2006년에 내한한 기타제작가 Marvi의 워크숍에서 보충강의에 사용한 내용입니다.
작년에는 국내 월간지 CLASSIC GUITAR지에도 3개월에 걸쳐 연재한바 있습니다.

본란에도 편의상 3회로 나누어 올리겠습니다.


1. 기타의 공명(共鳴)

상식적인 사례들 :

공명이란 어차피 학술적인 과제라서 이를 쉽게 설명할 방법이 없기에, 우선 기타를 제작하는 중에 누구나 체험할 수 있는 사례들을 통해 공명이란 과연 어떤 것인지 짚고 넘어가고자 한다.
공명주파수란 어떤 물체가 외부충격에 의해 방출하는 음향의 매 초당 가장 낮은 주파수, 즉 매 초당 제일 낮게 울리는 진동(박자) 수효를 말하는 것이다.
이는 음향 실험기기인 Strobo-tuner를 사용하여 정밀하게 검측할 수 있지만, 거기까지 가지 않고도 우리 귀를 통하여 공명의 세기나 변화과정을 알아낼 수가 있는 것이다.
기타의 음향은 목재의 단단한 나이테 결을 따라서 초당 5,000m의 속도로 전파된다.
이는 일반 기상조건에서의 음속보다 무려 14배나 빠른 속도이다. 그러나 나이테의 무른 결에 이르러서는 훨씬 더디거나 이내 흡수 내지 쇠잔하게 된다.

이런 음향이란 것이 복합적으로 구성된 발현악기인 기타에서 결과적으로 나타나는 것만 검토해보자 :
- 사운드 홀(Sound-hole)이 작으면 저음이 발생하고, 커지면 음향이 상대적으로 높아진다.
- 몸통이 클수록 낮게 공명하고 ,몸통이 작을수록 공명이 높아진다.
- 음향판을 만들 때 상목(Transverse Bar)이나 부챗살(Fan Brace)로 브릿지(Bridge) 쪽을 뻣뻣하게 하면 공명이 높아지고 강성을 연하게 함에 따라 공명도 낮아진다.
- 상목이나 부챗살을 음향판 중앙부위에서 깎아주면 공명이 쉽사리 낮아지지만, 상목이나 부채살의 끄트머리를 깎아내면 아주 조금씩 낮아지게 된다.
- 결론적으로 발현체의 강성이 공명의 높낮이(주파수)를 좌우함을 알게 된다.


기타의 공명 :  

기타의 음향판(전면/Soundboard)을 설계 하려면 먼저 세 가지 물리적(기계적) 변화요소를 염두에 두어야 하는바, 이는 물체의 체적, 강성 및 내부마찰을 말한다.
탄현에 의한 운동 에너지가 쌔들(Saddle)상의 어느 지점에 가해졌을 때, 이 세 가지 변화요소가 어떻게 적절히 상호 작용하여 음향판의 전반에 걸쳐 전달되느냐가 바로 그 악기가 어떤 음을 낼 수 있는가를 결정하게 된다.

  먼저, 음향발생의 기본 원리를 잠시 관찰 해보자.
어떤 물체 내에서 음의 전달속도는 그 물체의 강성/체적 비의 평방근에 비례 한다고 한다.
이 원리에 의하면 어떤 물체 내에서 음의 전달 속도는 그 물체 고유의 주파수를 결정짓게 되며, 음의 전달 속도가 빠를수록 주파수도 높아지게 된다.
이 고유 주파수(또는 복합주파수 ; 음향판과 같은 복합구조는 여러 가지 다른 양상의 진동들이 함께 발생 하므로)는, 탄현을 하였을 때 바로 그 음향판 고유의 진동 특성을 가름하는 결정적 역할을 하게 된다.
탄현에 의한 진동이 발생하는 순간 그 진폭과 세기는 최고조에 도달된다.
이를 공명의 절정 이라고 말하며, 이때가 그 음향판의 진동 저항이 가장 약할 때 이다.
이 절정의 예리함은 음향판의 내부마찰/체적비율에 따라 좌우 된다. 즉 진동저항이 세고 체적이 작을수록 공명의 절정은 낮고 넓어진다.

다시 말해서, 그  절정이 보다 광범위한 주파수대로 확산됨에 따라 공명의 세기는 약해진다.
한편 진동마찰은 운동 에너지를 음향 방출에 도움이 되지 않는 열로 전환시키기도 한다.  
위에 열거한 내용을 참고하여, 탄현 시 음향판이 어떻게 반응 하는가를 검토하기로 한다.
기타 음향의 특성은 크게 나누어 음량, 음의 평형 및 지속성으로 분류 할 수 있다.
그 외에 별도로 음질을 생각 할 수 있는데 기타의 경우 “황금빛, 따듯한, 부드러운 및 종소리 같은” 등으로 표현 되고 있으나 이 부분은 나중에 생각하기로 한다.
  바람직한 음향의 특성을 이야기 하려면, 무엇보다도 음향판이 울릴 때 어떤 특정한 음이 다른 음들에 비하여 현저하게 튀어 나와서는 안 된다.

바꿔 말해서, 소리의 강약에 따라 모든 범주의 음정이 고르게 나와야 된다. 북치듯이 강렬한 공명을 시키면 탄현 에너지는 더 빠르게 확산되며 곧 소멸하게 되므로, 강한 공명이 꼭 필요한 것은 아니다.
발현되는 힘은 한정 되어 있기 때문에 소리를 크게 하려면 그 지속성이 희생 되거나, 음을 오래 지속 시키려면 그 세기가 약해질 수밖에 없다.

  음의 지속성을 늘리려면, 우선 탄현 하는 순간 에너지가 단번에 크게 흩어져 버리지 않고 부풀듯이 나오게끔 약간의 진동 저항이 필요하다.
여기에서 우리는 진동 저항을 두 가지로 구분해둘 필요가 있다;

  첫째, 음향판이 현의 진동과 동조하지 않음으로 인하여 음정을 강하게 방출 시키지 못하는 저항이다.
이러한 저항은 탄현에 반응한 음향판의 진동의 세기를 단순히 감소시킨다. 따라서 음을 방출시키는 일을 제외한 다른 에너지의 소모는 없다. 이러한 것이 바로 음을 지속 시키는 저항이다.

  둘째, 다른 하나의 저항은, 탄현으로 음향판이 진동할 때 그 물체의 내부마찰로 인하여 형성되는 저항이다.
마찰저항이란 에너지의 파괴자 이다.
이러한 저항의 결과 탄현 에너지가 모두 음향으로 전환 되지 않는 한, 그 음은 점점 쇠잔하게 된다.
마찰저항은 비례적으로 주파수를 높이고, 저음부 보다는 고음부에서 더 빠르게 진폭을 좁혀서 멈추게 하는 작용을 한다.

  그런데, 저항이 순전히 해로운 요소만은 아니고 실은 필수 요소이기도 하다. 왜냐하면 이 저항이 공명의 절정을 낮고 넓게 퍼지게 함으로서 음의 평형을 유지 하는데 기여하기 때문 이다.
이것은 단순히 발현체의 체적만 줄임으로서 해결 되는 것이 아니다.
발현체 내에는 적당한 저항도 있어야 할뿐 아니라, 또 어느 정도 체적을 줄였다 하더라도 높은 공명의 절정이 남아 있어야만 가능 하다.

  근래에는, 음향판 설계 양식이 거의 다 알려져 있다.
세상의 모든 일이 그렇듯이 음향판의 설계에도 음량, 음의 평형 및 지속성 간의 묘한 균형을 이루기 위해서는 얼마간의 절충이 필요한 것으로 귀결지어지고 있음이 사실이다.
  이를테면, 음량에 대해서는 가능한 한 저항을 조금만 줄여서 큰 공명을 얻고 싶고, 음의 평형을 위해서는 어떤 특별히 튀는 공명의 절정 뿐 아니라 음의 흑색 지대를 피하고 싶고, 지속성에 관하여는 필요한 만큼의 공명제어 저항과 최소한의 내부마찰만 유지하고 싶다.

  이와 같은 조건들을 설계에 적용하기 전에 하나 더 우리가 유념해야 될 것은, 현의 진동을 음향으로 변환 시키는 기능을 음향판 홀로 하는 것이 아니라는 점이다.
발현체를 이루는 몸통과 그 안에 들어있는 공기도 진동 할뿐 아니라 각기 다른 고유의 주파수를 갖고 음향판과 서로 결합되어 있는 것이다.
한편, 음향판은 몸통 내 공기의 간섭을 받아서 그 체적, 강성 및 마찰효과를 가감하게 되므로 실제의 공명 주파수는 이에 따라 달라 질 수밖에 없다.  
  기타의 가장 낮은 공명은 몸통내 공기압으로부터 형성되는 주파수에 의해 이루어져 바로 음향판의 주파수와 합성된다.
그러나 공기의 공명과 목재의 제일 낮은 공명 사이에는 난해한 편차가 있어서 특히 중저음역의 공명이 방해 받아 흑색지대가 발생하게 된다.

이에 대처하기 위해서는 가능한 한 음향판의 주파수를 낮추고, 공명의 절정을 넓게 유지 하는 것이 바람직하다.
  동시에, 고음부의 지속성을 유지 하면서 이와 같은 공명을 이루려면, 우리는 고음역에서 특히 최소한의 마찰로서 더 많은 공명의 절정이 잘 조절되어 겹쳐지도록 만드는데 노력해야 된다.
  위의 두 조건은 서로 상반된다.

그러나 약간의 연구로 우리는 한 개의 음향판에서 이 두 가지 조건을 어느 정도 만족 시킬 수가 있다.
이는 동축 스피커의 원리를 반영 한 것으로 비록 같은 음향판의 일부분이지만 더 낮은 주파수로 진동할 수 있도록 강성을 줄여서 그 부분의 유연성을  늘려주는 방법이다.
즉 음향판의 주변을 얇게 해주면 된다. 또 낮은 주파수로 진동하는 부위에 높은 주파수로 진동하는 강성 있는 부분을 마련할 수도 있다.

하여튼 우리는 처음부터 강성에 차등을 두되 가급적 낮은 진동에 맞도록 하는 것이 좋으며 이로서 절정을 완만히 하여 예리한 공명을 방지 하며 마찰도 적게 할 수가 있다(사용재료의 두께와 체적이 늘면 마찰이 커진다).
한편 중음부를 간과해서는 안되므로 "Woofer"와 "Tweeter" 사이를 걸치는 점진적 중음대가 마련 되어야한다.

  음향판의 체적을 최소화하기 위해서는 가능한 한 강성/밀도 비가 제일 높은 재료를 찾아내야 하는바, Europe Spruce의 정목재(正目材)가 어느 목재보다 강하고 내부마찰도 낮다.
실은 Red Cedar이 강성/밀도 비는 더 높으나 재질이 연하여 긁히거나 찍히기 쉽다. (Spruce 음향판에 Cedar 상목을 대는 것이 제일 좋은 조합이 될 수도 있다).

  음향판 내에서 고음부와 저음부의 공명 기능을 분리 하려할 때 어떤 의문이 생길 수가 있는데, 이는 음향판이 동축 스피커와 같은 형상이므로 Woofer"와 "Tweeter"의 조합을 동심축의 대칭 구조로 하느냐,
아니면 "Woofer"의 기능은 저음부위에, "Tweeter"의 기능은 고음부위에 배치하여 비대칭 구조로 하느냐의 문제이다.

솔직히 말해서 이에 확실하게 대답 할 수 있는 사람은 없을 것 같다.
음향판으로서 기능을 할 수 있는 모든 영역이 모든 주파수의 진동에 관련되며 진동이 되거나 안 되는 구역도 대칭적 이다.
음향판의 어느 한쪽만을 건드려도 마치 양쪽을 똑같이 건드린 것 같이 동등하게 작용 한다는 것을 알 수 있다.  
각 현의 배열로 인해 탄현 시 입력 지점이 비대칭으로 될 수밖에 없으나 그 차이는 미세하다.

그럼에도 불구하고 명기들 중에 비대칭으로 제작 된 것을 많이 발견하게 된다. 비대칭형 설계에 의해 재료를 보다 효율적으로 절약함으로서 그 체적과 마찰저항을 줄일 수 있다.
따라서 비대칭형 음향판이 소리를 내는 데에 훨씬 유리할지도 모른다.

  발현음향의 관점을 잠시 떠나, 현의 장력을 검토 해보면 음향판은 장력에 대해 변형 없이 견디어내야 되는 과제가 남는데 이는 어쩔 수 없이 음향판 본연의 작동을 예상외로 제한할 수밖에 없게 된다.
"Tweeter"의 강성을 보완하는 상목이 장력에 대비한 보강 역할을 어느 정도 감당할지도 모른다.
이것은 현의 장력이 거의 대칭에 가까우므로 대칭형 설계를 주장 할만한 논제이다.(현의 제작 시 고음 현의 장력을 얼마간 더 세게 만드는 경우도 있다).

음향판의 구조적 안정을 위해서는 발현에 필요한 상목 외에 추가  보강이 필요하게 된다.
즉 발현만을 위한 것이 아닌 한층 더한 설계상의 절충을 하지 않을 수 없다.
다시 한 번 강조 하지만 이런 문제들을 쉽게 해결하기 위해서도 강성/밀도가 가장 높은 정목재(正木材)를 사용하는 것이 절실 하다.


  마지막으로 음질에 대하여 생각해 보자.
소위 “황금빛, 따듯한, 부드러운 및 종소리” 같은 소리를 어떻게 하면 이룰 수가 있을까? 결론은 간단하다.
그것은 바로 기타라는 악기 본연의 성질로서 사용된 나무와 그 악기의 모양과 크기에서 나오는 것이다.
그러므로 우리의 할 일은 그 소리를 만드는 일이 아니고 나올 수 있는 소리를 잃지 않도록 돌보는 일이다.

  물론 기타의 음질은 악기마다 다양성이 많다. 예를 들면 투명한 "Baroque"풍, 또는 넓게 퍼지는 "Romantic"한 소리 등 두드러진 소리의 특징을 선택 할 수 있다.

기타에서 가장 융통성 있는 소리란 아마도 맑게, 뚜렷하게, 고르게 그리고 고음, 저음 모두 지속력 있게 나는 소리가 가장 바람직 할 것이다.
그것은 필경 그 악기가 최소의 저항으로 잘 조절되고 분포된 공명을 이루고 있음을 의미 하고 있다.


참고 문헌 :
American Lutherie(The Quarterly Journal of Guild of the America Luthier's)
: Roger Siminoff / Paul Wyzkowski.