'소음'의 과학
'소음(Noise)' 때문에 밤에 잠을 자지 못할 정도로 신경에 거슬리는 경우가 있다. 작은 소리에도 신경이 쓰이기 시작하면, 소리가 계속 거슬리고 스트레스까지 받는다. 그러면 우리에게 '불쾌한 소리'란 어떤 것일까? 그리고 '소음'에 대처하는 아주 효율적인 방법은 없을까?
0. 목차
- 소리가 작아도 불쾌한 소리
- 소음 대처법
- 초음파 스피커
- 가전제품의 소음
1. '소리'의 요소
소리의 요소에는 '크기(음압)', '높이(주파수)', '음색(파형)'이 있다. '음압'은 압력의 단위인 '데시벨(dB)'이나 '파스칼(Pa)' 등으로 표현한다. 가전제품의 소리 크기는 '데시벨(dB)'이라는 단위를 들어 본 적이 있을 것이다. 마찬가지로 일기 예보에서 듣는 기압도 압력이지만, 대기압은 완만하게 변동하기 때문에 소리로 인식되지는 않는다. 우리는 작고 빠른 음압의 변동을 '소리(Sound)'로 듣는 것이다.
'1초 동안에 이 음압이 변동하는 횟수'가 '음의 높'이로 '주파수(단위는 Hz)'이다. 하나의 가전제품에서 발생하는 소리에도 다양한 높이의 소리가 담겨 있다. 지금까지의 가전제품에서는 소리 전체를 작게 하는 것이 고려되어 왔다. 그러나 사람의 귀는 신경에 거슬리는 소리를 선택해 두고, 신경을 쓰면 쓸수록 그 소리만 들리게 되는 성질도 있다. 그래서 요즘에는 '소리 전체를 작게하기'을 넘어 '발생하는 소리를 좋은 소리로 만들기'에 대한 시도가 이루어지고 있다.
2. 소리가 작아도 불쾌할 수 있다.
작은 소리라도 속삭이는 이야기가 신경이 쓰이는 것처럼, 작은 소리도 불쾌한 경우가 있다. 이런 점 등으로 보았을 때, 단순히 소리의 크기만으로 '불쾌한 소리'가 결정되는 것은 아닌 것 같다.
그러면 사람이 기분 좋게 느끼는 소리는 어떤 걸까? 자연계의 소리는 주파수가 균형을 이루어 존재하며, 고주파수의 소리일수록 포함되는 비율이 줄어드는 경향이 있다. 바람이나 물소리 등도 이 분포로 되어 있으며, 사람이 기분 좋게 쾌적하다고 느끼는 소리로 되어 있다. 하지만 자연계의 소리 분포에서 벗어난 소리는 불쾌한 소리로 느끼는 것으로 생각된다. 즉, 소리가 작아도 불쾌한 소리가 아니라고는 말할 수 없는 것이다. 그래서 세탁기를 바꾸었을 때, 이전 세탁기의 소리가 컸는데도 새로운 세탁기의 소리가 신경에 거슬린다는 경우도 있다.
그리고 '좋은 소리'와 '불쾌한 소리'의 차이는 사람에 따라 다르기 때문에, 엄밀하게 판단하기가 어렵다. 소리의 크기'나 '주파수의 분포' 등을 측정하는 데 덧붙여, 사람에 대한 설문 조사를 해서 '좋은 소리'인지 '불쾌한 소리'인지를 판정하고 있다. 청소기의 경우, 불쾌하게 여겨지는 주파수 부분만을 억제하는 흡수재가 적용되기도 한다.
2. 소음 대처법
그러면 발생한 소음에는 어떻게 대처해야 할까?
2-1. 음원 차단하기
우선 소리의 발생원을 벽이나 귀마개 등으로 막아서, 귀에 소리가 들어가지 않도록 하는 대책이 있을 것이다. 그러나 공간적인 문제나 환기 때문에 음원을 차단하지 못하는 경우가 있다. 그리고 시판되는 귀마개의 경우, '고주파(주파수가 높은 파동)'에는 효과적이지만 '저주파(주파수가 낮은 파동)'에는 별로 효과가 없다.
2-2. 액티브 노이즈 컨트롤
저주파에도 유효한 방법으로는 소음을 소리로 없애는 '액티브 노이즈 컨트롤(ANC: Active Noise Control)'이 있다. 어느 조건의 두 가지 소리는 서로 합쳐지면 사라진다. 같은 주파수의 소리까지는 반 파장 어긋나 한쪽 파동의 마루와 다른 한쪽 파동의 골이 일치하면 서로 합쳐져 사라진다. 이처럼 두 신호의 위상이 180° 차이 나는 상태를 '역위상(Antiphase)'이라고 한다. 이 성질을 이용해 소음과 역위상 되는 소리를 발생시켜, 소음을 없애는 것이다.
'액티브 노이즈 컨트롤(ANC)'은 원래는 프로펠러 비행기 등 계속 같은 주파수의 소음이 나는 곳에서 사용되어 왔다. 하지만 현재는 자동차에도 탑재되는 경우도 있다. 자동차의 가속 중에 붕하고 낮은 소리가 들리는 경우가 있다. 그 소리를 줄이기 위해, 차체에 탑재하고 있는 스피커를 이용해 '역위상'의 소리를 내는 것이다. 그리고 최근에는 ANC가 탑재된 헤드폰도 시판되고 있다. 외부의 소리를 차단해서 음악에 집중할 수 있게 하려는 것이다.
3. 초음파 스피커
보통 소리는 온 사방으로 퍼지는 성질이 있다. 예컨대 '에스컬레이터에 주의하세요.'라는 방송이 나왔다고 하자. 하지만 온 사방으로 퍼지는 소리의 성질 때문에, 에스컬레이터가 보이지 않는 곳에서 방송이 들리는 경우도 많다. 그리고 여러 방송이 들리는 곳에서는 방송이 소음으로 느껴질 수도 있다. 이런 경우, 에스컬레이터 앞에 있는 사람에게만 방송이 들리게 한다면 소음 발생을 억제할 수 있을 것이다.
그런데 '초음파 스피커'를 이용하면 목적하는 장소에만 소리를 들리게 할 수 있다. '초음파 스피커'란 목적하는 장소에만 소리를 이르게 하는 스피커로, 초음파에 실음으로써 한정된 범위에만 소리를 이르게 할 수 있다. 사실 초음파 등 주파수가 높은 소리는 직선으로 나아가는 성질을 가지고 있지만, 초음파는 우리의 귀에 들리지 않는다. 그래서 '가청음(우리의 귀에 들리는 소리)'을 초음파에 실어 발사함으로써 한정된 범위에만 소리를 이르도록 하는 것이다. '초음파'와 '가청음'은 공기 중에서 자연적으로 분리되어, 스피커의 정면에만 소리가 들리는 영역이 생긴다.
4. 가전제품의 소음
요즘에는 집의 기밀성이 높아져 집 밖의 소음은 잘 들리지 않게 되었다. 그러나 그 잡음이 사라진 만큼 여러 가전제품에서 들리는 실내의 소리가 귀에 거슬리게 되었다. 물론 예전에는 가전제품의 소리가 많이 거슬렸으나, 요즘에는 우리의 생활에 어울리게 고안되어 옛날보다 소리가 많이 작아지긴 했다. 하지만 여전히 소리가 귀에 거슬리는 사람도 있을 것이다. 그러면 가전제품의 소리가 거슬리는 경우 좋은 대책은 없을까?
- 흡음성이 큰 것 두기: 우선 커튼이나 카펫, 천으로 된 소파 등을 두는 것이 효과적이다. 이것들은 흡음성이 커서, 실내의 소리가 잘 느껴지지 않고 퍼지지 않는 느낌이 들 것이다.
- 가전제품의 배치 바꾸기: 가전제품의 배치를 바꿔보는 것도 하나의 방법이 될 수 있을 것이다. 방의 음향 특성에 따라 가전제품의 소리가 서로 다르게 들리는 경우도 많기 때문이다.