여름이 되자 다람쥐 기자는 음악 페스티벌을 다니기 시작했어요. 신나는 음악에 맞춰 잔디밭에서 노래도 불렀지요. 그런데 노래만 부르기엔 조금 아쉬웠어요. 다람쥐 기자는 주변 재료를 모아 악기를 만들어 보기로 했답니다. 과연 어떤 악기를 만들었을까요?

[도전실험] 후후~ 빨대로 만든 팬플루트

다람쥐 기자는 음료를 마시고 남은 빨대를 모았어요. 음의 높낮이에 맞춰 빨대의 길이를 다르게 잘랐지요. 길이와 크기가 다른 대나무 관을 나란히 엮어 만든 악기인 팬플루트를 빨대로 만들기 위해서예요.

준비물 버블티용 빨대 8개, 수수깡 3개, A4 용지, 가위, 자, 접착제

➊ 버블티용 빨대를 낮은음 도 소리에 맞춰 17cm 길이로 자른다.

➋ 레는 15.11cm, 미는 13.43cm, 파는 12.75cm, 솔은 11.33cm, 라는 10.07cm, 시는 8.95cm, 높은음 도는 8.5cm 길이로 자른다.

➌ A4 용지를 빨대 구멍 크기에 맞게 자르고 접착제로 붙인다.

➍ 완성된 빨대들을 음계에 따라 배열하고 수수깡으로 고정한다.

➎빨대 팬플루트를 불며 음악 연주를 한다.

왜 이런 일이?

 → 빨대의 길이에 따라 공기의 진동수가 달라진다!

 

소리의 높낮이는 진동수에 따라 달라져요. 진동수는 공기가 1초 동안 몇 번 진동하는지를 뜻해요. 빨대가 짧으면 빨대의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 공기가 왕복하는 거리가 짧아져요. 같은 시간 동안 공기가 더 빠르게 진동할 수 있어요. 공기가 빠르게 떨릴수록 진동수가 높아 높은음의 소리로 들리지요. 반대로 빨대가 길면 같은 시간 동안 공기가 더 천천히 진동해 낮은음으로 들린답니다.

계이름은 악보에서 음의 높낮이를 나타내는 이름이에요. 대표적으로 도, 레, 미, 파, 솔, 라, 시가 있어요. 도에서 레로, 레에서 미처럼 온음으로 음이 올라갈 때는 진동수가 약 1.12배씩 높아지고, 미에서 파, 시에서 높은음 도처럼 반음으로 올라갈 땐 1.05배씩 높아져요. 빨대를 이에 맞게 자르면 다양한 음의 소리를 낼 수 있지요.

반딧불이 불빛, 풀벌레 소리의 공통점은? 이 신호들이 반복되는 속도가 거의 비슷하다는 연구 결과가 나왔어요. 어떻게 이런 일이 가능할까요?

▲GIB

반딧불이가 빛으로 다른 반딧불이에게 신호를 보내고 있다.

생물들은 울음소리나 빛으로 의사소통을 해요. 반딧불이는 빛을 반짝거리면서 다른 반딧불이와 대화하고 풀벌레는 찌르르 하는 소리를 내요. 박쥐는 사람이 들을 수 없는 소리인 초음파를 내보내며 이야기를 나누지요.

지난 4월 미국 노스웨스턴대학교 연구팀은 곤충부터 어류까지 다양한 생물의 신호를 분석한 결과 신호의 종류와 형태는 다르지만 신호가 반복되는 속도는 비슷하다는 연구 결과를 발표했어요.

연구팀은 귀뚜라미의 울음소리와 반딧불이의 빛이 반복되는 속도가 모두 약 2.4Hz(헤르츠)라는 것을 확인했어요. 헤르츠는 1초 동안 신호나 파동이 몇 번 반복되는지를 나타내는 단위예요. 두 곤충의 신호가 1초에 약 2.4번으로 비슷한 속도로 반복됐어요.

연구팀은 다른 생물이 내는 신호 속도도 확인했어요. 야생동물 신호 데이터를 모은 자료에서 박쥐, 조류, 바다사자, 갑각류 등 다양한 생물이 내는 신호의 반복 속도를 분석했지요.

그 결과 조사한 생물들은 종류나 몸집의 크기, 소통 방식과 상관없이 1초에 0.5번에서 4번 사이로 신호를 반복했어요. 평균 약 2번이에요.

연구팀은 생물이 비슷한 박자로 신호를 주고받는 이유를 알아보려고 뇌신경 회로를 본뜬 컴퓨터 모델로 모의실험을 했어요. 모의실험 결과 뇌신경 회로는 1초에 약 2번 반복되는 신호를 들었을 때 가장 잘 반응했어요. 연구팀은 “생물들이 뇌신경 회로의 반응에 따라 비슷한 박자로 신호를 주는 것으로 추정된다”고 설명했어요.

[실험 하나 더!] 머리핀이 악기로! 칼림바 만들기

머리핀도 훌륭한 악기 재료가 될 수 있어요! 다람쥐 기자는 머리핀을 튕겨서 소리를 내는 악기인 칼림바 만들기에 나섰어요.

준비물 머리핀 8개, 손바닥 크기의 얇은 나무판, 나무젓가락 2개, 고무줄 30개

※칼을 사용할 땐, 보호자의 도움을 받으세요.

➊ 나무판을 손바닥 크기로 자른다.

➋ 나무젓가락 끝을 여러 개의 고무줄로 묶어 고정한다.

➌ 나무젓가락 사이에 나무판을 넣고 젓가락에 고무줄을 여러 번 감아 단단히 고정한다.

➍ 젓가락 대 사이에 머리핀 8개를 끼우고 머리핀 길이를 조절한다.

➎ 머리핀을 튕기며 연주한다.

왜 이런 일이?

→ 결과: 머리핀은 탄성 때문에 진동하며 소리를 낸다!

 

머리핀을 튕겼을 때 소리가 나는 비결은 탄성에 있어요. 탄성은 힘을 주면 물체 모양이 변했다가 힘을 빼면 원래대로 돌아가려는 성질을 말해요. 고무줄을 잡아당겼다가 놓으면 원래 길이로 돌아오는 것이 대표적인 예랍니다.

머리핀도 탄성이 있어 위로 튕겼다가 놓으면 원래 모습으로 돌아가려고 하면서 머리핀이 위아래로 빠르게 진동해요. 진동은 주변 공기를 흔들어 소리를 내요.

소리의 높낮이는 나무젓가락 밖으로 나온 머리핀의 길이가 결정해요. 나무젓가락에 고정된 부분부터 끝까지의 머리핀 길이에 따라 진동 속도가 달라져요. 길이가 길면 천천히 진동해 낮은 소리가 나고 길이가 짧으면 빠르게 진동해 높은 소리가 나요.

고무줄로 나무젓가락을 나무판에 단단히 고정하는 과정도 중요해요. 머리핀만 진동하면 소리가 아주 작게 나기 때문이에요. 머리핀의 진동이 나무젓가락을 거쳐 나무판 전체로 전달되면 나무판도 함께 울리면서 훨씬 크고 맑은 소리가 나요.