[논문]국악기의 음향 방사 특성 조사 연구

정철호; 장해원; 이정권; 이원구; 한찬훈

국악기의 음향 방사 특성 조사 연구
An Experimental Study on the Radiation Characteristics of the Korean Traditional Musical Instruments 원문보기

정철호 (KAIST 기계공학과 소음 및 진동제어 연구센터) , 장해원 (KAIST 기계공학과 소음 및 진동제어 연구센터) , 이정권 (KAIST 기계공학과 소음 및 진동제어 연구센터) , 이원구 (충북대학교 건축공학과) , 한찬훈 (충북대학교 건축공학과)

현재 국악기의 음향특성에 대한 상세 정보가 매우 부족하며, 이러한 점보의 부재는 국악당의 설계에 있어서 최적의 음향을 전달하는 공간을 형성하지 못하게 하는 한 원인이 되고 있다. 따라서, 대표적인 각종 국악기의 음향특성을 측정하고 분류한 후 데이터베이스를 구축하면, (1) 향후의 국악 및 국악기 개발에 대한 기초연구로서 활용들 수 있으며, (2) 국악전용 연주장의 설계에 있어서 입력 데이터로 요긴하게 활용될 수 있으리라 판단된다. 본 연구는 국악기의 음향방사특성을 조사하기 위한 제 2 단계의 연구로서, 기존의 연구 [1] 에 새로운 국악기 8 종을 추가하였다. 선정된 국악기는 현악기중에서 거문고와 해금, 관악기 중에서 피리와 태평소, 타악기 중 북과 꽹가리, 징 및 남성창으로, 원거리 (far-field) 음향 방사 특성을 조사하였다.

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문제 정의

본 연구에서는 국악 전용 연주장의 음향 설계에 있어서 중요한 인자가 되는 국악의 음원에서의 음향 방사 특성을 파악하였다. 본 연구 결과는 향후 건설될 국악원들의 음향 설계에 기초적이고 중요한 참고자료가 될 것으로 사료된다.

제안 방법

음원의 지향성이란 원거리 특성이므로, 원거리 조건을 만족하기 위하여는 음원과 측정 마이크로폰의 거리가 최소한 가장 낮은 관심 주파수의 한 파장 이상 떨어져 있어야 한다. 250 Hz 옥타브 밴드를 가장 낮은 관심 주파수 범위로 결정하고, 고정구의 곡률 반경은 1.5 m 로 설정하였다. 측정 고정구를 이용하여 지향성을 측정하는 개략도는 그림 1 과 같다.
마이크로폰은 1 번 channel 이 연주자의 전방, 19 번 channel 이 연주자의 뒤쪽을 나타낸다. 지향성 측정의 결과로서의 음의 지향성은 음원을 둘러 싼 반구의 형태에서 매 입체각 10° 마다 주어지지만, 본 논문에서는 이해와 표현의 편의상 수직방향 지향성과 수평방향 지향성의 두 가지 2 차원의 결과만을 표시한다. 수평방향 지향성은 0°와 180°의 신호를 분석한 결과이며, 수직방향 지향성은 고정 측정구 90° 음압 레벨을 나타낸다.
지향성 측정의 결과로서의 음의 지향성은 음원을 둘러 싼 반구의 형태에서 애 입체각 10° 마다 주어지지만, 본 논문에서는 이해와 표현의 편의상 수직방향 지향성과 수평방향 지향성의 두 가지 2 차원의 결과만을 표시한다.

대상 데이터

공연장에서의 음의 분포 및 음향 특성을 예측하기 위해서는 건물의 내부 형상, 건축 자재의 물성 및 배치 등이 일차적인 고려 대상이 되겠지만, 음원의 지향성에 따라서도 음의 분포 및 음향 특성이 달라지기 때문에, 최근 들어 음원의 방사 특성을 함께 고려하여야 한다고 제안되고 있다 [2]. 본 연구에서 방사 특성을 측정할 국악 음원으로서는 현악, 관악, 타악, 성악의 대표적인 음원인 거문고, 해금, 피리, 태평소, 북, 꽹과리, 징, 남성 판소리 창의 8 종을 선정하여 시험하였다. 주파수 대역은 1 kHz 를 기준으로 한 옥타브 밴드로서, 250 Hz〜4 kHz 의 범위로 제한하였다.
실험에서는 어레이 마이크로폰 (B&K 4935) 19 개가 사용되었고, 국악 신호는 실시간으로 신호 분석기(B&K PULSE type 3560D)에 의해 처리되며, PCM 녹음기(Sony SIR-1000)를 이용하여 녹음하였다.
실험에서는 어레이 마이크로폰 (B&K 4935) 19 개가 사용되었고, 국악 신호는 실시간으로 신호 분석기(B&K PULSE type 3560D)에 의해 처리되며, PCM 녹음기(Sony SIR-1000)를 이용하여 녹음하였다.
측정은 KAIST 에 설치되어 있는 전무향실에서 행하여 졌는데, 반무향실 조건을 만들기 위하여 바닥에 베이크라이트 및 폴리에틸렌 수지로 된 20 mm 두께의 판읊 설치하였다.
측정은 KAIST 에 설치되어 있는 전무향실에서 행하여 졌는데, 반무향실 조건을 만들기 위하여 바닥에 베이크라이트 및 폴리에틸렌 수지로 된 20 mm 두께의 판을 설치하였다. 실험장치의 바닥이 음향학적으로 단단하고 무한한 배풀 조건을 만족함은 선행 연구에서 확인되었다 [1].

성능/효과

피리와 마찬가지로 전형적인 앞쪽 지향성을 가진다. 본 연구에서 측정한 악기중에서 음압 레벨이 가장 큰 악기이다.

후속연구

본 연구에서는 국악 전용 연주장의 음향 설계에 있어서 중요한 인자가 되는 국악의 음원에서의 음향 방사 특성을 파악하였다. 본 연구 결과는 향후 건설될 국악원들의 음향 설계에 기초적이고 중요한 참고자료가 될 것으로 사료된다.

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