악기

관악기

왼편의 그림은 파이프 오르간의 내부의 세로로 서 있는 관 들이다. 이 관들은 한쪽은 공기를 주입하기 위하여 열려 있고, 다른 쪽은 열려있는 것과 막혀 있는 것의 두 종류가 있다.

파이프 오르간과 같이 관 속에서의 음파의 공명을 이용한 악기를 관악기라 한다. 서양의 관악기는 목관악기, 금관악기로 분류한다. 목관악기는 목재를 재료로 해서 만들어진 관악기를 말하는 데 플루트, 피콜로는 지금은 거의 금속으로 만들지만 초기에 목재로 만들어졌기 때문에 목관악기라 한다. 금관악기로는 호른, 트럼펫, 트롬본, 튜바 등이 있고 목관악기와는 달리 리드(날라리)가 없어 입술에서 나오는 소리가 공명음을 만드는 원천이 된다.

국악에서의 관악기도 대금, 단소, 생황, 태평소, 퉁소 등 다양한 종류가 있다. 오른쪽 사진은 태평소인 데 이는 관이 내부 반경이 바깥쪽으로 갈수록 커지게 되어 있다. 넓은쪽 끝에는 구리로 만든 나팔을 붙여서 소리를 크고 방향성을 갖게 하였으며 좁은쪽에는 갈대로 만든 작은 리드를 꽂아 입에 물고 불게 하고 있다. 관대에 여덟 개의 구멍을 뚫어 구멍을 막고 여는 것을 조절하여 결과적으로 관 길이를 변화시키는 효과로 음 높이를 조절하고 있다.

모든 관악기의 한쪽은 뚫려져서 리드나 펌프질하는 공기 혹은 입속에서 내는 소리를 불어넣어 공명음을 유발시키게 되지만 나머지 한쪽이 막혀있는 경우와 열려 있는 경우로 나눌 수 있다.

양쪽이 열린 관의 공명

피리 등의 관악기는 아래 그림에서 볼 수 있는 것처럼 양쪽이 열린 관의 구조를 하고 있다. 양쪽이 열린 관속에서의 공명음은 열린쪽에서의 공기의 움직임이 가장 커지게 되는 배를 이루게 되는 데 이는 고정되지 않은 막대기가 진동할 때 가장자리에서 진동이 가장 크게 나타나는 것과 유사하다.

한편 관 내부에서의 음압의 파동을 생각한다면 열린 관의 가장자리는 대기와 노출되어 있기 때문에 음압이 0, 즉 압력이 대기압을 유지해야 한다. 따라서 두 가장자리가 마디를 이루어야 하여 앞의 현악기에서와 거의 같은 정상파를 만들것이다.

아래의 프로그램은 양쪽이 열려있는 관 내부에서의 공기의 움직임을 보여주는 데 효과를 높이기 위해 관의 폭을 크게 하여 나타내었다. 실제의 관악기에서는 관의 길이가 관의 폭에 비하여 훨씬 커서 세로방향의 공진은 무시할 수 있다.

한쪽이 열린 관의 공명

파이프 오르간중에서도 일부 기종은 관의 한쪽을 막아서 그 쪽에서의 공기의 움직임이 없어 변위로서의 음파가 마디를 이루게 한 것도 있다. 아래 프로그램을 운용해서 이러한 관악기 내부에서 형성되는 음파의 모양을 관찰해 보자. 여기서도 그림을 효율적으로 볼 수 있도록 실제의 관악기의 관의 폭보다 크게 나타내었다.

_ 파동량_ 정상파_ 음파_ 주기_ 진동_ 공명_ 마디