[사이언스칼럼] 과학은 소리도 보이게 한다

  • 오피니언
  • 사이언스칼럼

[사이언스칼럼] 과학은 소리도 보이게 한다

손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원

  • 승인 2024-04-04 15:43
  • 신문게재 2024-04-05 18면
  • 임효인 기자임효인 기자
clip20240404093555
손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원
사물들의 독특한 소리를 활용해서 연주하는 음악들을 좋아한다. 그들의 재치있는 표현이 참신하지 않은가? 자를 손가락으로 튕길 때 나는 소리로 위치를 바꿔가면서 연주하거나 윈도우 효과음을 조합해서 음악을 만들기도 한다. 심지어 타자기의 찰칵거리는 소리를 활용하기도 한다. 클래식에서는 타악기 대신 망치와 모루를 이용해서 표현한 곡들이 종종 등장한다. 요세프 스트라우스(Josef Strauss)의 '대장간 폴카(Feuerfest Polka)'와 오페라 '일 트로바토레(Il trovatore)'에 등장하는 '대장간의 합창(Anvil Chorus)'이 대표적이다. 조금 현대적인 곡으로는 빈터가탄(Wintergatan)의 '스타머신 2000(Starmachine 2000)'이 가볍게 들을 만하다.

그런데 사물을 이용한 소리로 음악을 만드는 게 아니라 음악 소리를 이용해 사물에 특이한 모양을 만들어 내기도 한다. 바로 니젤 스텐포드(Nigel Stanford)의 'Cymatics'라는 곡이다. 유튜브에서 찾아보면 이들의 뮤직비디오 영상을 확인할 수 있는데, 음악에 맞춰 고유한 모양을 만드는 6개의 각기 다른 물리 현상을 활용한다. 오늘은 그 중에서 인상 깊었던 두 가지, 루벤스 튜브(Rubens'tube)와 클라드니 도형(Chladni'figures)을 간단하게 소개하고자 한다.

루벤스 튜브는 기다란 관에 일렬로 조그마한 구멍을 수십 개 뚫고, 인화성 가스를 한쪽 끝에서 공급하면서 작은 구멍을 통해 불을 붙이면 완성된다. 이러면 작은 구멍 위로 불기둥들이 만들어지는데, 이 불기둥이 오늘의 주인공이다. 루벤스 튜브의 반대쪽 끝에 스피커를 연결해 소리를 전달하면 특정 지점에서 불기둥이 높게 솟구치거나 낮아진다. Cymatics에서는 이를 이용해 음악에 맞추어 불기둥이 춤추는 모습을 보여준다.

한편, 클라드니 도형은 사각형의 판 위에 적당한 양의 모래를 뿌려두고 판 밑에는 위아래로 진동하는 진동기를 장착한다. 음악을 이루는 소리의 진동수를 진동기가 전달하고 사각형 판은 이에 맞춰 진동한다. 판 위의 모래 알갱이들은 특정 음에 따라 진동하면 판의 어떤 위치에서는 벗어나려고 하고, 다른 어떤 위치에서는 모이려고 한다. 이런 지점들이 모여 클라드니 도형이라고 하는 여러 모양이 만들어지고, 음악에 따라 모양들이 변한다.

소리를 '보여주는' 이 두 가지 현상은 모두 정상파(定常波, Stationary wave)라는 물리 현상과 관련 있다. 소리는 공기의 진동에 의해 파동으로 전달된다. 이때 파동의 높이인 진폭은 진동의 세기, 파동의 횟수는 진동수를 의미한다. 정상파는 동일한 진폭과 진동수를 가진 두 파동이 서로 반대 방향으로 진행하면서 합쳐져 발생한다. 두 파동이 만나면 서로 겹쳐지면서 진폭이 최소 지점인 마디(node)와 최대 지점인 배(antinode)를 형성한다. 마디에서는 진폭이 없는 듯 마치 진동하지 않는 것처럼 보인다. 반대로 배에서는 진동이 가장 강하다. 이런 현상이 일어나는 정상파가 루벤스 튜브와 클라드니 도형과 어떻게 연관될까?

루벤스 튜브에는 인화성 가스가 흐르고 있고 한쪽 끝에서 소리가 전달된다. 만약 소리의 음파가 정상파 형성 조건에 부합한다면 진동의 세기가 강한 지점에서는 가스를 높이 밀어 올리고 진동의 세기가 약한 지점에서는 가스를 밀어올리지 못해 불기둥의 높이는 뚜렷한 차이를 보이게 된다. 클라드니 도형도 동일한 원리로 사각형 판이 진동할 때 형성된 정상파로 모래 알갱이가 진동이 가장 강한 배 지점에서 진동이 거의 없는 마디로 이동하면서 판에 형성된 정상파 모양을 보여주게 되는 것이다.

사실 이 곡은 정상파를 만들어 시각적 효과를 보여주는 것을 고려했기 때문에 곡 자체로만 본다면 음계가 풍성하다는 느낌을 받지는 못했다. 하지만 청각적인 자극인 음악을 과학적인 원리를 활용해 시각적인 효과를 만들어 보여준다는 점에서 인상 깊어 독자들에게 소개해보았다. 손원혁 한국원자력연구원 첨단양자소재연구실 선임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 오월드 늑대 '늑구 탈출' 대전시장·도시공사 사장 사과…"재발방지 대책 수립"
  2. [인터뷰]노금선 실버랜드 원장(선아복지재단 이사장)
  3. [썰] 김제선, 민주·진보 교육감 단일화 설득?
  4. [결혼]이광원 전 대전MBC 국장 자혼
  5. 김제선, 민주당 대전 중구청장 후보 확정… "중구다운 새로운 발전의 길"
  1. [현장취재]윤성원 한남대 총동문회장, 제38대 이사회 및 교류회 개최
  2. [현장에서 만난 사람]강형기 (사)한국지방자치경영연구소 이사장
  3. [현장취재]대전크리스찬리더스클럽 4월 정기예배
  4. "노인을 대변하는 기자 되길"… 2026년 노인신문 명예기자 위촉
  5. 대전·세종·천안·홍성·청주지역공인회계사회, 17일 본격 출범

헤드라인 뉴스


종전 기대감에 `1조 클럽` 회복…코스닥 왕좌 경쟁도 `치열`

종전 기대감에 '1조 클럽' 회복…코스닥 왕좌 경쟁도 '치열'

중동 전쟁 충격으로 급감했던 국내 증시 '1조 클럽' 상장기업 수가 최근 종전 기대감의 확산으로 주가가 반등하며, 전쟁 이전 수준까지 회복한 것으로 나타났다. 이와 함께 코스닥 시장에서는 에코프로, 에코프로비엠, 알테오젠 등 충청권 기업 3곳이 불확실한 국제정세 속 시가총액 1위 자리를 놓고 치열한 경쟁을 벌이고 있다. 19일 한국거래소에 따르면 이달 17일 기준 시가총액 1조 원 이상 상장사(우선주 포함)는 총 377곳으로 집계됐다. 코스피 종목은 253개, 코스닥은 124개다. 시가총액이 10조 원 이상인 상장사는 76곳으로 조..

대전 유성 엑스포아파트 재건축 입안제안… 유성구 `최종 수용 결정` 통보
대전 유성 엑스포아파트 재건축 입안제안… 유성구 '최종 수용 결정' 통보

대전 유성구 전민동 엑스포아파트 재건축 사업이 '입안 제안'을 유성구가 '최종 수용 결정'을 하면서 사업이 본궤도에 오를지 주목된다. 19일 정비업계에 따르면 엑스포아파트 재건축 추진준비위원회는 17일 유성구로부터 재건축 추진을 위한 지구지정 신청서에 대한 '최종 수용 결정'을 통보받았다. 즉, 재건축 예정 지구로 인정됐다는 얘기다. 이와 함께 추진준비위원회는 추진위원회 구성 신청 절차에 착수할 수 있게 됐다. 추진위가 정식으로 승인되면 재건축 기본법인 '도시 및 주거환경정비법'에 따라 공적 기구로 격상돼 사업 추진에 동력을 얻게..

"저렴한 식당 없나"... 대전서 소비 지출 최소화 거지맵 활성화
"저렴한 식당 없나"... 대전서 소비 지출 최소화 거지맵 활성화

식자재 가격 인상과 외식물가 상승으로 대전에서 점심과 저녁 식사 비용을 최소화하기 위해 공유하는 '거지맵' 사용이 20·30 세대 사이에서 붐처럼 일고 있다. 물가 상승세가 꺾일 기미가 보이지 않자 일상과 가장 밀접한 소비 중 하나인 외식비를 1만 원 이하에서 해결하려는 이들이 서로 정보를 공유하며 가격에 지출을 맞추는 소비패턴을 보인다. 19일 한국소비자원이 제공하는 가격정보시스템 참가격에 따르면 3월 대전 주요 외식 품목 평균 가격은 1년 전보다 대부분 항목에서 인상됐다. 가장 큰 인상세를 이룬 품목은 김밥으로, 2025년 3월..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 늑구 탈출 관련해 사과하는 정국영 대전도시공사 사장 늑구 탈출 관련해 사과하는 정국영 대전도시공사 사장

  • 열흘 만에 돌아온 ‘늑구’ 브리핑 열흘 만에 돌아온 ‘늑구’ 브리핑

  • 세월호 순직교사 故 김초원 씨의 부모가 전하는 생일 축하인사 세월호 순직교사 故 김초원 씨의 부모가 전하는 생일 축하인사

  • 씨 없는 포도 ‘델라웨어’…전국 첫 출하 씨 없는 포도 ‘델라웨어’…전국 첫 출하