악기구조 교과서 - 바이올린 플루트 피아노 팀파니의 메커니즘 해설 -

구조를 알면 음악이 들린다

아름다운 소리의 비밀은 악기에 있다

 사람들은 클래식 음악을 듣거나 오케스트라 공연을 보며 전율을 느끼고, 소리나 음악이 좋다고 표현한다. 이때 좋다는 의미는 단지 주관적인 표현일 뿐일까? 좋은 소리는 무엇일까? 실제로 사람의 귀는 자연스레 좋은 소리와 나쁜 소리를 구분한다. 그 기준은 바로 여러 음 사이의 주파수 비율이다. 그 비율이 자연음처럼 간단한 정수배(2:3, 3:4, …)일 때 소리가 좋다고 느끼고, 그렇지 않으면 어딘가 소리에 어긋난 부분이 있다고 느낀다. 그렇다면 구조, 형태, 크기가 각양각색인 악기들은 각기 어떤 원리로 좋은 소리를 만드는 것일까?
클라리넷은 리드로 입구를 밀폐한 후 작은 틈새로 숨을 불어 넣어 연주하는 악기다. 한쪽만 뚫린 폐관악기로 홀수배의 주파수를 낸다. 따라서 클라리넷에 리드 파이프, 마우스피스, 벨을 달아 소리를 더욱 조화롭게 만든다. 재즈 하면 빼놓을 수 없는 악기인 트럼펫은 길이가 일정한 관 1개로는 모든 음을 낼 수 없기 때문에 3개의 밸브가 달려 있다. 3개의 밸브를 조작해 공기의 통로를 늘이고 줄여 모든 음역에서 반음계를 연주한다. 이외에도 웅장한 소리로 경외감을 불러일으키는 파이프 오르간, 우아한 자태와 아름다운 음색을 갖춘 하프 등 다양한 악기에 숨은 과학 원리를 살펴본다.

공기의 진동 · 막의 장력 · 막대의 탄성

소리 메커니즘으로 살펴본 악기의 과학

 악기는 숨을 불어 넣거나 때리고, 튕기는 등 다양한 방법으로 소리를 낸다. 공기의 진동, 막의 장력, 막대의 탄성 등 소리를 내는 과학 원리 자체는 간단하지만 소리가 나기까지의 과정은 그렇지 않다. 과연 악기 안에서는 어떤 일이 일어날까? 제법 원리가 간단한 플루트조차도 숨의 속도, 방향, 입술과 악기의 거리, 틈의 모양 등 구조에 따라 다른 소리가 난다. 관 안으로 들어온 숨은 관 안의 공기와 만나 굉장히 빠른 속도로 움직이며 진동한다. 이때 새로운 숨이 들어와 각기 다른 방향의 힘을 가진 공기가 서로 위아래로 진동하면서 소리를 내는 것이다.
오케스트라에서 강렬한 울림을 주는 팀파니는 막의 장력과 무게, 크기, 두드리는 위치에 따라 음높이가 달라진다. 막의 장력을 조절하는 장치가 달려 있어 페달로 음높이를 바꾸면서 연주한다. 투명하고 섬세한 음색으로 사랑받는 트라이앵글도 어느 위치를 두드리고, 어느 각도로 두드리는지에 따라 다양한 음색을 낸다. 이처럼 악기는 공기의 진동이나 악기가 받는 장력, 복원력, 탄성 등 복잡한 힘이 어우러져 아름다운 소리를 만든다.

클래식 악기부터 세계의 민속악기, 전자악기까지

악기의 큰 흐름을 읽는다

《악기 구조 교과서》는 개론에서 악기 분류법을 살펴본 다음, 악기를 소리가 나는 진동체에 따라 기명악기(공기), 현명악기(현), 막명악기(막), 체명악기(악기 자체), 전명악기(전기·전자악기)까지 총 5장으로 나눠 소개한다. 각 장에는 클래식 악기는 물론 고토, 샤미센, 우드 등의 세계 전통악기, 피아노의 친구격인 쳄발로, 덜시머 등 여러 악기의 변천사가 담겨 있다. 실제 이탈리아에서 바이올린 제작 공방을 운영하는 저자의 바이올린과 기타 제작과정을 실어 흥미를 끈다. 100억 원을 호가하는 바이올린을 만든 현악기 제작자 스트라디바리와 작곡가 바흐와 베토벤 이야기도 만나보자.
전자악기에 대한 관심이 높아지는 요즘, 마지막 전명악기 장에서 다양한 전기·전자악기의 발전사와 종류, 컴퓨터 음 합성의 미래까지 내다본다. 권말에는 Q&A를 실어 소리를 이해하는 데 도움을 주고, 악기에 대한 궁금증을 풀어준다. 콘트라베이스, 바이올린, 기타의 유래를 살펴보면서 차이점을 알 수 있고, 88건반이 아닌 97건반 피아노 등 신기한 악기 이야기도 들려준다.
악기는 반려악기라 불리며 1인 1악기 시대의 자녀 교육, 성인의 취미생활, 노년층의 치매 예방까지 전 연령대에게 다양한 이유로 관심이 높아지고 있다. 《악기 구조 교과서》는 음악과 악기에 숨은 과학을 살펴볼 뿐만 아니라 세상에는 어떤 악기가 있는지, 악기는 어떻게 분류되는지, 나에게 맞는 악기는 어떤 것인지 찾는 데 큰 도움이 될 것이다.

저 : 야나기다 마스조

도시샤 대학 명예 교수. 공학 박사. 전문 분야는 디지털 신호 처리, 음악 음향, 음악 정보 처리.

감수 : 최원석

최원석은 현재 경북 경산 신상중학교에서 과학을 가르치면서 일반인들이 쉽게 접할 수 있는 과학이야기를 풀어내고 있는 작가이다. 그는 대구대학교 물리교육학과를 졸업하고 동대학원에서 물리교육으로 석사학위를 받았다. EBS 과학자문위원으로 대한민국 과학축전에서 ‘영화 속 과학’을 주제로 강연을 했으며, [한겨레], [중앙일보], [과학동아] 등에 글을 기고하는 등 과학대중화를 위해 활발한 저술활동을 펼치고 있다.

논문으로 「SF영화를 활용한 과학교육 방안 탐구」가 있고, 저서로는 『영화 속에 과학이 쏙쏙!!』, 『스타크래프 속에 과학이 쏙쏙!!』, 『세계명작 속에 숨어 있는 과학』Ⅰ·Ⅱ 등이 있다.

역 : 안혜은

상명대학교를 졸업한 후, 다년간 출판사 편집부에서 근무하며 다수의 도서를 기획 및 편집했다. 현재는 전문 번역가로 활동 중이다. 『7일 공부법』 『지도로 읽는다 한눈에 꿰뚫는 세계사 명장면』 『지도로 읽는다 미스터리 세계사』 『세상에서 가장 쉬운 회계학』 등 다수의 책을 우리말로 옮겼다.