앞의 글들은 주로 여기저기서 줏어모은 자료를 소개한 것이지만 이번 글은 저의 사견이 많이 섞인 것 임을 미리 밝혀둡니다. 사견은 가급적 명시하도록 노력하겠습니다.

[재질의 중요성]

악기제작의 경험이라고 할 것도 없으나 제가 보기엔 재료가 악기의 음향과 품질을 결정하는 가장 중요한 요소라고 생각합니다. 이것이 제가 재료로서의 나무의 특성과 그 특성을 측정하는 방법으로서의 탭톤을 첫 주제로 올린 이유입니다. 그렇다면 앞서 열거한 나무의 특성을 나타내는 숫자를 가지고 음향특성을 어떻게 추론할 수 있을까요?

[나무의 특성과 음향특성]

요즈음엔 기타의 재료, 특히 측후판의 경우는 재료의 종류가 매우 다양해지는 것 같습니다. 그 많은 종류의 재료로 일일이 다 만들어 볼 수도 없습니다. 그러나 나무의 특성으로부터 음향의 특성을 짐작할 수 있다면 원하는 음향에 맞는 재료를 선택하거나 더 우수한 재료를 찾는데 도움이 될 것입니다.

여기서 음향특성을 추론하기 위하여 두가지의 숫자를 더 계산합니다. 그것은 그 재질에서의 파동의 전달속도(Velocity)와 임피던스(Impedance) 입니다.

[Velocity]

파동의 전달매질이 무거우면 진동이 느려지고 가벼우면 빨라집니다. 또 탄성이 약하면 진동이 느리고 강하면 빨라집니다. 이를 수식으로 표현하면,

v = √(Y/m)
* Y = Young’s Modulus of Elasticity, m = density (Kg/m^3)

[Impedance]

임피던스는 압력을 파동 전달속도로 나눈 값으로 정의됩니다. 결과적으로는 밀도가 높을수록, 탄성이 강할수록 임피던스는 높아집니다. 그 계산공식은,

I = √(m*Y)
* Y = Young’s Modulus of Elasticity, m = density (Kg/m^3)

[Velocity와 Impedance의 의미]

매질이 가벼울수록, 또 탄성이 강할수록 파동의 속도가 올라갑니다. 즉, 반응이 빠르고 진동이 잘 전달됨을 뜻합니다. 만약 찰흙반죽처럼 탄성이 영(0) 이라면 파동은 전혀 전달이 안될 것입니다.

매질이 무거울수록, 탄성이 강해질수록 임피던스는 올라갑니다. 즉, 진동시키기에 힘이 듦을 뜻합니다. 그러나 반면에 임피던스가 높음은 한번 진동시킨 파동의 에너지가 강함을 뜻하기도 합니다.

스프링을 예로 들겠습니다. 스프링은 여러가지 특성이 다른 강철로 만들 수 있습니다. 그러나 강철의 특성이 스프링의 특성을 결정하는 것은 아닙니다. 강선의 굵기, 스프링의 직경, 길이에 따라 같은 강철로도 다양한 스프링을 만들 수 있고, 반대로 다른 재료로 같은 특성의 스프링을 만들 수 있습니다. 그러나 원재료가 어떤 특성범위의 스프링을 만들 수 있는지의 영역을 결정한다고 볼 수 있습니다.

어떤 공진특성을 갖는 스프링을 만들 때, 강한 스프링에 무거운 추를 달아서 원하는 공진을 만들 수도 있고, 또 부드러운 스프링에 가벼운 추를 달아서도 같은 결과를 만들 수 있습니다. 스프링의 탄성과 질량을 맞추어 만들어 원하는 속도(Velocity)를 얻는 것입니다.

그러나 두개의 스프링이 비록 공진특성(Velocity로 나타낼 수 있는)은 같더라도 현격히 다른 또 하나의 특성을 갖고 있습니다. 그 것이 바로 임피던스(Impedance) 입니다. 임피던스가 높으면 진동시키는데 더 많은 에너지를 요구하여 요즘 말 많은 소위 “체감 탄현장력”이 높다고 느낄 수도 있을 것입니다. 만변에 그 만큼 더 많은 에너지를 내포하고 있으며 더 강하고 충실한 음질을 가질 것입니다.

[표본자료의 비교검토]

위 그림의 내용은,

Table-1은 "Acoustics for..."에 나온 몇가지 Tone wood의 특성값입니다.
Velocity와 Impedance 값은 그 자료의 밀도와 탄성계수로부터 계산해낸 값입니다. (axial은 longitudinal과 같은 뜻으로서 짧은 단어로 쓰려고 한 것 뿐입니다.)

Table-2는 미국 임산연구소 자료에서 인용한 것입니다.
같은 나무도 두 도표의 값이 다른 것은 측정방법 등에따라 차이도 있고 같은 수종도 편차가 크기때문입니다. 성장지역이나 기후, 환경은 물론, 하물며 한 그루의 나무도 각 부위마다 다를 수 있습니다. 아니, 같으리라고 기대하는 게 무리이지요. 예를들면 남/북쪽 측면의 나무결, 밀도부터 다를테니까요. 그런데 아쉽게도 이 자료에는 성격상 미국에서 생산되는 나무만 나와있고 주로 건축재를 염두에 둔 지라 Radial modulus 같은 수치는 없습니다.

여기에 색깔로 표시한 항목은 악기제작에 쓰이는 나무를 나타내며 짙은 색은 그 값이 특히 높거나 낮은 것을 표시한 것입니다. 단, 표-2의 노란색은 악기에 쓰이지는 않으나 특성이 관심을 끄는 나무를 표시했습니다.

이 자료를 만든 이유는,

1. 기존사용 나무의 알려진 음향특성과 연계하여 "나무의 어떤 특성이 어떤 음향특성과 연관이 있는가"를 추정하고,
2. 거기로부터 역으로 "Tone wood의 특성을 측정하여 음향특성을 미리 예견하는 방법"을 찾는것과,
3. 또한 Tone wood에는 어떤 특성이 필요한가로부터 새로운 적합한 나무의 발굴을 목적으로 한 것입니다.

이 자료를 보고 단순히 생각하면 Velocity가 높고 Impedance가 낮을수록 좋은 앞판이 되고, Velocity 보다는 Impedance가 높으면 좋은 측후판이 될 것이라고 생각할 수 있습니다. 단, 이것이 항상 옳은 것은 아니겠지만 말입니다. 어쨋든 이러한 자료로부터 기타에 적합한 나무의 특성을 종합적으로 검토해 음향특성과의 연관관계를 추출해 내는 것이 과제입니다.

특히 스프루스와 씨더의 차이를 비교해보는 것은 흥미로운 일이고, 라미레스의 씨더 채택은 참으로 현명한 선택이었다는 생각이 듭니다. (왜 그 때까지 씨더의 장점을 몰랐는지...) 더 나아가서, 스프루스는 Longitudinal 특성이 강하고 씨더는 Radial 특성이 좋으니 스프루스냐 씨더냐의 차이에따라 브레이싱 구조도 달라져야 하는것 아닌가하는 생각도 듭니다.

여기서 다시 Velocity와 Impedance의 의미를 보겠습니다. 스프루스는 Softwood로서 Hardwood에비하여는 탄성이 약합니다. 그럼에도 불구하고 음향특성이 좋은 것은 비중이 가볍기 때문인데 이 탄성과 밀도(비중)의 상쇄관계를 통합하여 나타나는 결과가 Velocity입니다. 즉, Velocity만 보면 음향특성의 절반을 알 수 있다 하겠습니다.

나머지 절반은 위에 든 스프링의 예와 같이 진동에 얼마나 많은 에너지가 필요한가 입니다. 이 것을나타내는 지표가 Impedance로서 사실 임피던스에는 파의 반사등 매우 중요한 의미가 있습니다. 마치 토지에 물을 대는 관개시설을 만드는데 땅의 고도가 결정적으로 중요한 것과 같습니다. 다시 말하면 임피던스의 조정은 음향판의 진동모드를 결정하는 중요요소라 하겠습니다.

[Spruce]

일반적으로 스프루스는 Velocity가 최상위권에 속합니다. 활엽수는 탄성이 더 강함에도 밀도가 높아 이 속도를 따라오지 못하여 스프루스가 음향적으로는 가장 우수하다고 할 수 있겠습니다. 물 속에서의 음속이 1,500m/s, 강철에서 5,100m/s 인 점을 감안해보면 나무에서 5,000m/s 이상의 속도는 놀라운 것입니다.

[Cedar]

속도는 스프루스에 버금갑니다. Radial 방향은 오히려 더 빠릅니다. 그런데 Impedance가 엄청 낮습니다. 즉, 아주 쉽게 잘 울린다고 할 수 있습니다. 특히 내부저항이 월등하게 낮아서 울림(Sustain)에 유리할 것이라 생각됩니다. 라미레스 이전에는 왜 사용을 안했는지 의아스러울 지경입니다.

[Maple]

Hardwood답게 탄성과 밀도가 높습니다. Table-1 외에는 자료가 없어 불확실 하지만 이 나무의 특징은 Radial 탄성이 높은 것이 아닐까 짐작합니다. 그 것이 메이플 특유의 나무결 무늬와 연관이 있는지는 현미경으로 나무조직을 들여다 보기 전에는 알 수 없겠지요. Flamed, Quilted, Bear Claw 등 무늬가 조직의 불규칙성 때문인지 어떤지는 어떤 자료에서도 찾을 수가 없었습니다. 보기에는 좋아도 그런 무늬가 조직의 불균일성(조직의 약체성)을 나타내는 것이 될 지도 모릅니다.

[측후판 재료]

자료상으로 보아서 측후판은 탄성이 당하면서도 밀도가 높아 임피던스가 높은 재료가 잘 맞는 모양입니다. 즉, 탄성이 강해고 묵직하여 진동에 너무 휘둘리지 않는 재료들인 것 같습니다. 또한 Hardwood의 특성이기도 한 높은 Radial 탄성도 눈여겨 보아야 할 것입니다.

측판의 결은 앞뒤판과 평행하게 사용됩니다. 그런데 만일 측판의 나무결을 앞뒤판에 직각이 되도록 만든다면? (쪽판을 잇대거나 합판으로 써야겠지요?) 높은 Radial elasticity가 좋은 측판의 조건이라면 구조를 바꾸어 측판에 세로로 보강재를 대든, 결 방향을 바꾸든, 합판으로 만들든 그 방향의 탄성을 높이는 새로운 발상도 가능할 것입니다.

한가지 흥미로운 것은 Indian Rosewood와 Brazilian Rosewood(Jacaranda)의 비교입니다. 사실 지금까지 하카란다가 미관상 이유로 선호되어 왔다고 생각했으나 이 자료를 보면 탄성, 밀도, 속도, 임피던스가 모두 높은 반면에 월등히 낮은 내부저항을 갖고 있어 음향적 특성이 더 우수하다고 할 수 있습니다.

[그외의 나무]

관심이 가는 나무가 몇가지 보입니다.

Fir 계통, 특히 Balsam Fir의 특성은 음향판으로서 손색이 없어 보입니다. 아니 스프루스보다도 우수해 보입니다. Fir는 균형잡힌 모양과 강한 나무향 (나무진액이 많다고 합니다) 때문에 크리스마스 트리로 많이 사용되는데 이 흔한 나무가 왜 악기로 시도되지 않았는지, 이 나무로 음향판을 만들면 어떤 결과가 나올지 궁금합니다.

자료가 불충분하지만 Hickory(참나무)도 측후판의 후보가 될 듯 싶습니다. 참나무는 두 손아귀에 잡힐 정도 굵기(직경 10cm정도)라도 베어 넘길때 그 부러지는 소리가 천둥처럼 온 산에 진동할 정도로 나무가 매우 단단하여 도끼자루 따위에 쓰입니다. 이 자료상으로는 직접 비교가 안되지만 하카란다 처럼 탄성과 임피던스가 높습니다. (에보니 자료가 없음이 아쉽습니다.) 그냥 숯이나 만들어 태워버리기엔 아깝다는 생각이 듭니다.

특이하게도 포플러의 음향특성도 만만치 않습니다. 포플러는 Hardwood라고 하여도 연하기가 Softwood에 가까운 것으로 알고 있습니다. (나무 젓가락 만드는데 많이 쓰인다지요, 아마?)

[도장에 관하여]

도장에 관하여 “칠을 해야 제소리가 난다”는 의견과 “칠은 덜할수록 소리가 낫다”는 상반된 의견이 있는 것 같습니다. 칠은 나무보다 무게 대비 탄성이 훨씬 낮습니다. 아니, 나무가 무게 대비 탄성이 너무 좋다고 하는 것이 맞는 말일 것입니다. 기타를 제작할 때 칠을 하여 탄성증가는 별로 없이 무게가 증가할 것을 예상해 앞판을 보정하여 만든다면 칠을 해야 제소리가 나고 그렇지 않으면 반대가 될 것입니다. 따라서 위의 두 의견중 어느 것도 옳지 않다고 하는 것이 맞을 것입니다.

탭톤을 검사할 때 같은 시료에 칠을 하기 전과 후를 비교하여 탄성과 밀도를 비교한다면 정확한 앞판의 보정값을 알아낼 수 있을 것입니다.

[결론]

사실 이렇게 숫자만 가지고 어떤 정확한 결론을 얻을 수는 없습니다. 단지 이런 수치의 자료화의 시작일 뿐입니다. 이번 제작 클라스에서 제작하는 분들의 여러 기타의 재질특성을 측정하고 나중에 제작된 악기의 음향을 비교해보면 재미있는 결과를 얻을 수도 있을 것입니다.

이 글은 결론을 내자는 것이 아니라 연구대상의 제시라고 보아주시면 감사하겠습니다. 나무의 건조, 화학적 처리등의 논제를 제시하려 생각도 했었으나 지금은 적절한 때가 아니라는 생각에 그냥 넘어가기로 했습니다.