파랑 :

상식적으로 생각해 보면, 두 대의 바이올린이 완전히 똑같이 연주하는 것은 현실적으로 불가능하다. 아무리 두 사람이 호흡이 잘 맞는다고 해도 그들의 연주는 각 음이 시작하는 시점, 주파수, 소리의 크기와 음색 등 여러 가지로 차이가 날 수밖에 없다. 그래서 두 사람이 연주하는 선율은 한 사람이 좀 더 크게 연주하는 소리와는 본질적으로 다르다. 우선 이런 미세한 차이는 차치하고, 일단 두 대의 바이올린 소리가 똑같다고 가정해 보자. 즉, 두 사람은 완벽하게 똑같게 연주하기 때문에 혼자 연주할 때와의 하나의 차이점은 소리의 크기라고 한다면 소리는 혼자 연주할 때보다 얼마만큼 커질까. 같은 데시벨의 소리 두 개를 동시에 듣는다고 해서 두 배로 크게 들리지는 않을 것이다. 틀림없이 간단하게 끝날 문제는 아니다. 두 음의 주파수가 일치하는 아주 간단한 경우를 다루었으며 이는 임계대역폭과의 관계와 차폐보다 복합적인 문제이다. 

임계대역폭과의 관계

기저막의 표면에는 말초신경 섬모가 있어 어떤 부분의 섬모가 자극되었는지에 따라 소리의 주파수를 감지할 수 있다. 우리의 귀는 한 개의 소리만을 듣지 않는다. 주파수가 다른 두 개 이상의 소리가 동시에 우리 귀에 들어올 때 우리에게 어떻게 들리는지부터 생각해 보자. 우선 두 주파수 사이의 간격이 주요 요인으로 등장한다. 두 음의 주파수가 완전히 일치할 경우 우리는 한 음이라고 느낄 것이다. 주파수 차가 적어 맥놀이가 천천히 진행되면 음량이 주기적으로 변하는 듯한 일종의 트레몰로 효과를 준다. 두 음의 간격이 벌어져 맥놀이가 빨라지면, 즉 맥놀이 주파수가 증가하면서 점차 거친 느낌을 받게 된다. 여기서 좀 더 넓어지면 그제야 두 음을 따로 듣게 되는데 거친 느낌은 이때까지도 없어지지 않는다. 그러다가 주파수 간격이 더 넓어지면 두 음 간의 관계는 부드럽게 변한다. 일상에서 예를 들면 라디오의 주파수를 맞출 때처럼 소리를 들을 때도 주파수대의 좁은 간격에 맞춰 듣는다는 것이다. 라디오를 청취하고자 할 때 청취자가 맞춘 다이얼 주파수가 방송국이 지정한 주파수와 완전하게 일치하지 않을 때 거친 소리가 나는 주파수 영역이 있는 것과 마찬가지다.

임계 주파수대역

임계주파수 대역이란 두 개의 소리의 상호간섭으로부터 비롯된 거침의 과정을 넘어 비로서 두 개의 음이 완전히 독립적으로 부드러운 관계를 유지하는 지점까지의 영역을 가리킨다. 다시 기저막의 주파수 감지 영역과 연관시켜 보면, 기저막에는 특정 주파수에 반응을 보이는 지점이 있고 이 지점으로부터 일정한 거리 내의 영역을 임계 주파수대역이라고 한다. 이런 영역 내의 각 지점은 이 주파수보다 약간 높거나 낮은 주파수를 담당하는 지점들일 것이다. 그러므로 두 소리가 마찰을 일으켜 거친 느낌을 주지 않고 부드러워지는 사실은 두 소리가 기저막의 다른 임계대역으로 감지되게 시작했다는 뜻으로 이해할 수 있다. 주파수가 가까운 두 소리가 기저막의 같은 임계대역에 들어옴으로써 거친 느낌이 생기는 점은 다음의 사실로 확인할 수 있다. 아주 작은 주파수 차이를 가진 두 음이라도 만약 우리가 두 음을 분리하여 양쪽 귀에 따로따로 들려준다면 거친 느낌이 생겨나지 않을 것이다. 이 경우는 우리 양쪽 귀의 서로 다른 기저막 부분을 자극하기 때문에 같은 임계대역 안에 두 주파수가 전달되지 않기 때문이다.


임계대역의 폭

임계대역폭이란 문자 그대로 기저막에서의 임계 대역의 넓이를 나타내는 것이다. 기저막은 주파수 영역에 따라 담당하게 되는 주파수의 범위가 크게 달라진다. 인간의 기저막은 주파수의 차이에 따라 균등 분할된 것이 아니고, 주파수의 비에 따라 등간격으로 분할되어 있다. 즉, 음이 한 옥타브씩 뛰면 그 주파수는 기하급수적으로 증가하지만 비는 모두 앞에 있는 것의 2배가 된다. 그러므로 단3도 보다 좁은 음정들이 우리에게 불협화음의 느낌을 주는 것도 두 음이 임계대역폭 안에 있기 때문이라는 설명도 가능한 것이다. 음정이 아닌 주파수 영역을 기준으로 이야기해 보자면, 한 임계대역이 고주파에서는 저주파에서보다 훨씬 더 넓은 주파수 영역을 담당하게 된다. 주파수 영역에 따른 임계대역폭을 보면 주파수 영역이 상승함에 따라 임계대역폭이 급격히 넓어진다는 사실을 알 수 있다. 기저막의 고주파 영역으로 갈수록 더 넓은 영역을 맡게 되는 만큼 중심주파수 위의 영역이 아래 영역보다 약간 넓을 것이다. 즉, 중심 주파수란 임계대역폭의 산술적 평균 지점에 있지 않고 약간 아래쪽에 위치한다는 것이다. 오해가 없도록 부연 설명을 하자면 임계대역폭은 넓이의 개념이지 기저막에서의 고유 영역을 나타내는 것은 아니다. 


음량과 임계대역

임계대역폭은 음량의 합과 무슨 관계가 있을까. 몇몇 음향학자에 의해 발견된 사실에 의하면, 우리 귀의 기저막에는 주파수 감지 영역이 구분되어 있기 때문에 두 가지 소리를 들을 경우, 두 개 음의 주파수가 같은 임계로 안에 들을 때에 비해 서로 다른 영역에 분산되어 있을 때 훨씬 더 큰 소리로 듣는다는 것이다. 즉, 한 음의 주파수를 고정시켜 놓고 다른 한 음의 주파수를 움직이면 주파수의 차이가 어느 정도 커질 때까지 플래토 현상을 보이다가, 어느 지점에 이르면 갑자기 소리가 커진 것 같은 느낌을 받게 된다. 바로 이 지점이 두 음이 같은 임계대역폭 안에 있다가 서로 다른 임계대역으로 이동하는 지점이다. 기저막이 특정한 주파수에 의해서 일단 한 번 진동했으면 소리의 강도가 꽤 커져야만 소리가 커진 것을 느낄 수 있다. 그러나 기저막의 어떤 지점이 진동할 때, 그 진동이 속한 임계대역 밖의 다른 지점들의 감각까지 둔화하는 것은 아니다. 그래서 같은 음량을 가진 두 음 그러니까, 주파수가 크게 달라 기저막의 서로 다른 지점을 자극하는 두 음은 두 주파수가 같을 때 비하여 더 큰 음량을 가지게 된다. 앞서 바이올린과 첼로가 옥타브 간격으로 연주하는 소리의 음량은 바이올린 두 대의 소리보다 크게 들리는 이유가 바로 이것이다. 같은 이유로 네 대의 바이올린이 함께 하는 연주보다 현악 4중주의 연주가 훨씬 크게 들린다.

만약 저음이 고음과 똑같이 크게 들린다면 이는 이미 저음이 훨씬 더 큰 강도를 가지고 있다는 뜻이다. 이런 상태에서 음량을 올리면 모든 주파수의 강도가 점차 증가할 것이기 때문에 저음은 더욱더 큰 강도를 가지게 될 것이다. 주파수가 낮은음이 큰 소리를 낼 때 주위의 물건이 흔들리는 것이 바로 이런 이유 때문이다. 이처럼 데시벨이라는 단위는 물리적인 수치이기 때문에 이 수를 기준으로 얼마나 크게 들리느냐 하는 점을 판단할 수는 없다. 또한 모든 사람에게 적용될 수 있는 음량을 수로 표시하는 것 역시 불가능하다. 개인에 따라 변화의 폭이 심하기 때문이다. 


음량 수준 데시벨

음량이 소리의 강도뿐만 아니라 주파수에 따라 크게 변하기 때문에 강도를 측정치인 데시벨이라는 단위만으로는 그것이 우리에게 어느 정도 크게 느껴지는지 알 수 없다. 따라서 우리는 음량을 측정하는 새로운 단위가 있어야 하는데, 음량이란 우리에게 얼마만큼 크게 느껴지는가 하는 문제, 즉 심리적 변수이기 때문에 이에 대한 실험의 결과를 토대로 해야만 한다. 음량의 정의와 측정 및 산출 방법은 한 유명한 논고에 구체적으로 제시되어 있고, 이 논문은 이후 음량 측정에 관한 고전적 지침이 되고 있다. 등음량 곡선이 바로 소리의 강도와 주파수에 따라 변하는 음량 측정 결과인데 같은 음량의 소리를 내려면 주파수에 따라 강도가 어떻게 변해야 하는지 나타내기 때문에 등음량 곡선이라고 불린다. 심리적 변수인 음량의 단위는 음량 데시벨을 사용한다. 흔히 데시벨이라고 하면 물리적 변수인 강도를 나타내는 데시벨을 가리키는 것이 보통이지만 분명한 구분을 짓기 위해 특별히 강도 수준 데시벨로 표기하는 경우도 있다. 데시벨이라는 단위를 사용할 때마다 그것이 강도의 단위인지 음량의 단위인지 밝혀 주어야만 하는 번거로움을 피하기 위해 음량 수준 데시벨 대신 폰이라는 전혀 새로운 단위를 사용하기도 한다. 그래서 등음량곡선을 같은 폰 곡선이라고 부르기도 한다. 만약 주파수가 다른 두 개의 싸인파가 있을 때 서로 강도의 수치는 다르더라도 같은 폰 곡선상에 있으면 똑같이 크게 들린다. 이 곡선을 보면 큰 소리는 주파수에 따라 별로 변하지 않지만 작은 소리는 크게 변한다는 것을 알 수 있다. 바꿔 말하면 같은 강도의 소리가 주파수에 따라 음량이 변하는 것은 큰 소리보다는 작은 소리에서 훨씬 더 심하다는 것이다. 


음역에 따른 악기의 상대적 감도

음량의 단위인 폰은 기존의 데시벨에 지각적 효용성을 보완하기 위해 만들어진 것이다. 소리가 똑같은 에너지를 가지고 있다고 하더라도 그 주파수에 따라 다른 크기의 소리로 들리지만, 40폰의 소리라고 하면 어떤 음역에 있든 그 음량을 짐작할 수 있는 것이다. 강도와 음량의 개념적 차이는 실제 음악에 있어 설명될 수 있다. 콘트라베이스가 내는 소리의 힘을 플루트나 호른, 클라리넷 등이 내는 소리의 세 배가 넘는다. 그런데 막상 무대 위에서 플루트와 콘트라베이스가 함께 연주한다면 우리에게는 플루트 소리가 훨씬 더 크게 들릴 것이다. 저음악기인 콘트라베이스는 플루트보다 강도는 훨씬 높지만 음량은 작다. 이것이 바로 관현악단에서는 상대적으로 큰 에너지를 갖는 콘트라베이스 주자가 플루트 주자보다 더 많아야 하는 이유이다. 관현악단의 음향은 물리적 변수인 강도가 아니라 심리적 변수인 음량에 따라 맞추어져야 하기 때문이다. 물론 악기에 따라 서로 다른 방법을 사용해 소리의 크기를 조절하기도 한다. 현악기의 경우 주로 활에 가하는 힘으로, 관악기는 불어넣은 바람의 세기에 의해서 큰 소리와 작은 소리를 낼 수 있다. 


감각 수준

음량은 우리에게 얼마만큼 크게 들리느냐 하는 개념이며, 같은 음량을 가진 여러 주파수의 소리를 우리에게 들리는 크기에 따라 일렬 상에 놓을 수 있다는 장점을 가진다. 강도 수준 데시벨의 경우 주파수가 다르면 데시벨이 더 높은 소리가 낮은 데시벨의 소리보다 작게 들리는 경우가 있었다. 그러나 높은 폰의 소리는 어느 주파수던 우리에게 똑같은 크기로 들리고, 낮은 폰의 소리보다는 크게 들린다. 그러나 이런 상대적인 의미를 제외하면 폰으로 환산된 숫자가 의미하는 바는 크지 않다. 그래서 우리의 감각과 어느 정도 맞아떨어지는 새로운 단위가 필요하게 되었고, 그 단위는 바로 손이다. 음량 수준과 감각 수준의 환산 그래프의 수평축은 음량 수준인 폰을, 수직축은 감각 수준인 손을 나타낸다. 


두 개의 소리가 합쳐진다면?

우리의 실생활 속에서 다음과 같은 상황을 가정해 보고 두 개 이상의 소리가 우리에게 어떻게 합쳐져서 들릴지를 생각해 보자. 첫째, 혼자서 연주하는 소리와 여러 사람이 연주사는 소리는 단지 음량의 차이 밖에는 없는가? 만약 한 사람이 연주하는 소리를 증폭시킨다면 여러 사람이 연주하는 소리와 같을까? 둘째, 한 사람이 바이올린을 연주하고 있는데 연주가 끝난 후 다른 한 사람이 같이 합세해 같은 선율을 둘이 함께 연주한다면 혼자 연주하는 소리와 두 사람이 연주하는 소리를 우리는 구분할 수 있을까? 구분할 수 있다면 어떤 차이점을 근거로 구분할 수 있을까? 셋째, 상식적으로 두 사람이 연주하는 소리는 한 사람이 연주하는 소리보다 더 큰데 그럼 그 소리는 두배 큰 소리일까? 넷째, 한 사람이 바이올린을 연주하고 있고, 다른 사람이 첼로로 한 옥타브 낮은 음역에서 같은 선율을 연주한다면 두 개의 바이올린이 연주하는 소리와 바이올린과 첼로 한 대씩이 연주하는 소리 어떤 소리가 더 크게 들릴까? 다섯째, 나란히 있는 옆방의 소리는 완전히 차단될 수 없다. 옆방에서 음악 소리가 새어 나올 때, 만약 내가 음악을 더 크게 틀면 소리가 합쳐져 더 시끄럽게 들릴까, 아니면 옆방 소리가 안 들리거나 혹은 덜 들리게 될까? 마지막 여섯째, 한 성악가가 오케스트라의 반주로 노래하고 있다면, 수십 명의 연주자가 함께 연주하는 오케스트라의 음향 속에서도 성악가가 혼자 부르는 음성을 가려서 들을 수 있는가? 두 개 이상의 소리가 합쳐졌을 때, 우리에게 어떻게 들리는지 하는 점, 즉 소리의 합, 차폐를 비롯한 제반 현상을 위의 질문들로 답을 하는 과정이 필요하다.

소리는 공기의 진동이다. 일상생활 속에서 소리가 날 때 우리가 공기의 진동을 흔히 느낄 수 있는 것은 아니지만, 아주 큰 소리가 날 때 진동을 느끼는 경우가 있다. 굉음이 나면 물건이나 유리창이 흔들리는 것도 볼 수 있는데, 이는 공기의 진동이 물체들에 전달되었기 때문이다. 또한 음악을 크게 틀어놓고 스피커 입구에 종이를 걸어놓으면 소리가 만드는 물리적 진동에 의해 종이가 앞뒤로 흔들리는 것을 볼 수 있다. 주파수가 낮은음이 큰 소리를 낼 때 이런 현상은 더욱 심해진다. 이런 현상은 모두 소리의 힘과 그 주위에 있는 물건들의 물리적 속성에 의해 생겨나는 순수한 물리적 현상이다. 큰 소리에서 나는 진동을 우리가 느낄 수 있고 때로는 주변의 물체를 흔들 수도 있지만, 이보다 훨씬 더 작은 몇백억 분의 일밖에는 되지 않는 힘을 가진 진동 역시 우리는 들을 수 있다. 우리는 이같이 작은 소리도 듣는 것은 작은 힘을 가진 진동 역시 공기를 타고 고막에 전달되기 때문이다. 소리가 가지는 힘으로 진동의 폭은 달라질 것이고, 또 이에 따라 우리의 귀에 도달하는 음량 역시 다를 것이다. 그러나 이러한 전달의 관계가 그리 간단치는 않다. 소리가 가지는 힘은 1차원적 변수이지만 소리의 진원지로부터 우리의 귀까지 전달되어 들을 수 있게 되기까지는 다양한 과정을 거치며, 과정마다 서로 다른 측정 방법이 있을 수 있기 때문이다.


소리의 힘과 강도

소리의 근원이 말하는 사람이든, 악기든, 스피커든 그 전체적인 에너지를 측정할 수 있으며 그 단위는 전력을 측정하는 단위와 같은 와트이다. 음파는 여러 방향으로 퍼지기 때문에, 우리의 귀에 도달하는 에너지는 몇 와트냐 하는 단위 시간당 전해지는 에너지로 측정되며 이것을 소리의 강도라고 한다. 음악에서 사용되는 악기들의 경우, 어느 정도의 강도를 가지고 있을까?


거리의 영향

소리가 가지는 에너지와 우리에게 들리는 음량 사이의 관계가 간단치 않다는 점을 알 수 있었는데 거리와의 관계가 문제를 복잡하게 만드는 변인 중의 하나이다. 예컨대 소리가 진원지에서 공기를 통해 전파될 때 주파수는 변하지 않지만, 강도는 위치에 따라 크게 달라질 것이라는 점은 상식적으로도 생각할 수 있다. 아무리 큰 소리라도 먼 거리를 두고 전해온다면 그것이 우리 귀에 도달했을 때는 그 에너지의 대부분을 잃었을 것이기 때문이다. 따라서 소리의 크기를 다루는 데는 진원지와 우리가 듣는 곳 사이의 거리가 아주 중요한 변수로 개입하게 된다. 


기준강도와 강도 수준

소리의 강도는 단위 시간당 전해지는 에너지 그 자체로 보다는 기준강도의 몇 배 강도를 가졌느냐 하는 비교 수치로 쓰이는 것이 보통이다. 여기서 기준강도란 우리 귀로 들을 수 있는 가장 작은 소리, 즉 들릴 듯 말 듯 한 정도 크기의 소리이다. 소리의 세기를 측정하는 데 있어 와트 대신에 데시벨이라는 단위를 사용하면 기하급수적으로 증가하는 수에 대한 공포로부터 우리를 해방해 준다는 것이다. 


강도 측정과 소음기준

소리가 얼마나 큰지를 측정하기 위해서 강도 측정기는 우리의 일상생활 속에서 소음측정기의 역할을 한다. 그런데 이 측정기로 측정된 결과를 보고 모든 주파수의 소리 힘을 알 수는 없다. 아주 높거나 낮은 주파수의 소리는 우리에게 들리지 않는다. 또한 우리가 들을 수 있는 가청주파수 내에서도 더 크게 들리는 주파수 영역과 이보다 훨씬 덜 들리는 영역이 있다. 이 측정기는 모든 주파수 성분을 모두 더하기 전의 결과를 우리에게 가르쳐준다. 그래서 주파수 영역에 따른 상대적 강도 그래프를 보면 세 개의 곡선이 있다. 실체로 측정된 결과는 세 번째 곡선인데 우리는 첫 번째 곡선을 보편적으로 사용한다. 이는 소리가 가지고 있는 강도보다는 우리에게 얼마나 크게 들리느냐 하는 점에 초점을 맞추기 위한 것이다. 우리는 소음에 둘러싸여 살기 때문에 일상적 상황에서 기준강도 정도의 소리는 들을 수 없다. 소음 기준표를 보면 요즘 가장 중요한 장소는 빈 스튜디오나 음악회장이다. 청중들이 있다고 해도 일정 데시벨을 넘지 않는다. 관현악단이 내는 가장 큰 소리는 가장 작은 소리의 100만배에 달하는 소리의 힘을 가지고 있다.


강도의 가청범위

우리는 어느 정도 작은 소리로부터 얼마만큼 큰 소리까지 들을 수 있을까? 이것은 소리의 높이를 다룰 때 가청주파수와 같은 개념이기 때문에 가청 강도라고 부를 수도 있을 것이며, 앞서 그 하한선을 0데시벨, 상한선을 120데시벨로 잡은 바 있다. 물론 사람에 따라 청력은 크게 다르다는 점을 미리 전제해 둘 필요가 있지만, 설령 좋은 청력을 가진 사람이라 할지라도 모든 주파수 영역에서 0데시벨의 소리를 들을 수 있는 것은 아니다. 강도의 가청범위와 음악에서 사용되는 소리표를 보면 낮은 소리일수록 큰 힘을 가져야만 들리게 된다는 것을 알 수 있다. 이처럼 가청한계의 하한선은 주파수에 따라  진동을 느낄 수 있는 지점은 모든 주파수대에서 비슷한 것으로 나타났다. 또한 우리가 촉각적으로 진동을 느낄 정도가 되면 우리의 귀는 고통의 경지에 이르게 된다. 그래프가 함축하고 있는 것은 우리에게 들리는 소리의 크기는 소리의 물리적 강도뿐만 아니라 주파수에 따라서도 달라진다는 점이다. 인공적인 방법으로 소리의 강도를 높일 수 있고, 그러면 소리는 커지게 된다. 우리가 흔히 앰프라고 하는 소리 확성기를 통해 얼마든지 크게 만들 수 있다. 오디오에서는 흔히 볼륨이라고 쓰여 있는 스위치를 올리면 음량이 증가하는데 볼륨은 시각에서 사용되는 용어이지 올바른 음향학적 용어는 아니고 음량이 적합한 용어이다. 

엔벨로프

한 악기가 내는 소리의 스펙트럼이 일정하지 않음에도 불구하고 음악인들은 악기 연주하는 소리를 들으면 어떤 악기가 연주하는지 알아맞힐 수 있다. 그렇다면 무언가 바순에만 공통적인 음색, 즉 첼로나 트롬본과는 다른 무엇이 있는 것임이 분명하다. 악기의 특징적 음색을 알아맞힐 수 있는 음향적 단서는 어디 있을까? 무엇보다도 우선 악기의 시작 부분을 들 수 있다. 같은 주파수대의 음을 같은 세기로 연주한다고 하더라도, 현으로 켜는 소리와 관을 부는 소리는 첫 시작과 끝부분이 매우 다르기 때문이다. 지금까지 우리가 음색에 관해 논의했던 부분은 일정하게 흐르는 주기적인 소리였다. 그러나 이런 상태에 이르기 전의 첫 부분이나 음이 사라져 가는 부분을 편집하여 주기적인 소리만을 남겨 놓으면 악기의 음색을 구별하는 데 커다란 어려움을 겪게 된다. 음향의 디지털 편집 기술이 보편화되어 어떤 소리도 편집할 수 있는 요즘은 음향 편집으로 다른 악기의 효과를 낼 수도 있다. 예를 들어 어떤 악기 소리에 피아노 음색의 사라져 가는 부분의 효과를 첨가하면 마치 피아노 소리와 같이 들린다. 결국 소리가 시작해서 끝나기까지의 진폭 변화 곡선, 즉 엔벨로프 역시 악기의 음색을 구별하는데 좋은 단서가 된다. 따라서 엔벨로프에서는 시간의 차원이 매우 중요하다. 얼마만큼 빨리 첫 시작을 끝내느냐, 얼마만큼 급격하게 소리가 사라져 가느냐 하는 문제 등이 모두 엔벨로프에 담겨있는 정보이다. 음색 지각에 있어 엔벨로프의 중요성을 증병해주는 실험 연구가 있다. 버거는 여러 가지 악기의 음색에서 처음과 마지막 0.5초씩을 잘라내고 30명의 밴드부 학생을 대상으로 실험했다. 우선 악기에 따라 아주 다른 분포를 보였다. 앞뒤가 제거된 플루트 소리를 듣고 알아맞힌 학생은 한명에 불과했고, 오보에와 클라리넷은 엔벨로프의 처음과 끝을 제거해도 많은 학생이 알아맞혔다. 비교적 정답이 많이 나온 악기는 엔벨로프에 별로 중요한 단서가 없고, 오답이 많은 악기는 그 악기의 음색적 특징이 엔벨로프에 많이 담겨있는 것으로 해석할 수 있다. 두 번째 실험에서는 테이프를 편집해 첫 부분을 모두 없애버린다. 그럼 전혀 다르게 들렸던 악기들끼리 다 비슷하게 들릴 수 있다는 사실이 발견되었다. 엔벨로프의 첫 부분인 어택동안 파형은 주기적이지 않다. 현악기에서 현과 활이 마찰하는 소리, 관악기를 처음 불 때 공기의 마찰 소리 등을 포함한 소리는 엄밀한 의미에서는 일종의 소음이다. 그러나 이 소음 안에 음색에 관한 단서가 상당히 들어있다는 사실이 입증된 것이다. 


비브라토

비브라토가 있느냐 하는 문제도 악기를 알아맞히는 데 중요하다. 실제 연주에 있어서는 음악가들이 한결같이 같은 음높이를, 같은 음량으로 연주하는 것이 아니다. 음악 용어인 비브라토를 음향학적 용어로 서술하자면 음높이의 비브라토는 주파수 변조이고, 음량의 비브라토는 진폭변조라고 할 수 있다. 한편 1초 동안 이루어지는 비브라토의 횟수를 비브라토 주파수라고 하는데 대개 초당 평균 7회이다. 비브라토의 폭은 취 아래로 3%까지 움직이는데, 이는 거의 반음의 영역이다. 이쯤 되면 비브라토와 트레몰로의 경계 설정이 문제가 된다. 비브라토와 트레몰로는 물론 다르지만, 때로는 상호 교환적으로 쓰이는 경우도 있다. 일상적인 의미에 있어서 비브라토는 주파수 비브라토를 가리키는데, 주파수 비브라토를 하면 자연히 진폭 비브라토가 생기기 마련이다. 실내의 공명, 그리고 악기의 공명 영향 때문에 진폭 비브라토가 없는 주파수 비브라토란 불가능하다. 예를 들어 공명기가 달린 비브라폰의 경우 주기적으로 열렸다 닫혔다 하는데 이는 아주 예외적인 예일뿐, 일반적으로 완전한 진폭 비브라토는 거의 없다. 진폭 비브라토가 비브라토의 목적인 경우는 거의 없고, 주파수 비브라토에 수반되는 결과인 경우가 대부분이기 때문이다. 비브라토를 함으로써 생기는 부수적인 효과는 주파수가 약간 틀리는 것을 덮어준다는 점이다. 실제 연주에서 녹음된 결과들에 나오는 비브라토의 폭이나 주파수가 일정한 경우는 거의 없고 음이 지속되는 동안 한가지 변수가 될 수 있다. 그렇기 때문에 비브라토를 고정한 전자악기의 소리는 인공적으로 들릴 수밖에 없다.


음색의 연구와 문제점과 현황

음색에 대한 많은 부분이 아직도 우리에게는 미지의 것이고, 그 이유의 많은 부분이 음색을 측정하는 잣대를 만드는 어려움에 기인한다. 그런데도 음색에 대한 느낌을 수가 아닌 것으로 표현하는 것은 과학으로서 음향학이 허용할 수 없다. 수치화하고자 하는 과학자들의 노력과 다른 차원 성이라는 음색의 특징이 만날 수 있는 지점이 바로 다차원적 잣대를 이용하는 것이다. 만약 음색이 주파수나 진폭과는 달리 1차원적 잣대로 수치화될 수 없다면 3차원적 공간에 놓고 수치화해 보자는 것이다. 그러나 이런 차원상의 문제들이 해결되었다 하더라도 남아있는 의문점들은 여전히 존재한다. 예를 들어 트랜지스터 라디오에는 스펙트럼의 일부분, 특히 저음이 많이 손상되게 마련인데 이를 통한 소리를 듣고도 우리는 어떻게 음색을 알 수 있을까? 음역에 따라 스펙트럼이 다른데 어떻게 스펙트럼이 바뀌어도 같은 악기라는 것을 모든 음역에서 알 수 있을까? 포르테로 연주한 곡을 작게 듣는 것과 피아니시모로 연주한 곡을 크게 들으면서 어떻게 본래 연주의 음량을 상상할 수 있을까? 마찬가지로 속삭이는 소리를 크게 듣는 것과 외치는 소리를 작게 듣는 것의 음색적 차이는 어떻게 설명할 수 있을까. 한 가지 분명한 사실은 이 모든 능력은 우리가 이미 하는 일이라는 점이다. 우리는 이러한 것들을 알고 구별하는데 다만 우리가 어떻게 이런 일들을 하는지 그 방법을 알아내기가 어렵다는 것이다. 따라서 음색에 대한 연구 중 많은 부분은 음향 그 자체에 대한 연구라기보다는 어쩌면 인간에 대한 연구일 수 있다. 

푸리에의 방식대로 합성음을 주파수가 자연수 배에 있는 순음들로 분석할 수 있다면 그 역, 즉 모든 순음의 진폭과 위상을 조절하여 합성하면 어떤 파형의 합성음도 만들어 낼 수 있다는 뜻이 된다. 푸리에 분석의 역작업에 해당하는 이와 같은 소리 제조 과정을 푸리에 합성이라고 한다. 전자음악에 흔히 쓰이는 신디사이저란 바로 순음을 합성하여 여러 가지 음색을 만들어 내는 기계이다. 신디사이저를 이용하면 악기를 포함한 모든 종류의 음색을 모방할 수 있고, 물소리나 바람 소리 같은 자연의 소리도 비슷하게 만들어 낼 수 있으며, 이 세상에 없는 소리도 얼마든지 새로 만드는 것이 가능하다. 특정한 소리를 만들어 내기 위해서는 각 배음의 진폭과 위상에 관한 정보를 알아야 한다. 말하자면 그 소리를 만들기 위한 처방 혹은 조리법이 필요하며, 이 처방대로 순음을 배합하면 원하는 음파와 음색을 얻을 수 있는 것이다. 톱니파나 사각파는 모두 거칠고 비음악적인 소리를 낸다. 규칙적인 도형의 모양을 한 파 중에 가장 음악적으로 들리는 소리를 내는 파형은 삼각파이다. 삼각파의 소리는 플루트 소리와 비슷하게 들린다. 우리의 귀는 훈련에 의해서 합성파에서 개별적인 배음을 들을 수 있는 경우도 있지만 이는 아주 드문 예이고 대부분 배음은 모두 합쳐져 음색을 가진 하나의 음으로 합성되어서 들린다. 모든 주기적 파형이 한 가지로 스펙트럼 분석될 수 있다는 사실은 바꾸어 말하면 한 개의 파형을 만드는 처방은 한 가지 밖에는 없다는 뜻이다. 말하자면 파형과 스펙트럼 간에 일대일의 상응 관계가 존재하는 것이다. 파형 혹은 스펙트럼이 음색을 결정하는 중요한 요인이기는 하지만 유일한 요인은 절대 아니며, 파형 이외에도 음색을 결정짓는 여러 가지 변인들이 있다는 것이다. 


음색과 관련된 그 밖의 요인들

스펙트럼 이외에 음색의 차이를 결정짓는 또 하나의 중요한 요소는 바로 포먼트이다. 같은 파형의 음이라면 스펙트럼은 같겠지만 기음의 음높이에 따라 각 배음의 주파수는 크게 달라질 것이다. 특정 배음 대신 특정 주파수 영역에서 배음들이 진폭이 커져 악기의 특색을 특징짓는 요인이 있는데 이를 그 악기의 포먼트 영역이라고 한다. 포먼트 이론은 본래 인간 음성의 모음을 설명하기 위한 것이다. 악기 음색에 적용되기까지는 보다 긴 시간이 걸렸지만, 악기 음색에도 잘 적용될 수 있음이 입증되었다. 한 악기의 포먼트 영역을 규명하기 위해서는 모든 음역 음의 각 배음을 계산해 평균 내야 한다. 같은 악기로부터 많은 스펙트럼을 분석하여 음역별로 평균 내면 흥미로운 결과가 나온다. 우리는 바이올린에 약음기를 끼우면 소리가 작아진다는 것을 안다. 표를 보면 약음기를 끼우지 않은 소리와 끼운 소리의 평균 스펙트럼이 나란히 그려져 있는데 약음기를 끼운 소리가 거의 모든 영역에서 낮게 나와 있다. 그런데 약음기를 끼우면 우리는 단순히 소리가 작아질 뿐 아니라 음색이 변하는 것도 느낄 수 있다. 약음기를 끼우지 않고 작게 연주하는 소리와 약음기를 끼우고 크게 연주하는 소리는 분명히 다르다. 이러한 은색의 차이가 포먼트 영역에서 나타난다. 즉 포먼트 영역이 다르고 이것을 우리는 음색의 차이로 받아들이는 것이다. 악기들의 포먼트 영역을 알기 위해서는 그 악기가 낼 수 있는 모든 음을 연주하여 배음 분석을 해야 한다. 특정 영역을 잘게 나누어 음마다 소리 에너지가 어떤 영역에서 높게 나타나는가 보고 이러한 점들을 악기의 모든 영역에서 합쳐본다. 결과는 그 악기의 평균 에너지 분포를 보일 것이고 우리는 악기의 포만트의 굴곡을 볼 수 있다. 이와 같은 방법을 이용하여 조사한 결과 목관악기와 금관악기들은 두 영역에서 두드러진 포먼트 영역을 보이는 것으로 나타났다.


위상

그림에서 볼 수 있듯 세 곡선이 시작하는 지점과 끝나는 지점이 한 곳에서 만나는 것을 전제로 하고 있다. 반면 짝수 배음들의 위상이 180도 바뀌어 있는 것을 볼 수 있고, 실제로 모든 배음의 위상이 일치하지 않는 경우가 많이 있다. 배음들의 위상이 바뀌면 진폭이 올라가고 내려가는 지점들이 바뀌고, 따라서 이러한 배음들을 합성하면 파형도 바뀌기 마련이다. 기음과 2배음만을 합성한 파형에 여러 가지 배음들이 더해진다면 각 배음의 위상에 따라 이보다 훨씬 복잡하고 다양한 파형들이 생겨날 것이다. 그러니까 위성이 달라지면 파형이 달라지고, 파형이 달라지면 음색도 바뀌어야 한다는 결론이 나온다. 독일의 물리학자 오옴은 배음들 사이의 위상 관계가 음색과는 전혀 관계가 없다는 것을 발견했고, 헬름홀츠 역시 배음의 위상이 음색에 미치는 영향을 연구한 결과 같은 결과에 도달했다. 이를 어떻게 설명할 수 있을까. 위상이 달라지면 파형이 달라지지만, 파형이 다르다고 반드시 음색이 변하는 것은 아니라는 점은 이미 언급했었다. 앞서 두 개의 바순 소리도 전혀 다른 파형을 그린 것을 확인했었다. 그런데도 바순이 연주하는 두 음은 우리에게 동질적인 것으로 들린다. 오옴과 헬름홀츠의 연구 결과는 의심의 여지가 없이 믿어져 왔다. 그래서 대부분의 음향학 교과서에 위상은 음색에 영향을 미치지 않는 것으로 쓰여있다. 그런데 요즈음 들어 이에 대한 의문이 제기되었고 재검증하는 움직임이 있다. 이제 이를 의심할 만한 근거들이 많이 축적되어 어떤 경우에는 귀가 위상의 변화를 알아챌 수 있다고 결론에 도달한 연구들이 있다. 다만 그것이 어떤 경우인지가 명확히 밝혀지지 않았다. 그중 가장 그럴 것 같은 한 가지 조건은 파형에서 날카로운 굴곡 부분의 수가 음색에 영향을 미치리라는 것이다. 이는 그러나 대단히 예외적인 것이고 세 파형이 내는 음색은 정상적인 방 안에서 스피커를 통해 들을 때 거의 구분할 수 없도록 똑같이 들린다.