저도 공부가 부족하지만 우선 쏠레아님께 무게당 탄성비에 관해 최대한 간략히 제 생각을 답해 드리겠습니다.
무게대비 탄성비는 Longitudinal Wave Velocity와 동의어라 해도 괜찮을 것입니다. v=√(탄성계수/밀도)이기 때문입니다.
용수철에 추가 달린 진동자와 같이 추의 무게에 비하여 용수철의 탄성이 강하면 공진주파수가 높아집니다.
따라서 약한 용수철에 가벼운 추를 다는 것이나 강한 용수철에 무거운 추를 다는 것이나 같은 공진결과를 얻을 수 있습니다.
그러나, 강한 용수철+무거운 추는 진동시키기에 힘이 많이 필요합니다. (다른 말로 하면 임피던스 Z=√(탄성계수x밀도)가 높습니다.)
악기를 만드는데는 다음과 같은 대전제가 있다고 생각합니다.
1. 우선, 악기는 음향판의 공진이 그 음역에 적합하게 맞아야 합니다.
그 것을 맞추는 데는 음속이 빠르거나 느린 어떤 소재라도 크기, 두께, 구조등을 조절하면 맞출수 있습니다.
속도가 매우 높은 알미늄이나 타이타늄으로는 음향판을 넓게하고 두께를 얇게하면 나무기타와 맞게 공명을 낮출 수 있고,
무겁지만 탄성이 약해 음속이 낮은 납으로는 음향판을 작거나 두껍게하면 같은 공진을 얻을수 있을 것입니다.
2. 그러나 그 음향판은 임피던스가 충분히 낮아야 충분한 음량을 낼 것입니다.
예른들어 무거워도 탄성이 강하여 음속이 스프루스와 비슷한 강철판으로도 같은 공진의 음향판을 만들 수 있지만
강한 탄성과 무게(높은 임피던스)로 인하여 나일론 현의 진동으로 울려봐야 소리가 충분히 크게 나지 않을 것입니다.
전자기적으로 음을 픽업하여 증폭하는 일렉기타가 아닌 다음에야... 음향판을 납으로 만들면 더 심하겠지요.
3. 또한 그렇게 만든 음향판은 현의 장력을 잘 견딜수 있어야합니다.
전에 언급한 바 있는 Resonator Guitar도 알미늄 원반을 기타 음역에 공진하도록 만들었지만
그 얇은 알미늄판은 현이 누르는 힘을 견디지 못하여 거미줄같이 생긴 Spider Bridge로 새들을 받쳐줘야 하는 것과 같습니다.
(그 스파이더 브릿지가 음의 상당부분을 잠식할 것 입니다.)
결론은, 소재의 고유 임피던스가 낮으면서도 무게대비 탄성계수가 높아야
음향 임피던스가 낮은 (잘 울리는) 음향판을 만들 수 있다는 것입니다.
그렇다고 알미늄과 같이 그 것이 무턱대고 높기만한 것이 좋은 것은 아니고 적절한 선이 이상적이겠지만
그 이상적인 선은 지금의 나무보다는 더 높은 수준인 것 같습니다.
나무는 음속이 초속 5000m가 넘는 스프루스와 같은 Softwood 계열, 4000m 대를 차지하는 Maple과 같은 Hardwood 계열 모두 아래의 참고자료와 같이 다른 소재와 비교하여 볼때 대단히 우수한 탄성비(음속)를 가진 것임에도 불구하고 보다 더 음속이 빠른 재료가 더 좋은 결과를 보이기 때문입니다.
(스트라디바리가 사용한 17세기 약간빙기의 나무처럼?)
하지만 음색에 관한 것은 너무나도 어려운 문제입니다...
[각종 재질의 Longitudinal Wave Velocity]
- 최상급
Beryllium = 12,890 m/s
Diamond = 12,000 m/s
- 나무보다 상위급
Aluminum = 6420 m/s
Titanium = 6070 m/s
Granite = 5950 m/s
Iron = 5950 m/s
Steel, Mild = 5960 m/s
Steel, Stainless = 5790 m/s
- 스프루스(Softwood)급
Glass, Pyrex = 5640 m/s
Glass, Crown = 5100 m/s
- 메이플(Hardwood)급
Copper = 4760 m/s
Brass = 4700 m/s
Wood, Ash = 4670 m/s
Wood, Elm = 4120 m/s
Wood, Maple = 4110 m/s
Wood, Oak = 3850 m/s
- 하위급
Glass, Flint = 3980 m/s
Marble = 3810 m/s
Silver = 3650 m/s
Brick = 3650 m/s
Gold = 3240 m/s
Lucite = 2680 m/s
Lead = 2160 m/s
Cork = 500 m/s
Rubber, Butyl = 1830 m/s
Rubber, Vulcanized = 54 m/s
무게대비 탄성비는 Longitudinal Wave Velocity와 동의어라 해도 괜찮을 것입니다. v=√(탄성계수/밀도)이기 때문입니다.
용수철에 추가 달린 진동자와 같이 추의 무게에 비하여 용수철의 탄성이 강하면 공진주파수가 높아집니다.
따라서 약한 용수철에 가벼운 추를 다는 것이나 강한 용수철에 무거운 추를 다는 것이나 같은 공진결과를 얻을 수 있습니다.
그러나, 강한 용수철+무거운 추는 진동시키기에 힘이 많이 필요합니다. (다른 말로 하면 임피던스 Z=√(탄성계수x밀도)가 높습니다.)
악기를 만드는데는 다음과 같은 대전제가 있다고 생각합니다.
1. 우선, 악기는 음향판의 공진이 그 음역에 적합하게 맞아야 합니다.
그 것을 맞추는 데는 음속이 빠르거나 느린 어떤 소재라도 크기, 두께, 구조등을 조절하면 맞출수 있습니다.
속도가 매우 높은 알미늄이나 타이타늄으로는 음향판을 넓게하고 두께를 얇게하면 나무기타와 맞게 공명을 낮출 수 있고,
무겁지만 탄성이 약해 음속이 낮은 납으로는 음향판을 작거나 두껍게하면 같은 공진을 얻을수 있을 것입니다.
2. 그러나 그 음향판은 임피던스가 충분히 낮아야 충분한 음량을 낼 것입니다.
예른들어 무거워도 탄성이 강하여 음속이 스프루스와 비슷한 강철판으로도 같은 공진의 음향판을 만들 수 있지만
강한 탄성과 무게(높은 임피던스)로 인하여 나일론 현의 진동으로 울려봐야 소리가 충분히 크게 나지 않을 것입니다.
전자기적으로 음을 픽업하여 증폭하는 일렉기타가 아닌 다음에야... 음향판을 납으로 만들면 더 심하겠지요.
3. 또한 그렇게 만든 음향판은 현의 장력을 잘 견딜수 있어야합니다.
전에 언급한 바 있는 Resonator Guitar도 알미늄 원반을 기타 음역에 공진하도록 만들었지만
그 얇은 알미늄판은 현이 누르는 힘을 견디지 못하여 거미줄같이 생긴 Spider Bridge로 새들을 받쳐줘야 하는 것과 같습니다.
(그 스파이더 브릿지가 음의 상당부분을 잠식할 것 입니다.)
결론은, 소재의 고유 임피던스가 낮으면서도 무게대비 탄성계수가 높아야
음향 임피던스가 낮은 (잘 울리는) 음향판을 만들 수 있다는 것입니다.
그렇다고 알미늄과 같이 그 것이 무턱대고 높기만한 것이 좋은 것은 아니고 적절한 선이 이상적이겠지만
그 이상적인 선은 지금의 나무보다는 더 높은 수준인 것 같습니다.
나무는 음속이 초속 5000m가 넘는 스프루스와 같은 Softwood 계열, 4000m 대를 차지하는 Maple과 같은 Hardwood 계열 모두 아래의 참고자료와 같이 다른 소재와 비교하여 볼때 대단히 우수한 탄성비(음속)를 가진 것임에도 불구하고 보다 더 음속이 빠른 재료가 더 좋은 결과를 보이기 때문입니다.
(스트라디바리가 사용한 17세기 약간빙기의 나무처럼?)
하지만 음색에 관한 것은 너무나도 어려운 문제입니다...
[각종 재질의 Longitudinal Wave Velocity]
- 최상급
Beryllium = 12,890 m/s
Diamond = 12,000 m/s
- 나무보다 상위급
Aluminum = 6420 m/s
Titanium = 6070 m/s
Granite = 5950 m/s
Iron = 5950 m/s
Steel, Mild = 5960 m/s
Steel, Stainless = 5790 m/s
- 스프루스(Softwood)급
Glass, Pyrex = 5640 m/s
Glass, Crown = 5100 m/s
- 메이플(Hardwood)급
Copper = 4760 m/s
Brass = 4700 m/s
Wood, Ash = 4670 m/s
Wood, Elm = 4120 m/s
Wood, Maple = 4110 m/s
Wood, Oak = 3850 m/s
- 하위급
Glass, Flint = 3980 m/s
Marble = 3810 m/s
Silver = 3650 m/s
Brick = 3650 m/s
Gold = 3240 m/s
Lucite = 2680 m/s
Lead = 2160 m/s
Cork = 500 m/s
Rubber, Butyl = 1830 m/s
Rubber, Vulcanized = 54 m/s
* 수치는 다른 자료와 차이가 있을 수 있으며, 급분류는 개략적인 개인의견입니다.