차시 1~2/16
1. 소리의 특징
소리는 파동의 하나로, 공기와 같은 유체 속에서 소리는 압력파, 즉 압력의 높고 낮음이 진동하면서 전파되어 나가는 파동이다.
공기 중에서 소리는 순간적으로 공기의 밀도가 밀해지는 곳과 소해지는 곳이 반복되는 형태로 나타난다. 이런 반복되는 압력 차이가 귀에 도달하여 고막을 진동시킴으로써 소리를 듣는다. 이때 인간이 들을 수 있는 크기의 소리에 대해 공기의 진동 폭은 10 pm ~ 10 m 정도로 매우 작다.
인간의 귀는 이런 작은 진동을 감지할 수 있는 민감한 장치이다.
물리적으로 소리와 음파(sonic wave)는 같은 의미이나, 소리는 주로 들리는 형태의 음파를 지칭하여 기체나 액체 속에서의 음파를 의미한다. 또한 소리는 생리적으로 들려진 음파나 인지되어진 음파를 의미하는데 반해, 음파는 거의 전적으로 매질 속에서 진동하며 전파되는 물리적인 역학적 파동을 의미한다
2. 소리의 3 요소
음파를 특징지어주는 소 리의 세기, 높낮이, 맵시 를 소리의 3 요소라고 한다.
종을 세게 칠 때와 약하게 쳤을 때 각각의 경우 음파는 서로 어떻게 다른 것일까? 여성의 높은 목소리와 남성의 낮은 목소리가 명확하게 구분이 되는 이유는 도대체 무엇일까? 같은 음을 연주하고 있음에도 불구하고 피아노의 '도'와 기타의 '도'는 왜 그렇게 다른 소리처럼 느껴지는 것일까?
소리의 세기(소리의 진폭)
종소리의 크기가 서로 다를 때 이와 관련 있는 파동의 특징은 음파 진폭의 제곱 크기이다. 진폭이 크면 클수록 더 큰 소리가 나게 된다. 소리의 세기는 음파를 특징지어주는 세 요소 중 첫 번째 요소이다.
소리의 높낮이(소리의 주파수)
주파수가 클수록 여성의 목소리처럼 고음의 소리가 나게 되며 주파수가 낮을수록 남성의 목소리처럼 저음의 소리가 나게 된다. 소리의 높낮이는 음파를 특징지어주는 세 요소 중 두 번째 요소이다.
소리의 맵시(음파의 모양)
파형의 세부적인 모양의 차이가 결과적으로 같은 음을 내는 악기의 소리가 전혀 다른 느낌으로 다가오게끔 하는 것이다. 파형의 세부 모양을 의미하는 소리의 맵시는 음파를 특징지어주는 세 요소 중 마지막 요소이다.
자료출처 [네이버 지식백과] 소리 [Sound] (물리학백과, 한국물리학회) [네이버 지식백과] 소리의 3 요소 (두산백과)
차시 3/16 악기에는 어떤 종류들이 있을까요?
악기에는 줄이 있는 현악기, 입으로 부는 관악기, 손으로 치는 타악기가 있지요.
이들 중에 현악기는 연주하는 방법에 따라
손가락이나 피크로 퉁기는 발현악기, 활로 마찰시키는 찰현악기, 채로 치는 타현악기로 나누어요.
그렇다면 피아노는?
건반악기인 피아노는 해머가 줄을 때리면서 소리를 내기 때문에 타현악기입니다.
우리나라 전통 악기 중에 해금과 아쟁은 찰현악기, 거문고, 가야금, 비파 등은 발현악기입니다.
그렇다면 같은 현악기인 기타와 바이올린은 어떤 차이가 있나요?
바이올린은 비올라, 첼로 그리고 더블베이스와 함께
지판 위에 금속 막대인 프렛이 없으며 활로 마찰시켜 연주하는 찰현악기입니다.
반면에 기타는 프렛이 있고 피크나 손가락으로 연주하는 발현악기이지요.
따라서 바이올린은 주로 단음인 멜로디를, 기타는 화음을 연주할 수 있어요.
기타는 풍성한 화음을 내기 위한 여섯 현과 큰 몸통을 갖고 있지요.
자! 한 번쯤은 기타리스트가 되는 꿈을 꾼 적이 있지 않나요?
1) 기타(guitar)
기타에는 통(포크)기타, 클래식기타, 전자(일렉트릭)기타가 있어요.
통기타는 피크로 연주하며, 몸통 부분에서 소리가 울려서 고전적이고 아름다운 소리가 납니다.
통기타 중에 앰프에 연결해서 사용하는 기타를 오베이션기타라고 합니다.
클래식 기타는 통기타와 비슷한데 스틸 현 대신에 나일론 현을 사용합니다.
전자기타는 앰프로 소리를 조절하지요.
이러한 기타의 가장 큰 차이점은 사용하는 현의 재질과 전기의 사용 여부이며 모양은 모두 비슷하지요.
2) 기타 현(string)의 재질
통기타와 전자기타의 현은 스틸로, 클래식기타는 나일론으로 만듭니다.
여섯 개로 구성된 기타의 현은 높은 음인 1 번과 2 번은 가는 스틸로 만든 단선을 사용하며, 중간과 낮은 음인 3~6 번은 스틸에 청동선이 스프링처럼 감겨 있어요.
왜냐하면 단선 형태로만 낮은 음을 내려면 너무 두껍기 때문입니다.
그렇다면 이들은 어떻게 다른 소리를 낼까요?
소리를 구성하는 3 요소는 소리의 높이, 세기 및 맵시입니다.
소리의 높이는 음원의 진동수가 많을수록 높은 음이 납니다.
즉 기타의 현을 퉁기면 1 초 동안 몇 번이나 위아래로 반복하는 가에 따라 다르지요.
기타에서는 6 번에서 1 번으로 갈수록 진동수가 많기 때문에 높은 음이 나지요.
소리의 세기는 물체가 진동하는 폭에 의존하기 때문에 기타의 현을 세게 치면 현이 위아래로 크게
진동하면서 큰 소리를 내지요.
마지막으로 소리의 맵시는 파동의 모양에 따라 다른데,
사람이나 악기의 소리가 제각각인 것은 맵시가 다르기 때문입니다.
따라서 기타의 현을 퉁기면 현이 진동하는 진동수는 현이 가늘고 짧을수록, 그리고 팽팽할수록 크기 때문에 높은 음이 납니다.
즉 기타에서 낮은 번호의 현을 짧게 누르면 높은 음이 나는 것입니다
통기타 현은 스틸 선 위에 감은 금속에 따라서 80/20, phosphor bronz, silk and bronz 가 있어요.
아래는 스틸과 나일론을 동시에 코어로 사용한 silk and bronze 현이에요.
왜 현의 재질이 다양할까요?
앞서 설명했듯이 재질에 따라서 소리의 맵시가 다르기 때문이지요.
클래식기타는 모두 나일론 현을 사용합니다.
그런데, 1~3 번은 나일론 현이 확실한데, 4~6 번 현은 스틸 현 같지 않나요?
아니요. 모두 나일론 현입니다.
스틸 현과 나일론 현은 코어의 재질로 구분합니다.
따라서 클래식기타의 4~6 번 현에 감겨있는 스틸을 풀어보면 코어에는 나일론이 있기 때문에 이것들도 나일론 현이에요.
다만 은이 코팅된 황동으로 감겨있는 것입니다.
이외에도 다양한 소리를 내기 위하여 현의 모양을 다르게 한 경우가 있지요.
통기타나 클래식기타의 현은 라운드 와운드 현인데,
이것을 연주할 때 손가락과의 마찰에 의해 미묘한 소리가 나며 음색이 밝아요.
3) 바이올린 현
바이올린의 1 번 현은 단선이지만 2~4 번 현은 코어의 스틸 위에 섬유, 라운드 와운드, 플랫 와운드 형태의 4 중 구조입니다.
와! 단순하게 보이지만 내부는 이렇게 다양한 구조로 되어 있다는 것이 신기하지 않나요?
왜 이렇게 만들까요?
물론 아름다운 천상의 소리를 내기 위해서인 것입니다.
4) 함께 해 볼까요?
이러한 현악기는 고무줄 등의 길이가 다른 현을 이용하여 쉽게 만들 수 있습니다 페트병의 가운데를 네모 모양으로 오려내어 홈을 여러 군데를 만듭니다.
페트병의 바닥에 나사못을 끼우고 고무줄을 각각 연결하면 다른 소리를 내는 현악기가 완성됩니다.
자료출처 LG사이언스랜드
차시 4~5/16
◈ 여러 가지 소리의 높낮이 만들기
음파의 진동수에 따라 달라진다. 물체의 진동수가 클수록 음파의 진동수가 커져 높은 소리가 들리고 물체의 진동수가 작을수록 음파의 진동수가 작아져 낮은 소리가 들린다. 바이올린처럼 높은 음을 내는 악기일수록 진동수가 크다.
1. 표준단위: 소리의 주파수를 나타내는 단위인 Hz(헤르츠)를 사용한다. 공기를 구성하는 기체가 1 초 동안 진동하는 횟수를 주파수라 한다. 1Hz는 1초에 1회 진동, 20Hz는 1초에 20회 진동을 의미한다.
소리의 높낮이는 주파수에 비례하며, 주파수가 높을수록 높은 음의 소리로 들린다.
2. 측정방법: 주파수 측정 기계 또는 스마트폰 어플(SPL스펙트럼분석기)를 이용해서 측정한다. 소리 를 냈을 때 가장 높은 주파수와 낮은 주파수를 찾아서 비교해본다.
주파수 측정 스마트폰 어플: Audio Frequency Counter
3. 인체청각기관이 들을 수 있는 음향주파수는 약 20~20,000㎐(20~20㎑)로 노화 정도에 따라 수치 가 점점 낮아진다.
4. 소리의 높낮이는 음파의 진동수와 관련된다. 공기가 진동할 공간이 넓은 곳에서는 낮은 소리가, 진 동할 공간이 좁은 곳에서는 높은 소리가 난다. 크기가 큰 악기들이 대체적으로 낮은 음을 내는 것도 이 러한 이유다. 학생들에게 조화로운 음악을 위한 소리의 높낮이를 표현할 때에 소리 기구의 크기를 조절 할 수 있도록 지도한다.
♣ 지도상 유의점 ♣
음악은 학생들의 수준에 따라 다양하게 조정할 수 있으며, 7음계에 대해서 3학년 수준에서 지도할 수 있도록 한다.
소리 도구를 제작하기 위하여 세기와 높낮이를 다르게 하여 비교하는 실험을 통하여 알게 된 점을 표나 그래프 등으로 나타낼 수 있도록 하고, 이를 향후 차시에도 활용할 수 있도록 한다.
소리 도구 제작 계획서를 완성한 후 다음 차시를 위하여 학생들이 준비물을 가지고 올 수 있도록 서로 협의할 수 있도록 한다. 이를 위하여 교사가 미리 다양한 준비물을 예시로 제시하여도 용이하다.
자료출처 네이버 지식백과, 한국과학창의재단 사이언스 올, 구글 플레이
차시 6~8/16 3D 프린터로 만든 악기 자료
3D 프린터 기술은 앞으로 더 많은 연구가 필요 하긴 하지만, 앞으로 악기 부분에서도 새로운 가능 성을 제시할 수 있습니다. Autodesk 와 다트머스 대학의 연구팀은 3D 프린터와 특화된 소프트웨어 를 이용해서 매우 다양한 모양과 소리를 내는 일종 의 피리를 개발하고 있습니다. 소프트웨어로 어떤 소리가 날지 내부 구조를 입체적으로 만든 후 이를 다시 3D 프린터로 출력하는 것이죠. 어떤 소리가 나는지는 아래 영상을 참조하면 좋을 것 같습니다.
[출처] 3D 프린터로 만드는 다양한 모양의 악기 | 작성자 고든
여기 한 남자가 연주하고 있는 괴기한 모습의 악기는 분명 소리만큼은 첼로가 맞습니다. 엄청 가볍고 생김새는 영화 속 우주선 같은 모양새인데 요. 이 첼로를 만든 곳은, 건축 스튜디오인 모나 드입니다. 3 개의 부분을 연결해 만드는데, 첼로 한대를 제작하는데 10 일이 걸린다고 합니다.
CNBC 의 음향 테스트에 참가한 메트로폴리탄오 케스트라의 데이비드 헤이스씨는 , 어떤 종류의 음향 효과를 낼 수 있으며 미래의 소리가 이런 게 아닐까라며 소감을 밝힙니다.
이를 제작한 건축가 에릭 골뎀버그씨는, 음악성 이나 인체공학적 구조를 보존했기에, 악기라고 할 수있다고 말합니다. 이 건축 스튜디오는 또, 바이 올린과 기타도 제작해 선을 보였는데요.
언젠가는 전통적인 개념의 클래식 악기가, 이런 모습을 가지게 될지는 않을까 싶네요.
자료출처
https://youtu.be/dWHYLqcCPuU http://fablab-seoul.org/showroom/
http://www.wikitree.co.kr/main/news_view.php?id=215835 http://www.etnews.com/20140929000025
http://sbscnbc.sbs.co.kr/read.jsp?pmArticleId=10000732629