한국종은 지면으로부터 일정한 간극을 두고 매달리며, 종 아래에 명동이라고 불리는 독특한 음향학적 요소를 갖고 있다. 간극과 명동의 적절한 설계는 공명효과에 의하여 종소리를 극적으로 증폭시킨다. 종체의 내부공동과 간극, 그리고 명동으로 구성된 음향공동계는 공명주파수와 모드를 갖는데, 공명주파수가 종체의 고유진동수에 일치하게 되면, 그 주파수성분이 크게 증폭된다. 이 연구는 성덕대왕신종을 대상으로 간극효과를 고려한 명동의 공명조건을 처음으로 제시한다. 공명조건을 구하기 위하여 신종의 실제 치수를 사용하여 SYSNOISE를 이용한 경계요소해석을 수행하였다. 또한, 계절에 따른 기온의 차이가 공명조건에 어떠한 영향을 미치는가를 규명하고, 가변형 명동의 개념을 제시함으로써, 현장에서 온도차를 보정하여 정확한 공명조건을 구현시킬 수 있는 방안을 제공한다.
한국종은 지면으로부터 일정한 간극을 두고 매달리며, 종 아래에 명동이라고 불리는 독특한 음향학적 요소를 갖고 있다. 간극과 명동의 적절한 설계는 공명효과에 의하여 종소리를 극적으로 증폭시킨다. 종체의 내부공동과 간극, 그리고 명동으로 구성된 음향공동계는 공명주파수와 모드를 갖는데, 공명주파수가 종체의 고유진동수에 일치하게 되면, 그 주파수성분이 크게 증폭된다. 이 연구는 성덕대왕신종을 대상으로 간극효과를 고려한 명동의 공명조건을 처음으로 제시한다. 공명조건을 구하기 위하여 신종의 실제 치수를 사용하여 SYSNOISE를 이용한 경계요소해석을 수행하였다. 또한, 계절에 따른 기온의 차이가 공명조건에 어떠한 영향을 미치는가를 규명하고, 가변형 명동의 개념을 제시함으로써, 현장에서 온도차를 보정하여 정확한 공명조건을 구현시킬 수 있는 방안을 제공한다.
Korean bell is hung with some air gap between the bell bottom and the ground. In addition, it has a peculiar acoustic element, so called resonance cavity below the bell. A proper design of the air gap and cavity size dramatically amplifies the bell sound by resonance effect. Bell interior cavity, ai...
Korean bell is hung with some air gap between the bell bottom and the ground. In addition, it has a peculiar acoustic element, so called resonance cavity below the bell. A proper design of the air gap and cavity size dramatically amplifies the bell sound by resonance effect. Bell interior cavity, air gap and resonance cavity consist of an acoustic cavity system. When the acoustic cavity frequency coincides with the natural frequency of the bell body, the frequency component is significantly amplified. On the Sacred Bell of the Great King Seongdeok, this study proposes a resonance condition of the cavity system considering air gap effect for the first time. With the exact dimension of the bell, boundary element analysis is performed using SYSNOISE. Finally, this study reveals how the temperature in season influences the resonance condition and proposes a concept of variable type resonance cavity. By using the variable type resonance cavity, the cavity size is controlled on site and exact resonance is available regardless of temperature difference in season.
Korean bell is hung with some air gap between the bell bottom and the ground. In addition, it has a peculiar acoustic element, so called resonance cavity below the bell. A proper design of the air gap and cavity size dramatically amplifies the bell sound by resonance effect. Bell interior cavity, air gap and resonance cavity consist of an acoustic cavity system. When the acoustic cavity frequency coincides with the natural frequency of the bell body, the frequency component is significantly amplified. On the Sacred Bell of the Great King Seongdeok, this study proposes a resonance condition of the cavity system considering air gap effect for the first time. With the exact dimension of the bell, boundary element analysis is performed using SYSNOISE. Finally, this study reveals how the temperature in season influences the resonance condition and proposes a concept of variable type resonance cavity. By using the variable type resonance cavity, the cavity size is controlled on site and exact resonance is available regardless of temperature difference in season.
한국의 범종은 그림 1에서와 같이 단단한 바닥으로부터 수십 센티미터 간극을 두고 매달리며, 종 아래 바닥에 우묵한 웅덩이를 파거나, 항아리 또는 독을 묻어 소리의 울림을 크게 만드는 독특한 구조로 설치된다. 그 결과 종체 외부의 방사음 뿐만 아니라, 공동 내부음도 반사되고 간섭하면서 간극을 통하여 외부로 전달된다.
종 하부의 울림통은 무엇이라 불리는가?
그 결과 종체 외부의 방사음 뿐만 아니라, 공동 내부음도 반사되고 간섭하면서 간극을 통하여 외부로 전달된다. 이 때 종 하부의 울림통은 명동 또는 움통으로 불리며, 종소리의 특정 주파수 성분을 공명시켜 크게 울리게 하려는 목적으로 설치된 것으로 추정된다 [1-3]. 공명 효과는 범종 소리를 웅장하게 만들 뿐만 아니라, 더욱 멀리 전할 수 있으며, 훨씬 더 오래 지속되는 여음을 들을 수 있게 만든다.
성덕대왕신종을 대상으로 수행된 공명 조건에 대한 학술적 연구는 무엇이 있으며 그 내용은?
이병호는 명동의 공명 조건에 대하여 신종의 종 내부공동과 명동으로 이루어진 전체 공간의 정재파 (standing waves)를 검토하였다 [2]. 종 하단과 바닥 사이의 간극을 45 cm로 할 때, 깊이 94 cm의 원통형 명동이 신종의 기본음 주파수 (168 Hz)에 일치하는 공명 주파수를 가질 것으로 예측하였다. 그러나 이 수치는 간극을 밀폐 공동으로 가정하여 그 효과를 무시하였고, 종 내부 공동도 원통으로 단순화시킨 결과이다. 김양한 등은 성덕대왕신종의 내부 음장 및 명동이 신종의 소리에 미치는 영향을 검토하고 새로운 울림통 크기를 제안한 바 있다 [4]. 경주박물관에 설치된 성덕대왕신종을 대상으로, 다수의 공명모드와 주파수를 측정하였다. 특히 신종의 1차 진동음 (64 Hz)에 가까운 67 Hz의 공명모드를 확인하였고, 이를 64 Hz에 일치시키기 위한 명동의 깊이를 이론적으로 검토하였다. 그러나 유효 반경 및 유효 깊이를 사용한 원통형 단순 모델을 사용함으로써, 이 1차 진동음을 정확하게 공명시키는 명동의 구체적인 제원을 주는 데에는 한계가 있었다. 최근 정원태 등은 원통형 종 내부 공동, 명동, 그리고 간극으로 구성된 음향공동을 대상으로 주파수 전달특성을 해석적으로 검토하였다 [5]. 명동과 간극이 종 내부 공동과 서로 연성되어 공명주파수를 결정한다는 사실을 이론적으로 밝히고, 원통형 공동계를 대상으로 목표 주파수를 가장 잘 증폭시키는 명동과 간극의 조합 값을 제시하였다. 특히, 간극은 명동과 연성되어 공명효과에 상당한 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 정원태 등은 소형 범종을 대상으로 명동 없이 종 내부 공동과 간극만으로도 특정 주파수 성분을 공명시킬 수 있으며, 공명음에 의하여 외부 음장에서 소리가 어느 정도 증폭되는가를 실험적으로 확인하였다 [6].
S.H. Kim, C.W. Lee, J.M. Lee, "Beat characteristics and beat maps of the King Seong-deok Divine Bell," Journal of Sound and Vibration, vol. 281, pp. 21-44, 2005.
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