기타 줄에 담긴 우주의 언어

기타는 못 쳐도 재미있는 기타 줄의 과학

브런치에서 제가 쓰는 닉네임이 기타치는 사진가입니다. 기타를 좋아하는 녀석이라는 건 쉽게 짐작하실 수 있겠죠? 초등학교 5학년 때부터 기타를 치기 시작했으니 40년이 훌쩍 넘었네요. 아름다운 음악을 만들어 내는 악기라는 점 이외에도 제가 기타를 좋아하는 이유가 있습니다. 진동과 음향에 대한 과학을 직관적으로 보여주기 때문이지요. 이제 하나씩 기타 줄의 비밀을 살펴보도록 합시다.

기타 줄을 튕기면 어떤 일이 일어날까요? 우선 줄이 앞뒤로 흔들립니다. 줄이 떨리면서 진동을 만들어 내지요. 기타 줄이 떨리면, 그 주변의 공기 입자들도 함께 흔들리면서 압력의 차이를 만들어 냅니다. 마치 호수에 돌을 던지면 물결이 퍼져나가듯, 공기 속으로 압력의 물결이 퍼져 나가요. 이게 바로 '소리'입니다. 기타 줄이 얼마나 빠르게 흔들리느냐에 따라 소리의 높낮이가 달라집니다. 1초에 흔들리는 횟수를 '진동수(Hz)'라고 해요. 줄이 빨리 흔들릴수록 높은 소리, 느리게 흔들릴수록 낮은 소리가 납니다.

기타 줄 위에 갇힌 파동 — 정상파

예를 들면, 피아노의 가운데 '라' 음은 440Hz입니다. 기타 줄이 1초에 440번 떨리면 바로 그 음이 나는 거예요. 우리 귀는 20Hz ~ 20,000Hz 사이의 진동을 소리로 인식할 수 있답니다. 기타 줄만 진동하면 사실 소리가 무척 작아서 잘 들리지 않습니다. 혹시 일렉기타를 앰프에 물리지 않고 쳐 본 적이 있다면 바로 이해하실 겁니다. 통기타는 줄의 울림을 공기를 가득 품은 기타의 몸통이 함께 진동하면서 훨씬 크고 풍부하게 증폭시켜 줍니다. 일렉기타의 경우는 줄의 떨림을 픽업이라는 자석으로 잡아내어 전기적으로 증폭하는 과정을 거치는 것이고요.

기타 줄은 두 끝이 고정되어 있어요. 파동이 이 경계에서 반사되면서 아주 특별한 현상이 일어나요. 나아가는 파동과 반사되어 돌아오는 파동이 겹치면, 마치 움직이지 않고 그 자리에서 진동하는 파동이 만들어집니다. 이걸 '정상파(定常波)'라고 불러요. 두 끝이 고정된 줄 위에서는 아무 파동이나 생길 수 없어요. 딱 맞아떨어지는 파동만 살아남습니다. 구체적으로는 '줄의 길이가 반파장의 정수배'인 파동만요. 이 조건이 기타의 음정을 결정하는 핵심 원리입니다.