물리 - ‘도레미파...’ - 음계[음파]에 관한 내용

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물리적으로 소리란, 역학적 진동으로 발생한 에너지가 공기와 같은 매질 입자들을 변형시켜 공간으로 전파되는 세로 방향 파동 현상을 일컫는다. 소리의 파동은 일정한 시간 간격(주기)을 두고 상하 요동하며 지속적으로 반복되는 특정한 파형(진동)을 지니는데 그 꼴은 일반적으로 sin 그래프로 나타난다.

소리의 높낮이(단위:Hz)는 1초 동안의 진동수(상하 요동 파형 수)로 결정되고 진동수가 많을수록 고음이 된다. 주기는 한 번 진동할 때 걸리는 시간을 의미하므로 자연스레 단위 시간당 진동수가 많은 고음일수록 주기는 짧다. 이를 식으로 표현하면 주기(T)와 진동수(f)의 관계는 역의 관계로 이다.
이를테면, 1초에 10번 진동하는 10Hz 크기의 소리에서 그 주기는 진동수의 역수인 1/10이다.

서양 음악의 기본 음조직을 구성하고 있는 옥타브는 고유 진동수를 가지는 어떤 기본음과 진동수가 서로 비례를 이루는 관계 음들을 엮어 조직한 논리 체계다. 피타고라스 조율론, 순정율, 평균율 등 고금의 서양 음악 음계 조직에 적용된 모든 원리들은 주기와 진동수에 관한 물리 역학 법칙에 근거해 추출된 것들이다.
악기의 현과 같이 자연 상태에서 규칙적인 진동 파형을 만들 수 있는 탄성 매질을 임의의 적당한 길이로 선택하고, 이를 고정시킨 후 최초 개병현의 상태에서 진동시켜 그 진동수를 구한다. 다음에 그 길이를 반으로 줄인 후 동일한 방법으로 진동시켜 진동수를 구하고, 또 반대로 길이를 두 배로 늘려 진동수를 구한다.

구해진 세 값의 진동수를 비교하면, 최초 개방현의 길이를 L로 보았을 때, 길이(L)과 진동수(f)의 비는,
(L) : (L의 1/2) : (L의 2배) = 1 : 2 : 1/2
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