[소년중앙] 빨대 길이만 조금 다를 뿐인데 왜 다른 소리 날까

‘과학, 실험, 으악 따분해!’라고 느낀 적 있나요. 이제 걱정하지 말아요. 소년중앙이 집에서 준비할 수 있는 물건으로 재미있는 실험을 시작합니다. 초등학교 과학 연구 교사 모임 아꿈선(www.아꿈선.com)과 함께하는 소꿈연구실이에요. 소꿈연구실에서 가벼운 실험을 하나씩 성공하다 보면 과학과 친해질 수 있을 거예요. 차근차근 따라 해 보고, 소년중앙 홈페이지(sojoong.joins.com)에 인증도 해봅시다.

오늘의 실험. 나만의 손피리 만들기

준비물
가위, 네임펜, 빨대 8개, 색도화지, 양면테이프, 자

실험 방법

[아꿈선]

1. 빨대에 12㎝, 10㎝, 8㎝, 6㎝ 길이로 각각 두 개씩 자를 부분을 네임펜으로 표시해요.

[아꿈선]

2. 1에서 표시한 대로 빨대를 각 두 개씩 같은 길이로 자릅니다.

[아꿈선]

3. 자른 빨대 모두를 가지런히 두고 양면테이프로 고정해요.

[아꿈선]

4. 양면테이프로 고정한 빨대를 색지로 포장해 예쁜 악기로 만들어요.

[아꿈선]

5. 빨대 손피리를 불어보며 소리의 높낮이를 비교해요. 빨대 길이가 짧고 가늘수록 높은음이 날 거예요.

오늘의 개념. 소리의 세계

소리의 높낮이는공기가 1초 동안 몇 번을 진동하는지를 나타내는 진동수에 따라 달라집니다. 전파를 포함한 모든 파장의 진동수에 ㎐(헤르츠)란 단위를 쓰는데요. 전파를 최초로 발견한 독일 물리학자 헤르츠를 기념한 이름이죠. 1㎐는 초당 1번 진동한다는 뜻입니다. 공기가 초당 300번 진동하면 진동수는 300㎐, 초당 200번 진동하면 200㎐가 됩니다. 300㎐와 200㎐ 중 어느 것이 높은 소리일까요. 같은 시간 더 많이 진동할수록 즉, 진동수가 많을수록 소리는 높아집니다. 빨대 피리를 불면 짧은 빨대에서 더 높은 소리가 나요. 빨대가 짧을수록 공기가 진동하는 주기가 짧아져 짧은 시간에 더 여러 번 진동하죠.

공기가 진동하면 우리는 이것을 소리로 들을 수 있습니다. 선풍기가 돌아가는 소리, 화장실에서 물이 내려가는 소리 등은 모두 무언가가 공기를 진동시켜 만들어진 거죠. 이때 우리가 각각의 진동수를 조절하면 원하는 정확한 음을 낼 수 있죠. 예를 들어, 1초에 공기를 약 262번 진동하게 만든다면 낮은 ‘도’를, 1초에 공기를 약 293번 진동하게 만든다면 '레'를 소리 낼 수 있어요. 우리가 원하는 진동수를 각기 다른 방법으로 만들어 소리 내는 도구가 바로 악기예요.

먼저 피리 등 관악기를 생각해 볼까요. 피리를 불면 바람이 관 속으로 들어가 공기가 진동해 소리 납니다. 악기를 만드는 사람들은 관의 길이를 미세하게 조절해가며 도레미파솔라시 등 우리가 원하는 정확한 음을 내게 하죠. 빨대 피리 또한 빨대 길이를 조절하면 여러분이 원하는 음을 만들 수 있어요. 바이올린 같은 현악기는 줄을 튕기는 힘으로 공기를 진동시켜 소리 냅니다. 이때 줄의 두께와 길이에 따라 음이 달라지죠. 드럼·북과 같은 타악기는 판 또는 가죽이 떨리면서 공기를 진동시키고 소리를 내요. 통의 크기에 따라 음의 높이가 달라집니다. 각자의 방식으로 진동수를 조절해가면 피리와 같은 관악기, 바이올린 같은 현악기뿐 아니라 북과 같은 타악기도 모두 같은 높이의 음을 낼 수 있어요. 보통 한 옥타브가 높은음의 진동수는 진동수가 낮은음의 진동수의 두 배입니다. 반음씩 올라갈수록 진동수는 1.06배죠.

몸속 악기 성대의 비밀

사람마다 목소리의 높이가 다르죠. 여성·남성 이전에 같은 성이라도 목소리 높이가 차이 나는 건 성대의 길이와 굵기가 다르기 때문이죠. 관처럼 생긴 성대에서 소리가 진동해 목소리가 나오는데, 성대가 가늘고 짧을수록 목소리는 높아집니다. 일반적으로 남자는 여자나 어린이보다 성대가 굵고 길어서 더 낮은 소리가 나요.

변화는 사춘기 때 일어납니다. 사춘기 전에는 남녀 목소리의 높낮이가 비슷합니다. 사춘기엔 여러 호르몬의 영향으로 신체가 급격하게 커지죠. 후두도 성호르몬의 영향으로 커집니다. 이 시기 남자는 여자에 비해 성대가 2∼3배 길어지죠. 변성기가 지나면 목소리의 높낮이가 달라지는 이유예요. 같은 성이라도 성대 길이에 따라 목소리의 높낮이가 다르기 때문에 성악가들은 성대만 봐도 테너인지, 소프라노인지 알 수 있죠. 여러분에게 잘 맞는 노래를 찾고 싶다면 한번 성대를 잘 관찰하길 바라요.

노래하는 고속도로

충북 청원에서 상주로 가는 고속도로에선 달리는 동안 음악처럼 들리는 마찰음을 들을 수 있습니다. 어떤 원리일까요. 고속도로에는 ‘그루빙’이라는 게 있어요. 과속을 막기 위해 달리는 방향에 수직으로 파놓은 홈을 일컫죠. 그루빙 위를 달리면 자동차 속도가 줄며 ‘드득’ ‘드드륵’ 등 듣기 싫은 소리가 납니다. 이를 어떻게 기분 좋은 소리로 낼 수 있을까 고민하던 중 그루빙의 간격을 조절해 보자는 아이디어가 등장했죠. 고속도로에 파둔 홈의 간격에 따라 진동수는 달라집니다. 홈의 간격이 멀수록 낮은음을 내죠. 261.6㎐인 ‘도’ 소리를 내려면 홈을 9㎝ 간격으로 파두면 되겠죠. 392㎐인 솔은 홈을 7㎝ 간격으로 파요. 홈 길이를 통해 음을 내는 길이도 조절할 수 있죠. 길이가 길수록 소리가 오래 나는 원리를 이용한 겁니다.

글=김선왕 아꿈선 영상팀장
정리=강민혜 기자 kang.minhye@joongang.co.kr