FM에 대한 글이나 코러스에 대한 글을 읽으면서 데모 하단에 봉우리들이 있는 그래프의 정체가 궁금했을거다. 오늘 스펙트럼 분석기에 대해 알아보자.
사인파의 스펙트럼
저번 시간에도 다룬 비브라토와 트레몰로를 통해 스펙트럼 분석기를 눈으로 알아보자.
Play 버튼을 누르면 사인파 소리와 함께 하단에 봉우리가 보이는 그래프가 스펙트럼 분석기다.
핸드폰에서 소리가 안 들린다면 무음(진동) 모드를 끄자. 아이폰의 경우 왼쪽에 그 딸깍이!
220Hz와 1Khz 사이에 봉우리가 있는게 보일텐데 마우스를 그래프에 가져다대거나 핸드폰의 경우 그래프를 터치하면 해당 위치의 정확한 주파수를 알 수 있을 것이다. 한번 마우스나 손가락을 그래프에 가져다대보자. 봉우리의 주파수 값이 얼마인가? 440Hz인 것을 알 수 있다.
이제 Freq를 좌우로 움직여보자. 봉우리도 좌우로 움직이는 것을 눈을 볼 수 있을 것이다.
눈치챘겠지만 봉우리의 좌우 위치는 소리의 주파수를 나타낸다.
이제 한번 Gain 값을 바꿔보자. Gain을 높히면 봉우리가 높아지고, Gain을 낮추면 봉우리가 낮아지는 것을 볼 수 있는가?
그렇다. 봉우리의 높낮이는 해당 주파수 소리의 크기를 나타낸다!
스펙트럼 분석기는 소리의 주파수와 그 주파수 소리의 크기를 그려주는 그래프다. 눈으로 보니 쉽게 이해가 가지 않는가?
트레몰로와 비브라토의 스펙트럼
아까 내용에 반복에 가깝지만 우리가 그 전에 배웠던 트레몰로와 비브라토도 한번 스펙트럼 분석기로 살펴보자
Play를 누르고 먼저 트레몰로를 켜보자. 트레몰로를 키니 봉우리가 위아래로 출렁거리는게 보이는가? 우리가 알던대로 트레몰로는 소리의 높낮이를 진동시키는 이펙트이니 스펙트럼 분석기에서도 봉우리가 위아래로 움직인다.
이번에는 트레몰로를 끄고 비브라토를 켜보자. 봉우리가 좌우로 움직이는게 보이는가? 비브라토는 음정을 진동시키다보니 스펙트럼 분석기의 봉우리도 좌우로 움직인다.
다양한 파형의 스펙트럼
사인파는 가장 쉽고 단순한 예시이다. 그러면 다른 기초적 파형인 Triangle, Sawtooth, Square 파형의 스펙트럼 분석기도 눈으로 살펴보자.
Play 버튼을 누르고 Triangle 파형으로 바꿔보자. 사인파와랑은 다르게 스펙트럼 분석기에 한개의 봉우리가 아니라, 좌측에 높이가 가장 높은 봉우리부터 높이가 낮은 봉우리들이 생기는 것을 확인할 수 있다.
Sawtooth나 Square도 마찬가지이다. 봉우리들의 좌우 위치나 높이가 파형마다 다르지만 Triangle과 마찬가지로 봉우리들이 우측으로 쭉 펼쳐져 있다.
다시 Triangle 파형으로 바꾸고 봉우리들의 주파수를 마우스나 손가락을 올려 확인해보자. 220Hz, 660Hz, 1.1k, 1.5k,,,로 쭉 올라가는 것을 볼 수 있는데 여기서 숫자의 규칙을 발견했는가? 220Hz는 우리의 설정한 주파수였고, 660Hz은 220Hz의 3배이다. 그리고 1.1kHz는 220Hz의 5배이고, 1.54kHz는 220Hz의 7배이다.
규칙을 발견했는가? Triagle 파형의 낮은 봉우리들은 원래 주파수의 홀수배에 위치해있다.
Sawtooth도 한번 확인해보라. 220Hz, 440Hz, 660Hz, 880Hz,,, Sawtooth는 정수배에 주파수들이 위치해있다.
Square도 한번 확인해보라. 220Hz, 660Hz, 1.1Hz, 1.5Hz,,, Square는 Triangle과 마찬가지로 홀수배에 주파수들이 위치해있다. 하지만 Triangle과 비교해보면 낮은 봉우리들의 높이가 다른 것을 확인할 수 있을 것이다.
소리를 꾸며주는 작은 봉우리들
근데 이 낮은 봉우리들은 정체가 뭘까? 정확하게 이해하려면 푸리에 변환이라고 하는 위대한 알고리즘을 살펴봐야하는데 여기선 직관적으로만 알아보기로 하자.
우리는 이제 사인파만 가지고 Square파를 만들 것이다.
위의 그래프에 단순한 사인파 하나만 그려져 있는 것을 볼 수 있을 것이다. 한번 f*3 버튼을 눌러보자. 3배 주파수의 사인파가 조금 낮게 위에 그려지고, 아래에는 1배 주파수와 3배 주파수가 합쳐진 그래프를 볼 수 있다.
이제 f*5와 f*7 버튼을 눌러보자. 버튼을 누르면 5배와 7배 주파수의 사인파가 위에 그려지고, 아래에는 모든 주파수를 합한 주파수가 그려지는 걸 볼 수 있는데 이게 점점 네모 모양에 가까워진다.
이제 All 버튼을 눌러보자. 9배, 11배, 13배,,, 41배까지의 주파수들이 그려지게 되는데 중요한 건 밑에 합쳐진 그래프다. 이제 Square 모습에 가까워지지 않았는가?
41배까지가 아니라 무한히 많은 홀수배의 사인파를 더 할수록 Square 파형에 가까워질 것이라는 이제 상상가지 않은가?
사실 Square파는 무한히 많은 홀수배 주파수의 사인파의 합이었던 것이다. 다르게 말하면 우리는 Square파의 소리를 들을 때 무한히 많은 홀수배 주파수의 사인파를 들었던 것이다.
이와 마찬가지의 일들이 Triange, Sawtooth에서도 일어나는 것이다. Triangle은 Square와 마찬가지로 홀수배의 사인파가 더해지지만 Square와 다른 크기(Amplitude)의 사인파가 더해지면 Triangle이 되고, Sawtooth는 정수배의 사인파의 합인 것이다.
다시 한번 여러 파형들을 재생해보자. 스펙트럼 분석기에 그려진 낮은 봉우리들이 사실 각 파형을 구성하는 사인파들을 그려내는 것을 이제는 알 수 있다.
하모닉스, 인하모닉스
이제 Harmonics, Inharmonics라는 개념을 배울텐데 Harmonics의 한글 번역이 고조파, 배음인데 좀 어색하다보니 하모닉스, 인하모닉스라고 부르겠다.
하모닉스가 뭐냐? 말 그대로 조화로운 주파수다.
위의 Play button을 눌러보면, 220Hz를 시작으로 440Hz, 660Hz,,,의 정수배 주파수들이 있는 것을 확인할 수 있다.
한번 Multiple 슬라이더를 옮겨보라. 슬라이더가 옮겨지니 소리가 어지러워지지 않는가? 주파수들 간에 간섭이 일어나서 우리가 FM 글에서 들었던 금속성의 복잡한 소리가 나는데 우리는 이 조화를 이루지 않는 주파수들을 인하모닉스 부른다. 반면 조화를 이루는 정수배의 주파수를 하모닉스라고 부른다.
조화를 이루는 주파수인 하모닉스가 꼭 정수배일 필요는 없다.
음악에서 Perfect Fifth라고 불리는 화음을 만들기 위해 Multiple을
당연
번외로 Multiple을 0.01 근처로 놓으면 저번에 배운 Beating Effect도 들을 수 있다.
소리 디자인은 이 하모닉스의 인하모닉스 어떻게 쓰냐의 싸움일 때가 많다. 음악에서 하모닉스만이 조화롭고, 인하모닉스 소리가 조화를 이루지 못하는게 아니다. 어떤 때는 하모닉스가 음악에 조화를 이루기도 하고 어떤 때는 인하모닉스가 음악에 맛을 한층 끌어올리기도 한다. 우리가 그 전에 들었던 FM의 종소리도 인하모닉스 소리가 맛깔나게 쓰인 예시다.
한번 위의 하모닉스 데모로 다시 돌아가서 Multiple과 Decay 값을 바꾸며 재미있는 소리를 찾아보자.
SuperSaw
하모닉스 데모까지 만져보면서 여러분은 본능적으로 느꼈을 것이다. 하모닉스가 없는 사인파의 경우 단정한 소리가 나지만 심심하게 느껴지기 쉽고 하모닉스 혹은 인하모닉스가 있을수록 소리가 풍부해지기도 하고 자극적으로 변하기도 한다는 사실을 알게 됐을 것이다.
한번 저번 시간의 Rhodes 피아노에 걸었던 수많은 이펙트들을 다시 한번 들어보자. 소리가 풍부하게 들렸던 이유를 눈치챘는가?
트레몰로의 경우 하모닉스나 인하모닉스를 추가하는건 아니지만 소리에 흐름을 부여해서 소리에 율동감을 준다. 코러스의 경우 스펙트럼 분석기에는 잘 보이지 않지만 음정이 바뀐 딜레이된 소리가 추가되며 소리가 풍부해진다. 리버브의 경우 스펙트럼 분석기에서도 잘 보이는데, 하모닉스와 인하모닉스의 높낮이를 바꾸며 소리에 생기를 불어넣는다.
소리를 풍부하게 만드는 방법들이 많은데 그 중 대표적인게 Detune이다. Detune은 음정을 이탈시킨다는 뜻인데, 약간의 음정 이탈이 소리를 정말 매혹적으로 만든다.
아래 데모는 같은 주파수의 5개의 Sawtooth 파형으로 시작한다. Detune 슬라이더를 움직이면 5개의 Sawtooth 파형의 주파수가 조금씩 멀어지는데 예를들어 Detune이 1Hz이면 440hz를 중심으로 1씩 멀어지는 438Hz, 439Hz, 441Hz, 442Hz로 주파수가 달라진다. 이때의 소리가 어떤가? 훨씬 자극적이고 생기가 넘치치 않은가?
Detune 값을 바꿔가며 매력적인 소리를 찾아보자.
왜 Detune된 소리가 매력적일까? 스펙트럼 분석기를 보면 우리가 배웠던 것들이 총합된 결과라는 사실을 알 수 있다.
이렇게 미세하게 어긋난 주파수들이 겹치면, 파형들끼리 서로 간섭을 일으키며 소리가 스스로 파도치듯 출렁이는 Beating Effect가 발생한다. 그 덕에 주파수들이 위아래로 진동하게 되면서 소리에 생기가 깃든다.
또한 코러스 이펙트처럼 여러개의 가까운 소리의 주파수 소리가 중첩되게 되면서 봉우리의 폭이 두꺼워져 소리가 풍성해졌다.
이번엔 각 목소리가 살짝 랜덤하게 흔들리는 버전이다. 소리를 재생한 후 Deviate 버튼을 눌러보자.
Deviate를 누르면 5개의 주파수들이 조금씩 흔드리는 것을 볼 수 있는데 그 덕에 소리가 더 다채로워 지는 것이다.
실제 아날로그 신디사이저들은 온도에 따라 음정이 불안정하게 흔드리고는 했는데 이 음정의 떨림이 소리를 더 매력적으로 만들었다.
つづく (다음 편 예고)
자 이제 정체를 알 수 없었던 봉우리들이 어떤 뜻인지 알게 됐는가? 다음 시간에는 전설적인 신디사이저 Fairlight CMI의 하모닉스를 이용한 Additive 소리 생성을 알아보자. (아마도,,,)