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모험이의 스타워즈 에피소드

플라스틱∙알루미늄∙필름통으로만든음파건

모험이와 슬기는 지금까지 도전한 대회와 각종 모험에서 획득한 상금으로 큰맘 먹고 DVD 플레이어와 5.1채널 스피커를 마련했다. 그리고 DVD 시스템을 맛볼 수 있는 영화로 SF영화인‘스타워즈 에피소드’를 선택했다.
선택은 탁월했다. 시각적인 특수효과는 물론 우주선이 뒤에서 날아오는 것처럼 느껴지는 3차원 음향효과를 통해 영화보는 재미가 배가됐다. 모험이는 광선검으로 활약하는 제다이의 눈부신 모습에 반하고 말았다.
그날 밤 모험이는 꿈에서 스타워즈 에피소드에 등장하는 제다이로 변신해 있었다. 그에게 주어진 임무는 세행성을 다니면서 우주전쟁을 일으키려는 세력을 차단하는 것. 영화와는 달리 제다이가 갖는 무기는 광선검이 아니라 악기로 만든 음파건이었다. 소리로 상대를 무력화시키는 총이 제다이만의 무기였던 것이다.
그런데 우주전쟁이 발발하면서 행성을 출입할 때 어떤 무기도 갖고 다닐 수 없게 됐다. 모험이는 각 행성에서 구할 수 있는 재료로 음파건을 만들어 우주평화 수호자들을 보호하고 전쟁광들의 활동을 차단해야 한다.
모험이가 거쳐야 할 행성은 순서대로 프라스티크, 피르므통, 아르미뉴므다. 프라스티크 행성은 플라스틱 생산이 산업기반을 이루고, 피르므통 행성은 사진가들이 주로 활동하고 있다. 또 아르미뉴므 행성은 알루미늄이 풍부한 것으로 유명하다.
모험이는 각 행성에서 어떤 음파건을 만들어낼까.


어드벤처 1 프라스티크 행성-플라스틱 팬파이프

어드벤처 2 피르므통 행성-필름통 오카리나

어드벤처 3 아르미뉴므 행성-알루미늄 관악기

왜 그럴까?!

▶▶▶ 플라스틱 관으로 팬파이프를 만들 수 있는 까닭은?
음계 도 레 미 파 솔 라 시 도
관 안으로 공기를 불어넣으면 그 속의 공기가 주기적으로 수축과 팽창을 하면서 진동을 한다. 이같은 진동은 음파가 된다.
음파는 관의 길이에 따라 진동수가 달라진다. 음파의 속도가 파장과 진동수의 곱이기 때문이다. 또 관의 길이에 따라 기본음의 파장이 결정된다. 관 길이가 길면 파장도 길어진다. 관의 길이가 길수록 진동수는 작아진다. 그래서 낮은 음일수록 관의 길이가 긴 것이다.음과 진동수 관계를 통해 음계에 필요한 관의 길이 비율을 얻을 수 있다. 악기의‘도’에서그 다음 높은‘도’는 진동수가 2배 차이가 난다. 이것이‘1옥타브’다. 또한 그 사이를 이루는 음이 총 12개이므로, 진동수를 12등분하면 음계의 진동수 비율을 구할 수 있다. 이를 다시 파장과 진동수가 반비례하고, 각 음에 해당하는 관의 길이가 파장에 비례하는 점을 이용하면 악기를 만들 수 있는 관의 길이비를 얻을 수 있다. 이 점을 이용해 악기를 만들수 있는 것이다. 알루미늄관으로 만든 악기의 원리도 같다.

▶▶▶ 필름통에서 소리가 나는 까닭은?
필름통 오카리나에는 떨판을 사용하지 않았다. 따라서 빨대를 통해 불어넣은 바람이 필름통안에서 공명을 일으켜 소리가 나는 것이다. 입으로 분 공기는 구멍에서 필름통 안과 밖으로 나뉜다. 이때 필름통의 안쪽으로 들어간 공기가 만드는 소용돌이가 필름통 안의 공기를 진동시켜서 소리가 나는 것이다. 한쪽면이 막힌 관에 수직으로 입을 대고 바람을 불어넣으면 소리가 나는 것과 같은 원리다. 호루라기와 비슷한 셈이다.
필름통에 구멍을 뚫어주면 구멍을 통해 공기가 빠져나가면서 필름통 내부에서의 진동이 달라지고, 구멍을 많이 열어 줄수록 높은 음을 낸다. 호루라기 옆에 구멍을 뚫어 주사기를 연결하고 주사기의 피스톤을 움직이면 호루라기 안에서 나는 것보다 더욱 다양한 음역의 소리를 낼 수 있다. 즉 주사기의 피스톤을 움직이면 주사기 내부의 공간이 변화하고, 이러한 공간의 변화는 소리의 높고 낮음을 결정하는 요인이 되는 것이다.

▶▶▶ 알루미늄관을 중앙에 고정시키는 까닭은?
알루미늄관의 중앙을 고정시키고 문지르면 중앙의 고정된 부분은 진동을 하지 않는다. 따라서 파동의 마디가 되고, 양끝은 진동을 해 배가 된다. 만약 관의 1/4 위치를 고정시키고 문지르면 양끝과 가운데가 배가 되고 1/4 위치는 마디가 된다. 따라서 중앙을 고정시키고 문지를 때에 비해 파장이 절반이 되므로 한 옥타브가 높은 소리가 난다. 그러나 중앙이나 1/4 지점이 아닌 다른 곳을 고정시키고 문지르면 알루미늄관의 양쪽 끝이 배가 되지 않아 진동이 제대로 발생하지 않는다.

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2003년 01월 과학동아 정보

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