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관악기는 관 안에 들어 있는 공기가 진동한다. 그러므로 연주자는 공기가 진동하도록 만들어야 한다. 음료수 병의 입구를 불어 소리를 내본 적이 있을 것이다. 바람을 불면 공기의 일부가 병 안으로 들어간다. 증가된 공기의 압력이 병 바닥에 의해 반사되어 병 입구로 돌아온다. 이 과정이 되풀이되면 병의 깊이에 따라 달라지는 진동수의 소리를 내게 된다. 공기를 불어넣는 에너지가 병 안의 공기의 진동 에너지로 바뀐 것이다.
플루트도 비슷한 방법으로 소리를 낸다. 연주자는 플루트 옆에 있는 구멍을 통해 바람을 불어넣는다. 플루트의 다른 끝은 열려 있다. 관 안의 임피던스와 실내 공기의 임피던스가 다르기 때문에 음파는 반사된다. 플루트의 스펙트럼에는 모든 배음이 포함되어 있다. 만약 연주자가 세게 바람을 불면서 입술의 위치를 바꾸면 한 옥타브 또는 두 옥타브 위의 음을 연주할 수 있다. 다시 말해 플루트의 기본 진동수가 두 배 또는 네 배 증가한다.
플루트와 다른 목관 악기의 진동수는 악기 옆에 있는 구멍을 열어서 바꿀 수 있다. 관의 길이를 짧게 하면 진동수가 증가한다.
색소폰이나 클라리넷은 리드라고 부르는 얇은 나뭇조각이 진동을 만들어낸다. 연주자는 리드 사이에 있는 좁은 틈과 마우스피스를 통해 공기를 불어넣는다. 공기의 펄스가 악기 끝에서 반사되어 리드로 돌아와 리드를 밀어서 열리게 한 다음 공기 펄스가 들어오도록 한다. 오보에나 바순처럼 두 개의 리드를 가지고 있는 악기도 같은 방법으로 작동한다. 클라리넷은 원통과 같은 모양을 하고 있다. 클라리넷의 스펙트럼은 1, 3, 5, 7 등과 같은 홀수의 배음만 포함하고 있다. 클라리넷은 마우스피스 근처에 작은 구멍을 뚫어놓으면 기본음의 진폭을 현저히 줄어들게 하여 높은 음역에서도 연주가 가능하다. 새로운 음은 한 단계 낮은 음역보다 1.25옥타브 높은 음역이 된다. 색소폰은 원통형이 아니라 원뿔 모양이다. 따라서 스펙트럼에 모든 배음이 포함되어 있다. 그리고 음역의 키를 열면 음을 한 옥타브 높일 수 있다.
나팔, 트럼펫, 트롬본, 프랑스 혼 또는 다른 금관 악기는 연주자의 입술이 진동을 만들어낸다. 입술이 밸브와 같은 역할을 하여 공기의 펄스를 악기 안으로 불어넣고 이것이 관 안의 공기 진동을 만든다. 금관 악기의 경우에는 기본음이 없다. 입술의 강도를 조절하여 연주자는 2, 3, 4배음 등의 소리를 만들어낼 수 있다. 금관 악기의 밸브들은 관의 길이를 늘려 음을 낮출 수 있다. 트롬본의 경우에는 관의 길이를 연속적으로 변화시켜 어떤 진동수의 음도 연주할 수 있다. 금관 악기의 스펙트럼은 음과 소리의 크기에 따라 크게 달라진다. 더 크게 연주할수록 더 높은 배음이 더 많은 에너지를 가진다.
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글
칼턴 대학에서 물리학 학사, 하버드 대학에서 물리학 석·박사 학위를 받았다. 웨스턴온타리오 대학과 코닝글래스 연구소에서 연구원으로 지내다 미시간 대학 교수가 되어 35년 동안 학생들을 가르치며 ..
출처
빛, 파동, 양성자와 중성자, 자동차, 컴퓨터, 건축, 스포츠에 이르기까지 생활을 편리하게 만들고 우주 여행까지 가능하게 만드는 물리학에 관한 모든 것을 담았다. 물리학에서 다루어지는 복잡한 개..