1.3 소리 (The nature of sound)

  신디사이저에 대해 알아보기 전에 반드시 짚고 넘어가야 할 부분은 "소리" 자체에 관한 것이다.

Sound

아주 냉철하게 설명하면...
진동이다.
(좀더 물리적인 정의를 알고 싶다면,
http://blog.naver.com/auralux/110014961083
요기를 참조하세용 요기가 내가 앞으로 쓸 글보다 훨씬 좋은 것 같다. ㅋㅋㅋ)


좀더 깊이 들어가면 내 내공의 한계가 오기 때문에 이쯤에서 스톱 !


일정한 주기로 물질이 진동하는데 그 진동이 귀에 느껴져서 소리가 되는 것이다.

꺅 이제 그대는 안드로메다로 빠질 준비가 되었는가?

준비가 안 되어 있어도 당신은 이 글을 쭈욱 보면 안드로메다의 무한한 세계로 뻗어나가게 될 것이다.




1. 안드로메다 입구.

  소리는 아니 좀 더 일반적으로 signal은 2가지로 나뉜다. 기음(fundamental) 그리고 배음(harmonics)...

음향적인 측면에서 보면 이 두가지가 각각 음의 높이와 음색을 결정하는 요소가 된다.

  기음이란 기본이 되는 음 즉, 가장 기초가 되는 음이라고 할 수 있는데, 어떤 소리를 쫙 펼쳤을 때 가장 낮은 진동수의 음이다. (일단 혼란에 빠질 지라도 그냥 이거다 생각하고 다음을 보라. 점점 같이 이해가 될 것이다.)

  배음이란 기음 위에 쌓여서 음색을 결정하는 음들로 기음의 진동수의 정수배를 가리킨다.
440hz가 있다면 첫번째 배음은 880hz, 그 다음은 1320hz... 이런식으로 나갈 것이다.

기음과 배음의 구조! 꺅 다음의 소리를 들어보시라.
다음은 가운데 '도'의 배음구조를 살펴 본 것이다.

1. harmonics.mp3

잘 들어보면...

그냥 도로 시작해서 옥타브 도(1번배음) 그다음 솔(2번배음) 그 다음옥타브 도(3번배음)
그 다음 미(4번배음), 솔(5번배음).... 이렇게 진동수의 정수배로 지나간다.
아래를 보면 좀 더 설명이 되어있다.

사실 갑자기 여러가지를 설명하려니까 뭣부터 설명해야 할지 잘 모르겠당.
그래서 갑자기 뜬금없이 2가지를 설명하고자 한다. ㅋㅋ막장임. frequency와 amplitude이다.

frequency : 진동수라고도 하며, 음향적으로 음의 높이라고 생각하면 된다.
진동수가 크면 음이 높다.
또한 특별한 점은 frequency와 음 높이의 관계이다.
frequency가 2배가 되면 음은 한 옥타브가 오른다.
(440hz가 '라'인데, 880hz는 그보다 한 옥타브 높은 '라'가 된다.)

이 그림을 보면 사실 그림이 별로 좋진 않다고 생각한다. 왜냐하면 알아보기 힘드니까 ㅋㅋ
요기에서 시간 축으로 봤을 때 사인 함수의 모습이다. 주기적이지.
일정한 진동이 반복되는 거다. 그러니까 소리가 나지.
sin(x)와 sin(2x)는 frequency가 2배 차이난다.
(ㅎㅎ 옛날에 배웠던 수학을 다시 떠올려보셈 역시 수학은 생활 속에 숨어 있음 ㅋㅋㅋ)
그래서 이게 더 높은 소리가 나는 것이다.


Amplitude : 진폭이라고도 하며 음의 세기 정도로 생각하면 맞나? ㅋㅋ
사실 frequency보단 별로 중요하지 않다.

요 그림이 바로 진폭의 차이를 설명한다.

결국, A * sin(ax)
가 있을 경우 A는 amplitude와 관계 있고 ax는 frequency와 관련이 있다. 후후...

2. 안드로메다로 쭉쭉 빨려들어감...

  1번이 이해가 안되었을 경우는 사실 그냥 넘겨도 크게 지장은 없다. 하지만 알고 있다면 매우 좋지.

앞으로를 이해하는 데 큰 도움이 될 것이다. 캭캭캭 드디어 개봉 박두.

위의 두 그래프의 x, y축 각각의 의미하는 것은 매우 중요하다.
y축은 signal strength
x축은 time이다.

빨강색은 중요한 것을 표시할 때 하지 ㅋㅋㅋ 진짜 중요하다.

사실 위의 그래프는 중요하지 않다. 왜냐하면 x축이 시간이기 때문이다. 그런데 전대미문의 놀라운 일이 벌어진다. 그것은 저 그래프의 x축이 time에서 frequency로 변하기 때문이다. 즉,

Time domain concept 에서 Frequency domain concept로
domain shift가 일어난다.

푸리에 변환....;;; 으로 가능해지는데, 사실 난 공대생이지만 부끄럽게도 잘 모른다 ㅋㅋㅋ
(모든 공대생의 기본... ㅋㅋ)
어쨌든 변환하는 식이 막 적분해주시는데 여기에 인테그럴 지렁이 님들을 모실 수는 없다.

즉,

이 그래프가

이 그래프로 바뀐다는 소리다.

아래 그래프는 직관적이다. frequency들의 막대그래프가 나오면서 파형들에 대한 기음/배음구조가 명확해진다.
게다가 이런 기반을 깔고 synthesizer를 다루기 시작하면 소리에 대해 훨씬 더 근본적인 반응을 할 수 있다.



3. 정신없는 안드로메다 ㅋㅋ

  2번은 나름대로 조금은 이해해야 한다고 생각한다. 충분히 가치가 있다. 그럼 이제 기본 파형들에 대해서 알아보고 기본 파형이 어떤 배음구조를 지녔는지 보자.

1) sin wave

  가장 기본은 뭐니뭐니해도 sin 파형이다. 이 파형은 무지무지 간단하다. 기음만 있고 배음은 없다. 따라서 frequency domain에서 보면 위의 그림럼 배음이 없는 것을 알 수 있다 (막대기 하나는 기음)

 

그리고 sin wave의 소리는 이렇다. 배음이 없다보니 아주 단순한 소리가 난다.

1. sin.mp3

2) sawtooth wave 

  톱니파형이라고 부르는데, 이건 배음이 아주 까득찼다. 다음과 같이 frequency domin에서 볼 수 있다. 캭캭캭.

  그리고 sawtooth wave의 소리는 이렇다. 배음이 많다보니 좀 꽉 찬 느낌이 난다.

1. sawtooth.mp3

3) square wave

  사각파 혹은 펄스(pulse)파라고도 하는데 그 이유는 본능적으로 느껴진다 ㅋㅋ... 이 파형은 배음이 두 번에 하나씩 있다. 그래프를 보면 이해가 되지.

  실제 소리를 들어보면 약간 빈 느낌이 난다. 영어 단어로 표현해 놓은 것을 보니 hollow하대. ㅎㅎ

1. Pulse.mp3

4) triangle wave

  삼각파라고 하는데 사실 별로 잘 안쓰게 된다. 사인이랑 비슷하기도 하고... 나중에 modulation할 때 좀 쓰이는데 oscillator의 파형으론 잘 선택하지 않는 편이다. 배음이 많지가 않다.
(내 개인 취향이므로 태클 사절 ㅋㅋ)

  소리도 그닥 개성이 있진 않다.

1. triangle.mp3

5) User defined wave

  그 밖에 많은 파형들이 있다. 하지만 이것은 기본파형이라고 할 수 없다. 여러가지를 섞은 것일 수도 있고 임의의 배음을 조합해서 음색 자체를 만들어버렸을 수 있다. 상당수의 신디사이저가 이런 자원들을 많이 가지고 있다. 이게 Virtual analog synthesizer들의 매력 아닐까 생각도 든다.

임의의 배음이 있고... 뭐 그걸 다시 푸리에 변환 같은 걸로 하면 sin + sin + sin + ... 구조 정도로 나와서 기음과 배음이 이루어지겠지... ㅋㅋㅋ

더 자세한 것은 나중에 oscillator할 때로 미루기로 하고 지금은 여기까지? ㅋㅋㅋ
아 이해가 잘 되게 설명하는 것이 주된 목적이었는데 나의 목적이 잘 달성되었는지 모르겠다....

그림들의 출처는 구글 이미지 검색해서 이것저것 퍼왔고.. -_-;;; 악
Clavia nord modula classic(g1) manual에서 몇 개 따왔는데,
문제가 되면 말해주세요 그림 교체하겠습니다. ^^

아 불펌은 하지 말아주세요...ㅠ
열심히 쓴거에요