통합과학 초4 소리의 성질 심화

소리의 높낮이와 세기

소리의 높낮이(진동수)와 세기(진폭)의 관계를 탐구하고 악기와 생활 속 사례에 적용한다.

소리의 높낮이는 물체가 얼마나 빠르게 떨리는지가 정하고, 소리의 세기는 물체가 얼마나 크게 떨리는지가 정합니다.

떨림을 그네라고 생각해 보세요. 그네가 빠르게 왔다 갔다 하면 높은 소리, 크게 왔다 갔다 하면 큰 소리입니다. 빠르기와 크기는 서로 다른 이야기입니다.

쉽게 말하면

소리의 성질에서 소리가 물체의 떨림에서 생긴다는 것을 배웠습니다. 그렇다면 왜 어떤 소리는 높고 어떤 소리는 낮을까요? 답은 '떨리는 빠르기'에 있습니다. 1초 동안 더 많이 떨리는 물체일수록 높은 소리가 납니다. 짧은 자, 가는 줄, 팽팽하게 당긴 줄은 빠르게 떨려서 높은 소리를 냅니다. 반대로 길고 굵고 느슨한 것은 천천히 떨려서 낮은 소리를 냅니다.

소리의 세기는 완전히 다른 성질입니다. 같은 북을 살살 치면 북면이 조금만 떨려 작은 소리가 나고, 세게 치면 크게 떨려 큰 소리가 납니다. 이때 떨리는 '빠르기'는 거의 그대로이므로 소리의 높낮이는 변하지 않습니다. 같은 북을 세게 쳐도 갑자기 피아노 높은음처럼 들리지는 않는 이유입니다.

악기는 이 두 가지를 조절하도록 만들어진 도구입니다. 실로폰은 음판의 길이를 다르게 해 두어, 짧은 음판을 치면 높은 소리, 긴 음판을 치면 낮은 소리가 납니다. 기타는 줄의 굵기와 팽팽한 정도를 바꾸고, 연주할 때 줄을 짚어 떨리는 길이를 줄여 더 높은 소리를 만듭니다. 관악기는 관 속 공기 기둥의 길이를 바꿉니다. 어떤 악기든 '무엇이 떨리고 있는가'를 먼저 찾으면 원리가 보입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

실로폰의 음판 길이

실로폰의 음판은 한쪽으로 갈수록 짧아집니다. 짧은 음판은 빠르게 떨려 높은 소리를, 긴 음판은 천천히 떨려 낮은 소리를 냅니다. 세게 치면 같은 음이 더 크게 들릴 뿐, 음이 높아지지는 않습니다.
예시 2

기타 줄을 짚으면 음이 올라갑니다

줄을 짚으면 실제로 떨리는 줄의 길이가 짧아집니다. 짧아진 줄은 더 빠르게 떨리므로 소리가 높아집니다. 줄을 조여 더 팽팽하게 만들 때도 소리가 높아집니다.
예시 3

큰북과 작은북

큰북은 북면이 넓어 천천히 떨려서 낮고 묵직한 소리가 나고, 작은북은 빠르게 떨려서 높은 소리가 납니다. 어느 북이든 세게 치면 큰 소리, 살살 치면 작은 소리가 납니다.

자주 하는 오해

큰 소리와 높은 소리를 같은 것으로 여기기

이렇게 생각하기 쉬움소리를 크게 지르면 높은 소리가 나는 것이다

실제로는세기와 높낮이는 서로 다른 성질입니다. 낮은 소리를 아주 크게 낼 수도 있고, 높은 소리를 아주 작게 낼 수도 있습니다.

세기는 '얼마나 크게 떨리는가', 높낮이는 '얼마나 빠르게 떨리는가'가 정합니다. 큰북을 아무리 세게 쳐도 낮은 소리이고, 작은 종을 살살 흔들어도 높은 소리입니다. 두 성질은 따로따로 조절됩니다.

무엇이 떨리는지 확인하지 않고 답하기

이렇게 생각하기 쉬움물을 많이 넣은 유리병은 항상 낮은 소리가 난다

실제로는두드릴 때와 불 때가 반대입니다. 두드리면 물이 많을수록 낮은 소리, 입으로 불면 물이 많을수록 높은 소리가 납니다.

두드릴 때는 유리병과 그 안의 물이 함께 떨립니다. 물이 많으면 떨려야 할 것이 무거워져 느리게 떨리므로 소리가 낮아집니다. 반대로 불 때는 병 속 '공기 기둥'이 떨립니다. 물이 많을수록 남은 공기 기둥이 짧아지고, 짧은 공기 기둥은 빠르게 떨려 소리가 높아집니다. 문제를 볼 때는 항상 '지금 떨리고 있는 것이 무엇인가'를 먼저 정해야 합니다.