2장 - 물리음향 2절 - 물리적 소리 현상1

1. 반사 및 흡수

- 입사(incidence wave), 반사(reflected wave), 투과(transmitted wave)는 물질의 '밀도'에 영향을 받는다. 

- 특성 임피던스(characteristic impedance)는 밀도X속도 로 나타내고, 두 매질간의 반사율과 투과율을 다음과 같이 나타낼 수 있다.

 

- 소리가 어떤 물체를 맞고 반사 될 때, 소리의 파장이 물체의 크기의 최소 1/4은 되어야 반사가 가능하다. 만약 벽이 1.7m라면, 4배인 6.8m의 파장을 갖는 50Hz까지의 소리는 모두 투과를 하게된다. 하지만 51Hz부터는 반사를 한다. 그리고 1.7m인 200Hz는 음향에너지의 절반이 반사되고 나머지는 이 물체를 투과한다. 그리고 이 벽의 1/4인 42.5cm파장을 갖는 800hz는 모두 반사가 된다. 

 

- 소리가 입사하는 것은 각도도 관련 깊다. 첫번째 매질에서 입사각, 반사각은 같지만 두번째 매질의 입사각 반사각은 다르고 이것을 굴절각(Refracting angle)이라 부른다. 

소리가 반사될 때는 다음 규칙을 따른다.

* 음속 파장 주파수가 변하지 않는다 / 소리가 다른 매질로 일부 투과되면 반사된 음향에너지와 진폭이 감소한다 / 소리의 진행 방향은 파면에 항상 수직한다 / 구면파도 평면파처럼 입사각과 반사각이 같다.

- 공연장은 천장,벽면을 둥글게해서 산란을 일으키기도 함

 

2. 굴절(refraction)

- 굴절은 매질간의 음속차이에 의해 일어난다. 이 음속은 온도에 따라 영향을 받는다. 또한 온도는.. 거리에 따라서 달리지기도 한다. 즉 진행방향에 영향을 준다.

굴절을 정리하면

* 음속 때문에 굴절이 일어난다 / 주파수를 변화시키지는 않는다 / 동일 매질이어도 온도가 다르면 굴절이 일어난다 / 소리 진행 방향은 파면에 수직한다 / 두 매질 사이의 굴절률은 입사각에 관계없이 일정하다 / 입사각과 굴절각 중에서 각도가 큰 쪽이 음속과 파장도 길다.

 

3. 회절

- 작은 틈이 있으면, 거기서 구면파가 생긴다. 이것도 회절이고. 슬릿의 크기가 파장보다 크면 회절이 나타나지 않는다.

- 아예 벽이 있을때 돌아가는 것(sound image)도 회절이다. 이것은 입사파의 파장과 벽면의 크기와 관련이 깊다. 벽면이 1.7m이면 1.7m보다 파장이 큰 주파수만 회절이 된다. 

 

4. 간섭

(1) 보강 간섭(Constructive interference)

같은 음원이 만나면 출력이 2배

 

(2) 소멸 간섭(Destructive inteference)

같은 음원이 위상이 180도 차이(반대) 면 상쇄

 

5. 맥놀이 현상(beat)

에밀레종을 울리면 우우웅~우우웅~ 하는게 맥놀이 이다. 이제 종의 재질하고 형태 때문에 나타나는 현상이다. 비슷한 순음이 간섭을 일으키면 일정하게 커졌다가 작아졌다가를 반복한다.

 

6. 정상파

파형에서 음압이 가장 크게 변하는 지점을 배(antinode)라고 하고 평형 지점인 부분을 (node)라고 한다. 

여기서 주목할 만한 것은, progressive wave라는 것이(정상파) 이것이 생기는 과정이. 한번에 뙇! 생기는게 아니라. 순음이 점차 겹쳐지면서 구성이 된다는 것.

 

7. 공명

외력과 고유진동수가 일치하는 현상

(1) 헬름홀츠 공명기(Helmholtz resonator)

공식 check

 

(2) 기주의 공명

목관악기의 길이와 구멍에 따라 기본음이 달라진다(파장 길이와 관계). 목관 악기의 소리는 기주에 의해 정재파가 생기면서 정상파를 만들어내며 공진을 일으키는 것 이것을 공명주파수라한다. 정재파가 만들어지려면, 입사파와 반사파가 존재해야함. 외이도를 한쪽 끝이 닫혀 있는 귀주로 취급하여 계산하면 성인은 2~3kHz , 소아는 5~6khz에서 공명이 일어난다.

 

8. 도플러 효과 

지금까지 청자는 정지상태였다. 하지만 여기서는 음원과 청자가 둘다 움직인다.

 

9. 음향 초점

오목 볼록에 의해 음향 초점이 생길 수 있음. 반대로 음향 데드 포인트가 생길수도있다.

 

10. 확산

확산은 공간에서 동일한 음압이 되도록 활용되기도 한다.

 

11. 콤필터 효과

반사로 인해서 특정 주파수에서 dip이 생기는 것. 공식 있음.

 

12. 에코

콤필터는 10ms미만일 때, 30~50ms이상되면 2개 이상으로 들린다. 계속 벽면에 반사되면서 튀는 장애 현상을 flutter echo라한다.

 

13. 근접 효과

마이크과 음원이 가까우면 감도가 높아지는 것을 근접효과(proximity effect)라 한다.