소리란? 소리의 기초 원리 (feat. 마이크와 스피커의 작동 원리)

Audio|Sound 를 다루기 위해

기본적으로 알아야할 소리에 대한 기초 지식을 정리한다.

필자 자체가 소리에 문외한이기 때문에 최대한 쉽게 이해하려 노력했고,
그 노력의 과정을 기록으로 남기는 것이니, 누구라도 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

먼저 소리가 대체 무엇인지! 

그 원리부터 시작하여 소리의 주기, 주파수와 같은 기초 용어를 정리하고,
소리의 높낮이(Pitch), 크기(Volume), 음색은 어떻게 결정되는지 살펴본다.

 

최종적으로는 개발자를 위한 FFT와 ADC에 대한 내용도 다루어 볼 예정이다.

그럼 소리의 원리부터 시작해보자.
알고 나면 생각보다 쉽다.

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# 소리란?

소리란 공기의 떨림, 혹은 진동이다.

출처:https://wiki.seeedstudio.com/Wio-Terminal-TinyML-EI-3/

 

기타 줄을 튕기면 순간적으로 줄이 앞뒤로 흔들린다.

이 때 주변의 공기도 앞뒤로 흔들리며 주변 퍼져 나간다.

앞뒤로 흔들리며 이동하는 공기가 우리의 귀까지 들어와 고막을 흔들면 뇌에 의해 소리로 인식된다.

[그림]

출처:https://mrlilholt.wordpress.com/3rd-grade-text/5-sound/5-1-sound-waves/

 

여기서 공기가 앞뒤로 흔들리며 진동한다는 것의 정확한 의미는

공기의 밀도가 커졌다 작아졌다 하면서 주변으로 퍼져나간다는 것을 의미한다.

즉, 소리가 발생하는 부분의 기압이 높아졌다 떨어졌다하며 초속 343m/s 속도로 이동한다는 것이다.

* 소리는 공기를 통해 전달된다. 따라서 공기가 없으면(진공) 소리도 없다.

* 이제부터 소리를 만들어 내는 공기의 밀도(기압) 변화를 “진동”이라고 표현하겠다.

 

# 목소리의 원리

우리가 목소리를 내는 것도 같은 원리다.

말을 하면 성대가 파르르 떨리며 공기의 진동을 만들어 낸다.

 

출처: 보건복지부

 

마찬가지로 귀는 성대가 만들어낸 공기의 진동을 듣고,

뇌는 귀가 인식한 떨림을 처리하여 소리로 인식하게 한다.

출처: https://blog.docsity.com/en/living/science-2/physics-sound-visual-representation-gifs/

 

# 스피커와 마이크의 원리

스피커와 마이크도 같은 원리다.

스피커는 공기의 떨림을 만들어 소리를 만들어내는 “인공 성대” 같은 장치이고,

마이크는 공기의 미세한 떨림도 인식할 수 있게 만든 “인공 귀” 같은 장치라고 할 수 있다.

(실제로 스피커와 마이크는 얇은 판막을 통해 공기의 떨림을 만들고 인식한다.)

 

출처: https://soundcertified.com/how-do-speakers-work/

 

 

출처: https://www.mediacollege.com/audio/microphones/how-microphones-work.html

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소리의 원리에 대해

나름대로 아주 쉽고 단순하게 정리해보았다.

 

다음 글에서는

소리의 파형, 주기, 주파수를 다루고,

소리의 3대 요소인 크기, 음정(높낮이), 음색이 달라지는 원리를 정리한다.

 

소리의 진폭, 주기, 주파수, 파형 (볼륨, 음정, 음색의 결정 원리)

소리의 진폭, 주기, 주파수, 파형 (볼륨, 음정, 음색의 결정 원리)