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[비센의 재미있는 과학이야기] 눈의 흡음 효과

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작성자 석준영 쪽지보내기 메일보내기 홈페이지 자기소개 아이디로 검색 전체게시물 작성일15-11-05 12:17 조회784회 댓글0건

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눈 오는 날, 사위가 더 조용한 이유는 무엇일까

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지난 11월 1일 그라우스 마운틴(Grouse Mountain, North Vancouver)에 약 5 cm 가량 첫 눈이 내렸습니다. 눈이 내리는 광경을 상상해 보면, 왠지 모르게 고요함과 적막함 속에 산사의 모습이 생각납니다. 시끄럽고 북적거리는 장면보다는 조용한 장면을 떠올리게 되지요. 이는 단지 느낌상 그러한 것이 아니라, 실제로 눈이 내리면 소리를 잡아주는 흡음효과가 있기 때문이라는 사실, 알고 계셨나요?

 

소리는 매질을 통해서 에너지를 전달시켜주는 파동의 일종으로 ‘음파(Sound waves)’라고 부릅니다. 소리를 포함한 (빛을 제외한) 모든 파동은 매질이 없다면 전달될 수 없으며, 매질의 밀도에 따라서 전달 속도가 변화하게 됩니다.

 

즉, 두 사람이 공기가 없는 우주 밖으로 나간다면, 빛은 전달이 가능하기 때문에 서로 볼 수 는 있지만, 서로의 목소리는 들을 수가 없게 됩니다.

 

또한, 공기 중보다 물 속에서, 그리고 물 속보다 금속성 물질 내부에서 소리는 더 빠르게 전달됩니다.

 

어릴적, 또는 영화속에서 보면 아이들이 기찻길 주변에서 뛰어놀면서 귀를 철로에 대고서 소리를 듣는 모습을 볼 수 있습니다.

 

직접 그렇게 해 본 경험도 있으실 것입니다. 이것은 철로를 타고 오는 소리가 공기중으로 전달되는 소리보다 훨씬 빠르게 전달되기 때문에 기차가 오는 소리를 일찍 알아챌 수 있기 때문에 그렇게 했던 것입니다.

 

소리와 같은 파동들은 반사(reflection), 굴절(refraction), 간섭(interference), 그리고 회절(diffraction)이라는 네가지 특성을 갖습니다.

 

장애물을 만났을 때 튕겨저 나오는 반사의 성질, 다른 매질을 만났을 때 그 매질 내부로 휘여져 들어가는 굴절현상, 그리고 두개 이상의 파동이 서로 겹쳤을 때, 각각의 파동의 세기가 겹쳐서 증폭되기도, 또는 상쇄되어 사라지기도 하는 간섭현상, 그리고 직진하던 파동이 좁은 구멍을 통과하면 퍼져나가기 시작하는 회절현상은 모든 파동들의 공통된 특성이고, 당연히 음파도 동일한 성질을 갖고 있습니다.

 

일반적으로 ‘방음’을 한다는 것은, ‘차음’과 ‘흡음’ 두가지를 의미하는데, 차음은 정해진 공간 밖으로 소리가 새어나가지 않게 하는 것으로서 밀도가 높은 재질의 벽을 사용하여 통과하는 음파의 세기를 최소화하는, 소위 ‘차폐’의 효과를 만드는 것을 의미합니다.

 

이와 다르게 흡음은 벽을 맞고 다시 반사되어 나오는 소리를 없애는 것으로서, 일반적으로 두가지 방법을 사용합니다. 혹시 한국에서 꽤 오래전에 많은 사람들이 즐겨보았던 ‘쟁반 노래방’이라는 예능 프로그램을 기억하시나요? 출연자들이 노래를 외워부르며 진행되었던 그 프로그램의 스튜디오가 계란판으로 둘러싸여져 있었는데요.

 

이 계란판이 바로 흡음의 첫번째 방법을 이용한 것입니다. 계란판에 소리가 부딫히면 울퉁불퉁한 표면덕분에 일정치 않은 방향으로 음파가 반사되는 ‘난반사’를 일으키게 되고, 이렇게 여러 방향으로 반사된 음파는 서로 부딫혀 사라지는 상쇄간섭(destructive interference)을 통해 흡음작용을 일으키게 됩니다. 두번째 흡음 방법은 콘서트홀이나 음악 연습실 등 벽에 사용되는 흡음재의 미세한 흡음구멍에 의해 일어나게 됩니다.

 

흡음재는 매끈한 표면이 아니라 많은 구멍을 갖고 있기 때문에 음파가 벽이 부딫혀 반사를 일으키는 대신 구멍 안쪽으로 들어가게 됩니다. 이 구멍으로 들어온 음파는 구멍 내부에서 반사를 거듭하며 에너지를 잃어버려 사라지고, 이때 사라진 음파의 에너지는 대부분 열에너지로 전환되어 흡음제에 흡수되어 버립니다. 눈은 바로 이 두번째 방법을 통해서 흡음효과를 낼 수 있습니다.

 

눈(snow)이란 구름 속의 수분이 얼어붙은 상태를 말합니다. 구름속에서 눈이 생성될 때, 대기중에 떠다니는 먼지 입자가 그 핵이 되어, 주변에 수증기가 얼어붙으면서 눈이 형성되게 됩니다. 흔히 눈 결정은 육각구조를 갖는다고 하지만, 생성당시의 수증기압과 기온에 따라 판모양, 각기둥 모양 등 다양한 모양이 만들어 질 수도 있습니다.

 

어떤 모양으로 만들어지던지 상관없이 중요한 점은 수증기가 ‘덕지덕지’하게 붙어서 만들어진 것이기에 구조상에 많은 틈과 구멍이 있게 됩니다. 이러한 눈 결정의 수많은 구멍들이 방음벽에 있는 흡음재의 구멍과 같은 원리로 소리의 에너지를 흡수해 버리기 때문에, 눈이 내리는 날에는, 단지 그렇게 느껴지는 것이 아니라, 실제로 주변이 조용해지는 것입니다.

 

흥미로운 점은 비가 내리는 날은 반대로 더 시끄러워지는 경향이 있다는 것입니다. 물론 이때는 빗소리 자체가 시끄럽기 때문에 주변의 소리가 더 커지는 것이 크게 느껴지지는 않지만, 실제로 비가 오거나, 비가 오기 직전에는 공기중의 수증기의 분포가 많아져서 공기(매질)내 입자들 간의 간격이 가까워지기 때문에 소리가 더 빨리, 더 멀리 전파될 수 있기 때문에 주변의 소리가 더 많이 들리게 됩니다.

 

옛 속담에 ‘기차 기적소리가 가깝게 들리면 비가 내린다’, ‘종소리가 똑똑히 들리면 비가올 징조다’ 등의 말이 있는데, 이것들이 바로 이 원리와 관련된 말입니다.

 

아무도 없는 산속 조그만 산사에서 조용히 내리는 함박눈의 흡음효과 덕분에 얻어지는 고요함 속에 따뜻한 차 한잔을 마시는 기분 좋은 상상과 함께 이번 글을 마칩니다.

 

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석준영

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