[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. 세종시 '집현동 행정복지센터' 개청, 주민 불편 해소
  2. '대통령 세종 집무실' 설계 지연… 2029년 문 열 수 있나
  3. 아산시, 36년 묶인 온양상수원 보호구역 해제 '본격화'
  4. 해수부, 2030년 부산 신청사 완공... 핵심 과제 본격 시동
  5. 천안시 성거읍 기관단체협의회, 정기회의 개최…지역 현안 논의
  1. 아산시, 장애인과 비장애인 화합의 운동회 개최
  2. "주민이 만들고 함께 나누는 '온주 마을장터' 열린다"
  3. 순천향대, 충남 직업계고 취업박람회서 부스운영
  4. 아산시, "고액 상습 체납 법인 뿌리뽑는다"
  5. 장종태 "당원 중심 원팀 개혁"… 민주당 대전시당위원장 출사표

헤드라인 뉴스


아산시, 36년 묶인 온양상수원 보호구역 해제 `본격화`

아산시, 36년 묶인 온양상수원 보호구역 해제 '본격화'

아산시가 1990년 지정된 이후 36년 동안 유지되어 온 온양 상수원 보호구역을 해제하기 위한 본격적인 행정 절차에 들어갔다. 17일 시에 따르면, 이달 16일부터 29일까지 장존동 일원에 위치한 상수원보호구역(총 면적 55만 2358㎡)의 해제를 위한 주민 공람 공고를 진행한다. 앞서 시는 보호구역 해제의 핵심 선결 과제였던 온양천 취수원의 생활용수를 공업용수로 전환하는 사업을 추진해 왔으며, 지난 4월 전기시설 구축을 비롯한 관련 기반 공사를 모두 마무리했다. 이번 규제 완화로 그간 발전이 정체됐던 장존동과 좌부동 일대의 개발..

`BRT·CTX` 세종 광역교통 미래는?…5기 시의회 첫 업무보고
'BRT·CTX' 세종 광역교통 미래는?…5기 시의회 첫 업무보고

바로타(BRT·간선급행버스체계)와 충청권 광역급행철도(CTX) 등 세종 광역교통망의 중심축이 될 인프라들이 하나둘 행정절차를 넘어서며 궤도에 진입하고 있다. 행정수도와 충청권 각지를 연계한 교통망 구축에 지역사회의 기대감도 상당한데, 현재로선 일부 사업의 재정 문제 해결이 관건으로 꼽힌다. 세종시의회 도시환경위원회는 16일 5기 원 구성 이후 첫 회의를 열고 교통국에 대한 상반기 추진 실적과 하반기 추진계획 보고를 진행했다. 이 자리에서 이순열 위원장(도담동·더불어민주당)은 현재 추진 중인 광역BRT 사업의 잔액과 계획 등에 대해..

`대통령 세종 집무실` 설계 지연… 2029년 문 열 수 있나
'대통령 세종 집무실' 설계 지연… 2029년 문 열 수 있나

'대통령 세종 집무실' 설계가 두 달 남짓 지연되면서, 2029년 8월 정상 개관 여부에 관심을 모으고 있다. 수도 서울의 상징인 청와대가 완공된 1991년 이후 38년 만에 행정수도 세종에 문을 연다는 의미는 남다르기 때문이다. 국가균형성장과 수도권 과밀 해소란 시대적 과제를 실현하는 한편, 지방분권의 새 장을 마련한다는 뜻에서도 정상 건립은 중요하다. 강주엽 행복청장은 지난 16일 대통령 업무보고를 통해 "현재 설계 과정이 두 달 남짓 지연됐다. 대통령 세종 집무실 건립이 지연되지 않는다고 단정해 말씀드릴 순 없다"라며 "속도가..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 실종된 태극기 실종된 태극기

  • ‘제헌절에 대해 공부해요’ ‘제헌절에 대해 공부해요’

  • 나에게 맞는 대학은? 나에게 맞는 대학은?

  • 초복 앞두고 북적이는 삼계탕집 초복 앞두고 북적이는 삼계탕집