음의 속도(Speed of Sound)

    일상 대화에서는 말하는 즉시 음이 귀에 도달하는 것처럼 여겨진다. 그러나 20m 정도의 거리에서는 음의 전파에 약간의 시간이 걸린다. 어떤 이들은 대형 콘서트 홀의 뒷좌석에 앉으면 각 화음이 우리들의 귀에 전달되는 것과 시각적인 지휘 동작 간의 지연이 크기 때문에 혼란을 느끼게 된다. 한 블록 정도 거리에서 망치질하는 모습을 볼 경우에는 시간적 지연이 한층 뚜렷하다.

    음은 제법 빠른 속도로 전파되므로 속도 측정에 약간의 계산이 필요하다. 건조한 공기 중에서 음의 속도는 실온(T=20℃)에서 초당 V20 = 344m(344m/s)로, 1km의 진행에 약 3초가 소요된다. 이것은 일상적 기준으로 보면 상당히 빠른 속도이다. 현재는 초음속 항공기가 보편적이지만, 그보다 거의 백만 배나 빠른 광속에 익숙한 물리학자들에게는 매우 느린 존재에 불과하다.

    음악에서 다행한 일은 공기가 비분산적인 매질이란 사실이다. 이는 피치의 고저에 관계없이 공기 중을 진행하는 음의 속도가 모두 동일하다는 뜻이다. 만일 그렇지 않다면 콘서트 홀의 뒷좌석에서는 동시 연주된 음들이 제각기 서로 다른 시각에 귀에 도달하게 된다면 모든 화음이 절망적으로 뒤섞여버릴 것이다.

    음속은 기온에 따라 변한다. 기온은 분자 운동의 활동성에 대한 척도이기 때문이다. 기온이 높으면 분자 운동이 빨라져 인접 분자들 간의 충돌이 빈번해지므로 음의 진동이 한층 빠른 속도로 전파된다. 음속은 기온이 섭씨 10 증가할 때 0.6m/s 증가한다. 예컨대, 30℃의 실내에서는 350m/s로, 20℃의 경우보다 2% 정도 빨라진다. 이 정도의 변화는 20℃에서 조율한 파이프 오르간의 음을 망쳐 놓기에 충분하다. 다른 파이프들이 반음의 약 1/3음 높아지는 데 비하여, 오르간의 리드 파이프는 거의 동일한 피치를 유지하기 때문이다. 이는 관악기 주자들이 공연 중 중요한 등장 전에 이따금씩 부드럽게, 그리고 소리 없이 악기에 숨을 불어넣어 워밍업을 하는 이유이기도 하다.^[각주:1]

2024.10.23 - [Music Story] - 선율의 단위(Unit of melody)

선율의 단위(Unit of melody)

 

https://youtu.be/tVKQnd9ZrEk?si=OctvSl-b9Vv1rsG3

 

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    In everyday conversation, it is believed that the sound reaches the ear as soon as it is spoken. However, at a distance of about 20m, the sound propagation takes some time. Some people feel confused when they sit in the back seat of a large concert hall because of the large delay between the transmission of each chord to our ears and the visual command movement. The time delay is even more pronounced when watching the hammering from a distance of about a block.

    Since sound propagates at a fairly high speed, some calculation is required for speed measurement. The speed of sound in dry air is V20 = 344m/s per second at room temperature (T=20°C), which takes about 3 seconds to travel 1km. This is quite fast by everyday standards. Supersonic aircraft are now common, but they are only very slow for physicists who are accustomed to light speeds almost a million times faster than that.

    The good thing about music is that air is a non-dispersive medium. This means that the speed of sound traveling in the air is all the same regardless of the pitch's height and low. If not, all chords will be hopelessly mixed if the simultaneously played notes reach the ears at different times in the back seat of the concert hall.

    The speed of sound changes with temperature. This is because temperature is a measure of the activity of molecular motion. When the temperature is high, molecular motion accelerates and collisions between adjacent molecules become frequent, so negative vibrations propagate at a faster speed. The speed of sound increases by 0.6m/s when the temperature increases by 10 degrees Celsius. For example, it is 350m/s indoors at 30°C, which is about 2% faster than at 20°C. This change is sufficient to ruin the sound of the pipe organ tuned at 20°C. This is because the organ's lead pipe maintains almost the same pitch, while other pipes increase by about a third of a half a note. This is also the reason why wind instrument runners warm up by breathing into the instrument gently and silently from time to time before an important appearance during a performance.

1. Donald E. Hall, "Musical Acoustics" 중에서 [본문으로]