정재파(定在波, standing wave)란 무엇인가?

우리가 일상생활에서 정재파라는 말을 들어 본 적이 있을까요? 음향과 관련된 장소, 환경, 사람들 사이 아니면 좀체 들어볼 일이 없는 단어입니다. 그러나 음향 엔지니어라면 알아야 할 사항입니다. 일상에서 별로 사용할 일이 없는 단어 정재파이지만 이러한 현상을 일반인들이 겪는 일들은 종종 있습니다. 특히 공연장이나 강당 같은 데서 경험할 수 있습니다. 특정 지점에서 특정음이 유난히 크게 들리는 현상 또는 유난히 작게 들리는 현상이 아주 가끔 있는데요 이것은 정재파가 발생했을 가능성이 높은 상황입니다. 이런 현상을 겪는다면 음악회나 강연을 들을 때 무척 방해가 되겠지요? 결국 정재파는 불편한 파동, 음향적 현상인 것입니다. 정재파에 대하여 조금 더 알아보겠습니다.

정재파란 무엇인가?

정재파는 구체적으로 어떠한 현상일까요?
같은 주파수를 가지면서 서로 반대 방향으로 진행하는 파동이 만났을 때, 두 파동의 조합이라고 정의되고 있습니다. 두 파동은 서로 간섭을 하는데 보강간섭을 합니다. 최고 진폭일 때 반대파도 최고 진폭이고 진폭이 0일 때 반대파도 똑같이 0이기 때문에 소리가 클 때는 두 진 폭의 합만큼 크고 0인 부분은 그대로 0이 됩니다.

 

정재파는 진행 방향이 반대인 두 파동이 만드는 제3의 파동이라고 할 수 있습니다. 반대 방향의 파동은 서로 간섭하는데 정확히 같은 진폭, 같은 주파수이기 때문에 서로 만나서 새로이 만드는 파동은 특정 방향으로 진행하지 않고 멈춰 있습니다. 앞으로 나가지 않고 멈춰서 위 아래 운동만 하는 형세인 것입니다. 이렇게 파동이 멈춰 있기 때문에 사람이 지나가면서 소리를 듣게 되면 어느 지점에서는 크게 들리고 어느 지점에서는 잘 들리지 않는 것입니다.

정재파가 만들어지는 조건
보통 특정 파동이 딱딱한 면에 부딪혀 그대로 오던 반대 방향으로 진행하여 서로 맞닥뜨릴 때 정재파가 형성됩니다. 이러한 환경에서 정재파가 만들어지기 때문에 그 원인을 제거해야 좋은 음향 환경을 유지할 수 있는 것입니다.

정재파의 배음
정재파가 멈춰 있는 파동이라고 하였는데요. 정재파 기본 주파수 뿐 아니라 그것의 정수배가 되는 배음들도 정재파를 만듭니다. 그 외의 배음들은 정재파가 아닌 진행파(進行波)를 만듭니다. 100Hz의 파동이 특정 환경에서 정재파를 만든다고 가정해 보겠습니다. 그러면 200Hz , 300Hz, 400Hz 배음들은 기본 주파수와 마찬가지로 정재파를 형성합니다.

정재파를 없애려면
정재파라는 것은 청취 환경을 방해하는 요소입니다. 그렇기 때문에 이 현상을 없애야 합니다.
우선 소리가 부딪쳐 반사가 일어나는 부분을 흡음재로 처리하여 음의 반사를 줄여야 하겠습니다. 그리고 음이 부딪혀 정확히 반대 방향으로 튀어나오는 환경을 만들지 않아야 하겠습니다. 음이 부딪히는 면에 정면 방향이 아닌 비스듬한 각도가 형성되도록 해야겠습니다. 그래야 음이 분산되니까요. 또 한 가지 방법은 음향분산기(accostic diffuser)를 설치하는 것입니다.

소리가 벽에서 정면으로 다시 튀어 나오지 않도록 한다.

오늘 포스팅에서는 정재파에 대하여 알아보았습니다. 음향을 청취하기에 좋은 조건을 만들어 좋은 소리를 불편함 없이 관객이 들을 수 있도록 하는 것도 음향 엔지니어의 중요한 작업의 하나입니다.