개는 소리보다 후각이 발달한 동물입니다
사람보다 1만배 잘 듣는다는 근거를 믿을 수가 없네요.
사람보다 훨씬 후각이 뛰어나다고는 하지요.
아무튼 소리에 대한 설명을 읽어보면 의문이 풀릴 것 입니다.
소리 [sound]
음(音)이라고도 한다. 좁은 뜻으로는 사람의 청각기관을 자극하여 청각을 일으키는 것을 말한다. 다만 사람이 들을 수 있는 소리의 범위는 진동수가 16~2만 Hz이고 세기에도 한계가 있으며, 특히 주파수가 높은 소리나 낮은 소리는 들을 수 있는 세기의 범위가 좁다. 사람 이외의 동물에서 사람의 청각기관을 닮은 기구(機構)를 볼 수 있는 것은 척추동물이며, 이보다 하등동물에서는 청각기관이 반드시 머리 부분에 있지만은 않다. 예를 들면, 모기는 몸의 표면에 나 있는 섬모(纖毛)가 어떤 주파수역에서 잘 진동하며, 그 주파수역을 포함하는 음파에만 민감하게 반응한다. 또 주파수가 2만 Hz를 넘는 음파는 초음파라 하여 사람에게는 들리지 않으나 어떤 종류의 동물, 예를 들면 박쥐 ·돌고래 ·갈매기 등은 이것을 감지(感知)할 수 있다.
소리는 진동하는 물체로부터 주위에 있는 물체로 보내어진 밀도변화가 있는 파동[疏密波]이며, 이 파동이 통과함에 따라 물체 내의 각 부분에 압축과 팽창의 상태가 전달된다. 이때 소리의 에너지는 물질 내를 전달해가는 동안에 차차 약해지지만, 1초 동안 되풀이되는 압축·팽창의 수는 변하지 않고 음원(音源)인 진동체의 진동수와 일치한다.
이 수를 흔히 소리의 진동수(단위는 Hz)라 하고, 압축부와 압축부 사이의 거리를 그 음파의 파장이라 하며 소리의 전파속도(음속)와 다음과 같은 관계가 성립된다. 음속＝파장×주파수, 파장＝음속/주파수 예를 들어 피아노의 중앙 건반을 두드렸을 때 나는 C음은 주파수가 261Hz이므로, 공기 속의 음속을 340m라고 하면 파장은 약 1.3m이다.
따라서 수십cm∼수십m라는 비교적 긴 파장을 가진 파동이라고 할 수 있다. 소리의 물리적 세기는 음파의 통과에 의해서 물체 내의 어떤 점이 받는 압력의 변동값(音壓) 또는 물체의 단위면적을 1초마다 통과하는 에너지의 일률(파워)로 측정한다. 단위는 μb(마이크로바) 및 W/cm2으로 나타낸다. 일반적으로 음원에서 방출되는 가청음(可聽音)의 에너지는 넓은 범위에 걸치는데, 예를 들면 작은 속삭임은 10-8W, 큰 소리가 10-3W 정도이지만, 오케스트라가 연주하는 포르테-포르티시모(최강음 부호 fff)의 소리는 10W, 제트기로부터는 105W나 되는 에너지가 주위로 방출된다.
이 때문에 소리의 세기를 비교적 작은 수치로 나타내기 위해서 보통은 음압과 소리의 파워를 다음과 같이 정한 데시벨(dB) 척도로 나타낸다. 즉, 사람이 들을 수 있는 최저음의 음압 P0 및 파워 I0를 0.0002 μb 및 10-16 W/cm2로 정하고, 어떤 소리의 음압을 p, 파워를 I라고 할 때 10 logp/p0 및 10 log I/I0로 계산되는 수치(L,L)를 취하며 그 소리의 음압레벨은 L dB, 파워의레벨은 L dB이라고 한다. 이 방법에 의하면 사람의 최소 가청음의 음압 및 파워는 0dB이 되며, 10dB은 그 10배, 20 dB은 그 100배를 나타내는 것이 된다.
청각을 포함한 일반적인 사람의 감각은 주어진 자극의 물리량이 아니라 그 로그에 비례한다고 하는 베버-페히너의 법칙에 따르므로, 소리의 세기를 dB로 나타내면 두 소리의 dB수의 비가 감각상의 소리의 크기의 비에 가까워진다는 이점이 있다.
일반적으로 소리에는 악음(樂音)과 비악음(非樂音)이 있다. 악음이란 규칙적인 진동이 어느 시간 동안 계속되거나, 진동상태의 변화가 완만하여 그 음의 높이를 분명히 인식할 수 있는 소리를 말하고, 비악음이란 주파수나 세기가 불규칙하여 음의 높이가 일정하지 않은 소리를 말한다. 이 밖에 소음(騷音)도 있는데, 이것은 악음 ·비악음의 구별없이 어떤 목적에 있어서 방해가 되는 소리를 말한다. 따라서 어떤 소리가 소음인지는 음향물리면에서가 아니라 주로 음향심리나 음향생리면에서 결정된다.
악음 중에서 가장 단순하고 기본적인 성질을 가진 소리는 단일한 주파수를 지니며 음압의 주기적인 변동이 사인(sine)적으로 변하는 것이다. 이와 같은 소리를 사인 음파 또는 순음(純音)이라고 한다. 자연계에서 순음이 발생하는 일은 아주 드물며, 규칙적인 것으로 생각되는 악기의 소리도 분석해 보면 주파수나 세기가 다른 순음이 겹쳐서 되어 있다. 이것을 순음에 대하여 복합음(複合音)이라 하고, 그 성분이 되어 있는 순음 중에서 가장 낮은 주파수를 가진 소리를 기음(基音), 그 밖의 성분음을 상음(上音)이라고 한다.
또, 특히 상음의 주파수가 기음의 정수배로 되어 있을 때는 그 상음을 배음(倍音) 또는 하모닉스라고 한다. 악기 중에서도 현악기 ·관악기로부터는 배음이 나오지만, 타악기에서 나오는 소리는 반드시 배음이 아니며, 트라이앵글 ·캐스터네츠 등과 같이 높이가 분명하지 않은 음을 내는 악기에서 나오는 소리는 성분음의 주파수가 기음의 주파수와 일정한 관계없이 연속적으로 분포되어 있다.
모든 소리는 일정한 높이 ·크기 ·음색(音色)이라는 감각상의 요소를 지니며, 이것에 의해서 서로 다른 소리로 인식된다. 그 중에서 소리의 높이는 음파의 주파수, 크기는 음압, 음색은 파형(波形)이라는 물리적 요소에 대응하는데, 청각의 감음특성(感音特性)은 일반적으로 복잡하므로 감각상의 3요소가 그것에 대응하는 물리량만으로 일의적(一義的)으로 결정된다고는 할 수 없다.
물리적으로는 청각기를 자극한 소리가 포함하고 있는 기음의 주파수가 이에 대응하며, 기음의 주파수가 높을수록 소리의 높이도 높다. 그러나 기음의 주파수와 정확히 비례관계에 있지 않으며, 실제로는 상음의 주파수나 소리의 세기에도 다소간 영향을 받는다. 소리굽쇠[音叉]를 울려서 주의해서 듣고 있으면 소리가 약해짐과 동시에 높이가 달리 들리는 것도 그런 예인데, 일반적으로 청각이 비교적 예민하게 작용하는 1000∼5만 Hz를 경계로 하여, 그보다 고주파인 소리는 소리의 세기가 증가하면 얼마간 높은 소리로 들리고, 그보다 저주파인 소리는 음량(音量)의 증가와 더불어 낮은 소리로 들린다.
또 소리를 내는 물체(또는 듣는 사람)가 이동하는 경우, 양자(兩者)가 접근할 때는 본래보다 주파수가 높은 소리로 들리고, 멀어질 때는 주파수가 낮은 소리로 들린다. 달려 오는 열차의 기적소리 등에서 느낄 수 있는 이 현상을 소리의 도플러효과라고 한다. 음악에서는 음을 높고 낮은 순서로 늘어 놓은 것을 음계(音階)라 하고 두 음의 높이의 차를 음정(音程)이라고 한다.
소리의 크기는 청각기에 들어오는 소리의 세기 즉 음압에 의해서 결정되지만, 청각기의 감도(感度)는 주파수에 따라 다르므로 소리의 감각상의 크기와 음압과의 관계는 대단히 복잡하다. 이 때문에 음향학에서는 소리의 감각적인 크기를 소리의 크기(loudness)라 하여 소리의 물리적인 세기(intensity)와 분명히 구별하고 있으며, 어떤 소리의 크기를 그것과 같은 크기로 느끼는 기준음(1000Hz의 소리)의 음압레벨(dB수)로 나타내어 이것을 폰(phon)이라고 한다. 즉, N폰의 소리란 주파수 1,000Hz ·N dB인 소리와 같은 크기로 들리는 소리를 말하는데, 예를 들면 주파수 100Hz, 40dB의 소리는 1,000Hz의 소리가 10dB의 세기를 가질 때와 같은 크기로 들리므로 10폰의 크기를 가지는 것이 된다.
같은 높이, 같은 크기의 소리라도 발음체의 종류가 다르면 소리의 질이 다르다. 또 같은 종류의 발음체라도 주의해서 들으면, 각각의 발음체에서 나오는 소리에는 그 발음체 고유의 특징이 있다. 이런 소리의 개성을 음색이라고 하며, 물리적으로는 그 소리에 포함되어 있는 상음의 구성의 차이에 의해 설명된다. 즉 소리의 높이는 주로 그 소리의 기음의 주파수에 의해서 결정되지만, 상음의 구성이 다르면 같은 높이라도 음색의 차이로 이를 분간할 수 있게 되는 것이다.
소리는 모든 물질을 전파하는데, 그 전파속도(음속)는 밀도에 따라 다르다. 이것은 소리의 파동이 원래 압축(밀도 변화)에 대한 물체의 탄성(彈性)에 의해서 일어나는 것에 기인하는데, 일반적으로 물질의 부피탄성률을 B, 밀도를 ρ라고 하면, 그 물질 속에서의 음속은 √B/ρ로 주어진다. 이것을 공기에 대해서 살펴보면, 온도에 의한 밀도의 변화를 고려하여
음속＝340＋0.6(기온－15)m/s
이다. 예컨대, 0℃의 기압하에서는 331m/s, 15℃에서는 약 340m/s가 된다. 다만 외기(外氣)에서의 소리의 전도는 대기 그 자체가 끊임없이 변동하므로 균일하지 않고 그 때의 기상조건에 강한 영향을 받는다.
예를 들면, 바람이 불고 있을 때는 바람이 불어가는 쪽으로는 소리가 빨리 전도되고, 바람이 불어오는 쪽으로는 소리의 전도가 늦다. 또 햇살이 강한 낮에는 대기가 상층으로 갈수록 온도가 낮고 음속이 작기 때문에 지표면 가까이에 있는 음원에서 나온 소리는 굴절하여 위쪽으로 흩어져 버리지만, 밤 또는 낮이라도 대기 속에 온도의 역전층(逆轉層)이 생기는 조용한 겨울의 이른 아침 등에는 소리가 지표면을 향해 구부러져서 멀리까지 전파한다.
공기와 물의 경계처럼 성질이 다른 두 물질의 경계면에 음파가 도달하면, 일부는 물질 속으로 들어가고 나머지는 반사된다. 이 때의 반사 ·굴절 방법은 원리적으로는 빛의 경우와 동일한 법칙에 따르지만, 음파가 미터 단위로 측정할 수 있을 정도의 긴 파장이기 때문에 빛의 경우와 큰 차이가 난다.
예를 들면, 상당히 큰 반사면이 아니면 소리를 충분히 반사시킬 수 없다. 또, 소리가 장애물에 부딪쳤을 때 그 뒤쪽으로 돌아 들어가는 현상(회절)도 뚜렷하며, 상당히 큰 물체도 소리를 차단하기는 어렵다. 즉, 소리는 빛 등에 비해서 지향성(指向性)이 약한 파동이며, 이로 인해서 바다의 깊이를 측정하는 일 등에 사용되었으나, 근년에는 음파보다 지향성이 강한 초음파가 이 방면에 사용되고 있다.
한편, 소리가 물질의 경계면에 도달했을 때 얼마만한 부분이 다른 물질 속으로 들어가는가는 양쪽 물질의 밀도와 그 속에서의 음속의 곱의 상대관계에 의해서 결정되며, 그 차가 클수록 반사율은 크고 물질 속으로 들어가는 비율은 작아진다. 예를 들어 공기 속을 전파해온 소리가 물 속으로 들어가는 확률은, 경계면에 수직으로 들어갔을 때도 12% 정도이고, 물에서 강철로 전파했을 때도 13% 안팎이다.
또 같은 공기라도 가는 관(管) 안의 공기와 관 밖의 공기에서는 관구(管口) 부근에서 그 곱의 값이 갑자기 변하는 조건이 있어 그대로는 관 안에서 발생한 소리가 효율적으로 밖으로 나오지 않는다. 금관악기 등에서는 나팔을 붙여서 이 차를 점진적으로 바꾸어 관 안에서 밖으로 소리가 잘 나올 수 있게 되어 있다.
같은 주파수를 지닌 음파가 겹치면, 어떤 때는 음파의 압축부와 압축부가 겹쳐서 소리가 강해지고, 어떤 때는 압축부와 팽창부가 겹쳐서 소리가 약해진다. 이것을 소리의 간섭이라고 한다. 이것은 음향기기에서 문제가 되는 현상인데, 예를 들어 스테레오용의 스피커 캐비닛에서는 스피커의 뒷면에서 나온 소리가 앞쪽으로 돌아나와서 전면에서 나오는 소리를 약하게 하므로, 양쪽 소리의 압축부와 압축부가 겹쳐서 서로 소리를 증강하도록 캐비닛의 구조를 특별히 만든 것도 있다.
한편, 소리가 울리는 현상은 진동수가 약간 다른 두 소리의 간섭에 의한 것이며, 1초 동안의 울림수는 두 소리의 주파수의 차와 같아진다. 또, 소리의 공명(共鳴)이란 물체가 스스로 낼 수 있는 소리의 주파수 즉 고유진동수와 같은 주파수의 소리를 만나 저절로 울리는 현상을 말한다. 관악기는 이것을 이용한 것인데, 관구를 세게 불어 공기의 소용돌이를 일으키거나, 관구 가까이에 단 리드를 불어서 공기를 진동시켜 이것을 관 안의 기주(氣柱)에 공명시켜서 소리를 내는 구조로 되어 있다.
실내의 음원에서 나오는 소리는 벽·천장·마루 등에서 여러 번 반사되므로 옥외에서 듣는 것보다 소리가 강해져서, 음원의 발음을 멈추어도 얼마 동안 소리가 계속해서 들린다. 이 현상이 잔향(殘響)이다. 정도의 차이는 있으나 잔향이 완전히 없는 방은 없으며, 특히 지하도 등 단단한 벽과 천장으로 둘러싸인 곳에서는 심하다. 잔향은 방의 음향특성을 결정하는 중요한 요소이며, 특히 극장·음악당 등 잔향효과가 중요시되는 건물에서는 잔향의 정도가 설계의 성패를 결정하는 하나의 요소가 된다.
보통 잔향의 정도는 음원의 발음을 멈춘 다음 소리의 세기가 100만분의 1, 음압레벨로 나타내면 60 dB로 저하할 때까지의 시간(잔향시간)으로 측정하는데, 가장 알맞은 잔향시간은 음악연주에서 1.5∼2초, 강연 등에서는 1∼1.5초 정도이다. 잔향이 이보다 길게 계속되면 소리가 뒤섞여서 똑똑히 들리지 않거나 소리의 단락이 나빠지고, 반대로 잔향의 정도가 작으면 야외연주나 야외강연에서처럼 소리가 건조하여 삭막한 느낌을 준다.
일반적으로 잔향시간은 방의 부피에 비례하고, 그 방의 전흡음량(全吸音量)에 반비례한다고 하며, 방의 벽에 적당한 흡음재(吸音材)를 사용함으로써 그 정도를 가감할 수 있으나, 잔향시간은 소리의 진동수에 따라서 다르므로 전주파수에 대해서 잔향시간을 균일하게 하는 등 실제의 음향설계에는 어려운 문제가 따른다.
소리에 대한 물체의 성질 중 실용(實用)면에서 중요한 것은 흡음성과 차음성(遮音性)이다. 이 중에서 흡음성이란 그 물체에 도달한 소리를 약하게 해서 반사하는 성질이며, 특히 유리섬유나 암면(岩綿) 등 다공성(多孔性) 물질은 이 성질이 풍부하다. 또 얇은 금속판이나 합판 등은 단단한 벽에 밀착시켰을 때는 흡음성이 약하지만, 벽에서 어느 정도 사이를 두어 벽 사이에 공기층을 만들면 공기층이 용수철같은 작용을 하여 소리의 에너지를 소모시키므로 흡음성이 커진다.
그러나 물질의 흡음성은 소리의 주파수나 입사각(入射角)에 따라 차이가 나는데, 예를 들어 다공성인 흡음재는 주파수가 비교적 높은 소리에는 유효하나, 주파수가 낮은 소리에 대해서는 두께를 상당히 늘리지 않으면 효과가 적다. 흡음성의 정도를 흡음률이라고 한다. 흡음률 1이란 활짝 열어젖힌 창문처럼 소리가 아무런 방해를 받지 않고 지나가는 것을 말하고, 흡음률 0.1이란 90%가 반사되는 것을 뜻한다.
한편, 차음성이란 그 물체에 들어온 소리를 차단하여 투과시키지 않는 성질을 말하며, 차음성의 정도 즉 차음률은 내부에 작은 구멍이 뚫려 있지 않는 한 그 물체(예를 들면 벽)의 단위면적당의 무게를 늘림으로써 증가한다. 이런 점에서 두껍고 무거운 벽은 차음률이 우수하다고 할 수 있다. 그러나 보통의 일중벽(一重壁)에서 음압레벨을 30dB 감소시키고자 하면 1m2당 5kg 정도, 40dB 감소시키고자 하면 1m2당 70kg이나 재료가 필요하므로 고도의 차음성을 일중벽에서 얻기는 어렵다.
따라서 아주 작은소리라도 방해가 되는 무향실(無響室)이나 방송 스튜디오 등에는 적당한 공간을 둔 다중벽(多重壁)을 사용하여, 다중벽에 의한 차음효과의 중복과 그 사이에 있는 공기에 의해 소리의 에너지를 소모시킴으로써 소리를 차단하는 방법을 취하고 있다.
발음체의 진동과 거기서 나오는 소리와의 관계는 옛날부터 경험적으로 알려져 있으며, 주로 악기의 원리로 이용되어 왔다. 이 관계는 현재도 각종 진동체에 대해서 연구되고 있으며, 현악기 ·관악기의 발음원(發音源)인 현(弦)과 기주(氣柱)의 진동에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
양 끝을 고정하고 팽팽하게 친 현을 퉁기면 그 진동상태에 따른 소리가 발생한다. 즉, 현을 세게 퉁기면 소리가 크고, 약하게 퉁기면 소리가 작으나, 소리의 높이에는 변함이 없다. 일반적으로 현의 진동에 의해서 생기는 소리의 높이는 현의 길이와 질량 및 현의 장력(張力)에 의해 결정되는데, ① 현의 길이에 반비례하고 ② 장력의 제곱근에 비례하며 ③ 현의 단위길이당 질량에 반비례한다는 것이 알려져 있다. 현악기에서 음의 높이를 조절할 때 현의 누르는 곳을 바꾸고, 고음부(高音部)의 현일수록 가는 줄을 쓰고 장력을 세게 하는 것은 이 때문이다. 또, 현에서 나오는 음의 높이를 결정하는 기본진동은 중앙에 최대진폭을 가지는데, 이 밖에 전체가 정수(整數)로 등분되어 진동하는 배진동(倍振動)이 동시에 일어나서 이것이 음의 상음을 형성하여 그 음의 음색을 결정하게 된다.
관 안에 있는 공기는 기둥 모양으로 되어 있으며, 관구를 불거나 리드를 진동시키면 공기가 공명하여 진동함으로써 일정한 높이의 소리가 나온다. 이 경우 관의 바닥이 막혀 있는 경우[閉管]와 뚫려 있는 경우[開管]는 진동의 양상이 다른데, 폐관에서는 관의 바닥이 진동의 마디가 되고 관구가 진동의 배가 되지만, 개관에서는 관의 양끝이 진동의 배에 해당하고 관의 중앙이 진동의 마디가 된다. 따라서 폐관에서 발생하는 소리의 파장은 관 길이의 4배, 개관에서는 관 길이의 2배가 되고, 기음의 주파수는 폐관에서는 관 길이의 4배에 반비례하고, 개관에서는 2배에 반비례한다. 또, 이 경우도 기본진동 외에 그 정수배인 진동수의 배진동이 생겨서 각 음의 음색을 결정하는 상음이 발생한다.
사람의 음성(목소리)은 성대의 진동에 의해서 생긴 잡음이 구강(口腔) ·비강(鼻腔) ·후두(喉頭) 등 유연한 근육으로 이루어진 일종의 공명기(共鳴器) 안에서 변조되어 나오는 것이며, 그 진동수 범위는 100∼8000Hz이다. 그러나 성대가 진동하는 빠르기는 현의 경우와 마찬가지로 그 길이 장력에 의해서 결정되므로, 성대가 짧은 사람일수록 목소리가 높다. 여성이나 어린이의 목소리가 높은 것도 성대가 남성의 성인(成人)에 비해서 얇고 짧기 때문이며, 이른바 남자의 변성(變聲)은 성대가 있는 후두부가 갑자기 발달하여 커지는 데에 그 원인이 있다.
또, 성대를 진동시키지 않고 기관(氣管)에서 나오는 공기를 공명시키면 속삭이는 소리가 되는데, 이 경우는 비악음에 가까우므로 노래를 부를 수는 없다. 음성에는 모음(母音)과 자음(子音)이 있는데, 모음이 구강 안의 공명인 데 비해 자음은 입술이나 이 ·혀 등에 의한 마찰음이며, 곧 감쇠한다. 또 모음은 아 ·에 ·이 ·오 ·우의 다섯 음성으로 구별되는데, 이것들을 서로 분간할 수 있는 것은 각 모음에 특유한 주파수 영역의 성분음을 포함하고 있기 때문이며, 모음 그 자체의 높이(기음의 주파수)나 음색(파형)과는 관계가 없다.
예를 들면, 어떤 높이의 소리라도 600∼1,500Hz의 주파수를 가진 성분음이 포함되어 있으면 ‘아’로 들리고, 250∼500Hz 및 2,300∼3,500Hz의 진동수를 가진 성분음을 포함하고 있으면 ‘이’로 들린다. 일반적으로 이와 같은 각 모음의 특징으로 되어 있는 소리의 주파수 영역을 그 모음의 포르만토(formanto)라고 한다. 극단적으로 높은 음성, 예컨대 소프라노 가수의 높은 음성에서 모음의 구별이 뚜렷하지 않은 것은 주파수가 너무 높아 포르만토가 포함될 여지가 없기 때문이다.
