공명(resonance)이란 무엇일까?

 

공명 현상은 무엇을 말하나?

귀를 이루는 인체의 각 부위에 대하여 알아보자

 

공명(共鳴)이라는 말이 있습니다. 함께 공에 울 명자가 붙어서 형성된 단어입니다. 음향의 차원에서 공명 현상에 대하여 알아볼까요? 함께 운다!!

 

공명(resonance)

공명은 한자의 표현대로 함께 울린다는 뜻입니다. 물체는 고유 진동수라는 것을 내재하고 있습니다. 특정 주파수에 반응하여 함께 울리는 그 진동수를 가리킵니다. 같은 고유 진동수를 가진 물체가 가까이 있을 때 둘 중 하나를 울리면 옆에 있던 물체가 함께 울립니다. 왜냐하면 같은 고유 진동수를 가졌기 때문입니다.

 

일전 면적에 갖혀있는 공기도 진동에 대하여 공명합니다. 이 때 공기가 들어 있는 공간을 공명실이라고 합니다. 어쿠스틱 기타의 나무통이 공명실에 해당합니다. 바이올린도 마찬가지고요.. 인체에도 공명실이 있습니다. 비강, 구강, 인두(咽頭)가 공명실에 해당합니다. 인두는 구강과 식도 사이에 있는 기관입니다. 이러한 공명실의 공기가 외부 파동에 반응하여 그 파동의 진폭을 키워 최초의 외부 파동에 비해 훨씬 커진 소리가 나게 됩니다. 기타 소리와 사람의 소리가 나는 과정을 보면 쉽게 이해할 수 있습니다.

 

 

공명과 자연현상

공명은 자연현상에서도 접할 수 있습니다. 1940년 11월 7일 미국의 타코마 다리가 강풍 때문에 무너졌다고 합니다. 이 때 풍속은 타코마 다리가 견딜 수 있는 풍속에 훨씬 미치지 못했지만 무너졌습니다. 원인은 공명 때문입니다. 타코마 다리가 견딜 수 있는 풍속에 미치지 못했지만 다리의 고유 진동수가 강풍의 진동수와 일치한 것이 화근이었습니다. 타코마 다리의 고유 진동수와 일치하는 강풍의 파동이 계속 유지되면서 그 진폭이 계속 확대되어 결국 다리를 무너뜨릴 만큼 커진 것입니다.

 

공명을 이용하여 악기를 조율하기도 합니다. 관악기를 조율한다고 했을 때 내고 싶은 음정의 소리굽쇠를 가까이 대고 입으로 붑니다. 이 때 관악기에서 나는 소리가 소리굽쇠의 고유 진동수와 일치하면 소리굽쇠가 함께 울리는 것입니다.

 

공명 현상을 이해할 때 함께 알아둬야 할 사항이 있습니다. 보강간섭입니다. 같은 주파수의 자극이 지속적으로 이어지면 그 주파수 대역의 진폭은 뒤에 오는 진폭만큼 플러스되는 현상을 가리킵니다. 진폭이 플러스된다는 것은 소리가 커진다는 것을 의미합니다.

 

성악가 또는 가수가 물이 담긴 유리잔을 앞에 놓고 소리를 질러 깨려고 하는 실험을 한 번쯤은 보셨을 겁니다. 가능한 일일까요? 이론적으로는 가능합니다. 먼저 유리잔의 고유 진동수를 찾습니다. 그 진동수에 해당하는 음을 계속 노래하면 유리잔을 진동하게 할 것입니다. 그 진동수를 지속적으로 노래하며 유리잔이 떨리는 진폭이 점점 커질 것입니다. 이렇게 계속 진폭이 커지면 유리잔이 견딜 수 있는 진폭을 넘어서게 될 것입니다. 그러면 유리잔은 깨집니다. 이론상으로는 가능한 일이지만 사람의 목소리가 특정한 주파수를 정확하게 지속적으로 내는 것이 쉽지 않다고 합니다. 그렇기 때문에 목소리로 유리잔을 깨는 실험이 성공하기 힘든 것입니다.

 

 

오늘은 공명이라는 음향 현상을 살펴보았습니다.. 그리 세지 않은 바람에도 다리가 무너지는 신기한 자연현상이 미신에 의한 것이 아니라는 것을 알 수 있었습니다. 실생활에서도 많이 사용하는 음향 관련 용어들을 더 알아보고 개념 정리하는 작업을 계속해 보겠습니다.