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GuitarMania

최동수2010.12.05 21:13
전면판(음향판)의 가공 :

지금,
Q/A란에 연재중인 [Tap Tuning에 대하여]와, 앞서 [기타이야기]란에 올린
- 기타 음향판에 관하여.
- 기타 음향판의 구조적 검토
- 기타 음향판 설계에 대하여는 사실상 그동안 음향판에 관하여 세계 각처에서
출간되었던 내용의 거의 전부라고 볼 수 있습니다.

바쁘신 중에, 또 처음 들어오신 분들을 위하여 간략하게나마 뭉뚱그려서
한번더 소개하고자 합니다.


1) 음향판에 관한 토막 지식 :

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.

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(Cross Bar)이나 부챗살로 브릿지 부근을
뻣뻣하게 하면 공명이 높아지고, 강성을 연하게 하면 공명도 낮아진다.
- 상목이나 부챗살을 음향판 중앙에서 깎아주면 공명이 쉽사리 낮아지지만,
상목이나 부채살의 끄트머리를 깎아내면 아주 조금씩 낮아지게 된다.
- 결론적으로 발현체의 강성은 공명의 높낮이(주파수)를 좌우하게 된다.
- 음향판이 두꺼우면 음색과 서스테인이 사는 대신 음량이 줄어 든다.
- 음향판이 얇아지면 음량은 커지나 음색이 전통기타의 음색과 달라진다.
- 부챗살이 많으면 발현진동의 스펙트럼이 많아지고, 적을수록 드물어진다.
- 부챗살이 많아질수록 음질이 정돈되는 반면 매력은 떨어진다.


2) 음향발생의 기본 원리를 잠시 관찰 해보자.

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.

기타 음향의 특성은 크게 음량, 음의 평형 및 지속성으로 분류 할 수 있다.
그 외에 별도로 음질을 생각 할 수 있는데 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 확산되나
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,
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 원리와 같은 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.


3)부챗살(Fan Bracing)에 대하여 :

문제는,
부챗살이나 상목은 저음의 진동을 제한할 수밖에 없는 형태라는 것이다.

오늘날은 음향판의 비틀림에 대한 보강책으로 어떤 형태든지 부챗살을
대는 것이 지상의 표준처럼 정착되어가고 있는 것도 사실이다.
그러나 부챗살에 대한 중요성이 어떤 면에서 잘못 인식되고 있는 듯하다.
음향판의 보강을 위해 비틀림 응력이 가장 큰 브릿지 하부에 부챗살들이
거의 직각으로 설치되는 것이다.
각 부챗살의 기울기는 아랫몸통의 모양에 따라 몸통의 허리 쪽으로 좁아지는
형상이 된다.
중요한 것은, 이 부챗살들이 음향판에 걸리는 장력에 대비하여 어느 정도
횡적 강성이 추가 된다는 것이다.
따라서 부챗살은 칸막이가 되어 음향의 횡방향 쪽 전달을 더디게 하거나
소멸시킴으로서 고음의 발현에 영향을 주게 된다.
부챗살이 브릿지와 교차됨으로 인해 생기는 격자 모양은 음향판을 더욱
뻣뻣하게 만든다.

부챗살은 지나친 집적(集積)으로 인한 횡적 강성을 야기하지 않는 범위
내에서 적절히 배치되어야 하겠다.


기타는 매우 비효율적으로 탄현에너지를 음향으로 변환시키는 악기이다.
-어떻게 해서든지 기타의 견고성을 해치지 않는 범위 내에서 음향판을
가벼운 구조로 만들 수만 있으면 탄현에너지를 발현에너지로의 변환이
증가될 것은 분명하다.
-음향판은 가능한 한 누그러진 상태로 되어야 한다.
따라서 제작하는 동안에 불필요한 내부응력이 남지 않도록 주의해야 한다.


4) 마지막으로 음색(음질의 일부로 개성있는 매력)에 대하여 생각해 보자.

소위 “황금빛, 따듯한, 부드러운 및 종소리” 란 말은 줄리란 브림이
호세 로마니요스의 첫 악기를 시연 해본 후에 글로 남긴 기록이다.
그 이래 아무도 이 표현에 이의를 달지 않았으므로 기타의 음질에 관한
지상의 과제로 남아있다.
어떻게 하면 그와 같은 소리를 구현할 수 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.


5) 전면판을 가공하는 모습 사진 :

마뉴엘 벨라스케즈의 기법을 시도해 봤습니다.
벨라스케즈는 전면판을 다듬을 때, 물리적으로 균일한 두께(Even Thickness)가
아니라 손끝에 느껴지는 단단한 곳을 깍아내어 균질한 밀도를 갖게 함으로서
전면판재가 균질한 강성(Homogeneous Stiffness)을 이루도록 한다는 겁니다.
밀도의 손끝으로 느낄 수 있으면 좋겠지만 저는 그런 감각적인 경륜이 없으므로
벨라스케스도 이용하는 등불에 비취는 방법을 적용하였습니다.
과연, 전면판을 등불에 비춰보니 사진에 보이듯 음영을 식별할 수 있었습니다

5-1) 전면판을 암실에서 등불로 비췄을 때 나타난 음영 :




5-2) 그림자처럼 보이는 음영의 범위를 전면판에 표시한 다음에 가공합니다.
물론 동시에 제가 구상한 두께로 다듬는 것을 전제로 한 겁니다.




5-3) 가공한 결과를 마이크로 게이지로 중앙부위의 두께측정 :




5-4) 전면판 단부의 두께도 측정확인 :





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