’ 악기죠. 게다가 오보에 소리는 한층 또렷하게 다른 악기의 소리들과 구분됩니다. 그래서 오케스트라 기준음의 영예는 오보에가 차지하고 있습니다.

그렇지만 이런 오보에도 기준을 양보하는 ‘지존’ 악기가 있습니다. 피아노 협주곡을 연주할 때는 먼저 악장(콘서트마스터)이 피아노의 A음을 ‘땅’ 하고 치면 오보에가 그 소리에 맞추고 이어 모든 악기가 이 소리에 음높이를 맞춥니다. 왜 피아노를 오보에에 맞추지 않느냐고요? 피아노의 음높이를 새로 맞추려면 88개 건반마다의 음을 모두 건드려야 하기 때문이죠.

음을 맞추는 기준이 다른 국악기와 양악기가 합주할 때는 어디에 음을 맞추느냐는 질문을 하는 분도 있습니다. 최근에는 양악기와 합주할 수 있도록 음높이를 양악기에 맞춘 국악기가 많이 나와 있습니다. 반면 국악기에 음높이를 맞춘 양악기는 찾기 힘드니 국악기가 양보해야 하는 것이 어쩔 수 없는 현실입니다.

 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.

http://projects.kmi.open.ac.uk/role/moodle/mod/page/view.php?id=1126