| 음파 | ||
| 20Hz 이하 | 20~20,000Hz | 20,000Hz 이상 |
| 초저주파 | 가청음파 (소리) | 초음파 |
1. 개요
| 우주의 소리 : 다른 세계로 가는 소리의 모험[1] |
한국어 단어 '소리'는 석보상절에서 처음으로 확인되지만, 고대 한국어에서부터 지금과 거의 비슷한 어형으로 존재했을 가능성이 높다.[2]
귀는 크게 평형과 기압을 감지하는 내이와 고막을 경계로 하는 외이로 구분되는데, 고막은 매우 얇은 막으로써 진동인 소리를 감지하는 것에 특화되어 있다. 물론 귀 외의 기관으로 감지하는 동물도 있고, '진동'인 만큼 매질 전달을 촉각으로 감지할 수도 있다.[3]
회절을 보려면 아주 얇은 슬릿이 필요한 전자기파와 달리, 소리는 파장이 비교적 길기 때문에[4] 잘 회절되고, 따라서 우리는 보이지 않는 담장 너머의 소리나 문 밖의 소리, 상하전후좌우에서 오는 소리를 전부 들을 수 있다.
우주 공간에서는 소리를 전달해줄 매질이 없기 때문에 소리가 들리지 않을 것 같지만 은하에서 뿜어져 나오는 가스들을 통해 음파는 전달될 수 있으며 망원경을 통해 포착한 음파를 소리로 바꿀 수도 있다. 또한 소리는 대기압과 밀도 등 여러 가지 환경에 의하여 다르게 들리게 되는데 이 때문에 지구와 다른 환경의 행성에서는 같은 소리를 듣더라도 다르게 왜곡되어서(지구 기준으로) 들릴 것이다. 그곳에서 진화한 고등 생물이 존재한다면 지구 생물과 청각 시스템이 다를 가능성도 높다.
2. 소리의 크기와 주파수
파동의 빈도와 파동의 크기를 각각 Hz(헤르츠, 초당 진동수)와 dB(데시벨)로써 나타낸다. 가령 같은 옥타브의 '솔'은 '레'보다 높은 헤르츠 값을 가지며, 제트기의 제트팬의 소리는 선풍기 팬보다 높은 데시벨 값을 가진다. 헤르츠 값은 파동의 초당 진동수에 대한 값이며, 데시벨 값은 10 dB당 실제값이 10배 증가하는 로그함수 값이다. 예를 들면 130 dB의 음파는 120 dB의 음파보다 10배 더 크고, 110 dB에 대해서는 20배가 아니라 100배 크다.통상 데시벨이라고 칭하지만, 사실 소음공해의 단위로써 사용하는 데시벨은 dB SPL(Sound Pressure Level)으로, SPL를 생략한 것이다. 데시벨의 정의는 기준값으로 측정값을 나눈 값에 대해 상용로그에 데시인 10을 붙여서([math(10\log_{10})]) 취한 것이 그냥 데시벨이니 소리 크기를 나타내는 절대적인 단위가 아니라는 것에 유의해야 한다. 당연히 SPL 말고도 다른 데시벨 친구들도 존재한다. 일상생활에서 데시벨을 사용하는 용도가 소음공해 측정으로 가장 압도적으로 쓰이다보니 말을 안 해도 대충 알아먹게 된 것이다. 자세한 내용은 데시벨과 음압 문서 참조.
인간의 가청음역대는 약 20 Hz~20,000 Hz[5]인데 나이가 들수록 범위가 줄어들고, 한계 세기는 130 dB까지이다. 20,000 Hz를 초과하는 고주파를 초음파라 부르며, 인간이 듣지 못하고 그 자체로는 유해하지 않으다. 반대로 20 Hz 밑은 초저주파로 부른다. 데시벨 값의 경우 120dB를 초과하는 크기의 소리는 고막을 크게 해칠 수 있다.[6] 보통 인간이 들을 수 있는 최소의 음파는 0 dB로 대략 나뭇잎이 흔들리는 소리이며, 청력이 매우 좋은 인간은 -15 dB[7]까지도 들을 수 있다고 한다.
가청영역을 벗어난 소리도 인간에게 뭔가 느낌을 전달할 수 있다는 듯하다. 대표적인 예가 사자나 호랑이의 울음소리. 맹수의 울음소리의 경우엔 초저주파의 영향으로 저럴 수 있다고 한다. 영화관에 (경우에 따라서는 가정집에) 설치된 초저음 전용 스피커인 서브우퍼는 3~120 Hz 미만의 소리를 담당하며, 지진이나 폭발 씬에서 중요한 역할을 한다.
1기압의 대기에서의 한계 음량은 194dB이다(대기는 194dB 이상의 음압을 전달할 수 없다). 소리란 공기를 매개로 삼는 파동이기 때문에, 194dB를 초과하는 크기의 음파는 소리로써 기능할 수 없고, 단지 충격파가 된다.
3. 소리의 속도
소리의 속도는 음속이라고도 부른다. 대기 중의 소리의 속도는 섭씨 15도일 때 340 m/s 정도이다. 기온이 1도 올라갈 때마다 약 0.6 m/s씩 증가한다. 광속에 비하면 턱없이 느리다. 번개가 치고 나서 천둥이 울리기까지 몇초의 시간 차가 나는 것이 대표적인 예이며, 조건만 갖추면 누구나 음속을 직접 측정해볼 수 있다.물체를 통해 힘을 전달하면 그 힘은 그 물체를 매질로 하는 소리와 같은 속도로 전달된다. 달과 지구 사이의 거리 정도로 먼 거리에 있는 사람 둘이서 아주 긴 쇠막대기를 잡고 한 사람이 그것을 당기면, 그것은 쇠막대기를 매질로 하는 소리와 같은 속도로 전달되어서, 상당한 시간이 흐른 후에야 다른 사람이 그것을 알아차릴 수 있다.
평소에 우리가 이것을 잘 알아차리지 못하는 이유는, 금속 같은 매질에서 소리의 속도는 6,000~8,000 m/s로 엄청나게 빠르기 때문이다. 이것은 공기 같은 기체를 통해서 힘을 전달할 때도 마찬가지이다.
그런데 공기 중에서의 음속은 340 m/s 내외로 느린 편이기 때문에, 초음속 전투기 같은 경우 음속을 넘어가 버린다. 공기가 전투기에게 밀리기도 전에 전투기가 바로 앞으로 와버리기 때문에, 전투기와 강력한 충돌을 일으키면서 큰 압력 차이와 열이 발생한다. 이 현상이 충격파이다.
4. 각종 매체에서의 소리
능력자 배틀 등 창작물에서 소리와 관련된 능력을 사용하는 캐릭터는 음파병기 문서를 참고하자.상술했듯 우주에는 매질이 없기 때문에 소리가 들리지 않는다. 그렇지만 우주를 배경으로 하는 영상 매체에서는 이러한 사실이 지켜지지 않는다. 정말 아무 소리가 안 난다면 재미가 없기 때문이다. 예컨대 영화 그래비티에서는 우주공간서 일어나는 폭발음이 그대로 들리며, 스타트렉, 스타워즈 같은 스페이스 오페라에서는 우주공간에서 발사하는 각종 무기 소리가 들린다. 한편 2001 스페이스 오디세이, 인터스텔라와 같이 우주에서 소리가 나지 않는 사실을 제대로 반영하는 매체들도 있으며, 이 경우 소리가 나는 것이 별달리 중요하지 않은 상황에 이 연출을 삽입하는 방식으로 지루해지기 쉬운 문제점을 해결한다.
5. 관련 문서
[1] melodysheep의 영상으로, 소리의 정의, 발생과 전달 원리 등을 설명하며 태양계의 각 행성에서 소리가 어떻게 전달되는지에 관해 다루는 영상이다.[2] 가가쿠 중 고려악에서 '소리'라는 단어가 포함된 악곡('나소리', '소리코' 등)이 여럿 존재하는 것을 근거로 든다.[3] 한 예로 개구리 역시 피부로 진동을 감지해 소리의 높낮이 정도를 구별할 수 있다.[4] 가시광선에 비해 그렇단 거지, 똑같은 '빛'인 AM 라디오 파장은 파장이 km 단위이다.[5] 통상적으로 18~24,000 Hz 정도라는 서술도 있다.[6] 이는 절대적으로 피해야 하는 음량의 기준으로, 80dB 정도의 소리도 장시간 들으면 난청을 일으키고, 100dB이 넘어가면 고통을 유발하며, 120dB 이상에 그대로 노출되면 청력을 잃을 수 있다. 맨홀 공사를 할 때 흔히 듣는 드릴 소리가 약 100dB 이상이다. 이런 직종에 종사하는 근로자들 역시 40~50대가 되면 청력의 일부를 잃을 정도이다.[7] 0 dB은 소리가 없는 것이 아니며, 사람이 통상적으로 들을 수 있는 최소한의 소리 수치를 나타내는 것이다. 소리가 없는 것을 굳이 데시벨로 표현하면 마이너스 무한대가 된다.