안녕하세요! 저는 드럼을 좋아하는 과학고등학교 3학년 학생입니다. 제 소개글에도 나와 있는 것처럼 저는 드럼 뿐만 아니라 '과학'이라는 과목을 굉장히 좋아하는데요, 그런 의미에서 오늘은 드럼이라는 악기 속에 숨겨진 과학적 사실들에 대해 포스팅 해 보고자 합니다.

드럼의 구조

드럼은 크게 2가지 구성 요소로 나뉘어 집니다. 첫 번째로, 북으로 이루어진 몸체와, 두 번째로, 크기와 모양이 다양한 여러 종류의 심벌들로 구성되어 있습니다. 가장 기본적인 드럽 세트는, 북 5개, 심벌 4개로 이루어져 있는 세트입니다. 이 때 북의 명칭을 왼쪽 아래에서 부터 시계방향으로 돌아가며 스네어 드럼, 라지 탐, 스몰 탐, 플로어 탐, 그리고 발로 밟는 북을 베이스 드럼이라고 합니다. 심벌의 명칭으로는, 가장 많이 치게 되는 하이햇 심벌, 크래쉬 심벌 2벌, 라이드 심벌로 구성되어 있습니다.
드럼의 기본적인 연주 방법은, 길이가 같은 한 쌍의 나무 스틱을 이용하여 북과 심벌을 내리치면서 타악기의 형태로 소리를 조화시켜 연주하는 것이 보통입니다. 그러나, 모울러와 같은 다른 여러 스틱을 이용하여 심벌과 함께 조금 더 다양한 소리를 낼 수 있다는 것은 드럼의 또 다른 매력 요소 중 하나입니다.

북에 숨겨진 과학적 사실

스네어 드럼

스네어 드럼은 다른 북들과 소리가 가장 많이 차이나는 북 입니다. 스네어 드럼의 하피 부분에는 스트링이 여러 가닥 연결되어 있어, 스트랩을 당겨 주었을 때, 총소리와 비슷한 특이한 소리를 연출해 냅니다. 이 때 드럼을 언제 연주하느냐, 예를 들어, 재즈 음악 연주, 롹 음악 연주, 정글 리듬 연주, 등과 같이 여러 경우에서 스네어의 나사를 조절하여 다양한 음의 높낮이를 구현해 낼 수 있습니다.
위의 사진을 보면, 드럼 상피 부분의 철로 된 테 부분에 일정한 간격을 두고 철제 막대가 솟아 있는 것을 확인 할 수 있습니다. 연주자는 상황에 맞게 이 막대를 돌려 가며 상피의 장력을 조절하게 되고, 이러한 차이가 곧 스네어 드럼을 연주할 때 음의 높낮이와 특성을 결정짓게 됩니다.
이를 과학적으로 설명하자면, 나사를 더욱 조이게 되면, 드럼 상피의 장력이 증가하게 됩니다. 그에 따라 드럼 상피의 면밀도가 감소하게 되어, 음의 높이가 높아지게 됩니다. 이는 물리2 과정에서 나오는 음과 파동 부분에서 식을 통해 간단히 증명 가능합니다.

탐탐

스네어 드럼과 베이스 킥 드럼을 제외한 나머지 3개의 북을 모두 탐탐이라고 부르는데요, 이 탐탐의 모양을 자세히 살펴 보면 제각기 드럼의 지름과 높이가 다른 것을 확인 할 수 있습니다. 보통 스몰탐, 라지탐, 플로어 탐 순서로 갈수록 탐탐의 지름과 높이가 증가합니다. 또한 이 순서로 진행함에 따라, 소리가 낮아지는 것을 확인할 수 있습니다.
우리가 스틱으로 탐탐 드럼을 치게 되면, 상피로 부터 생성된 음파는 탐탐의 기둥 내부에서 정상파를 형성하게 되는데요, 그 지름과 탐탐의 높낮이가 증가할수록 이 정상파의 파장의 길이가 길어지게 됩니다. 이때 (음파의 속력)=(음파의 진동수)*(음파의 파장)인데, 음파의 속력은 온도가 일정하다는 조건 하에서 약 340m/s로 일정하므로, 파장의 증가는 곧 진동수의 감소를 의미합니다. 이 때 진동수가 감소하게 되면 소리가 낮아지게 되므로, 탐탐의 지름과 높이가 증가함에 따라 그 소리가 낮아지는 현상을 설명할 수 있습니다.

심벌 - 하이햇

하이햇의 연주 방법은 조금 독특합니다. 하이햇은 페달과 연결되어 있는데, 페달을 밟고 있는 상황에서는 소리가 울리지 않고 깔끔한 소리가 나는 반면, 페달을 밟지 않고 있는 경우 두 하이햇 심벌 사이의 간격이 생겨 소리가 깨지는 듯한 효과를 낼 수 있습니다. 보통 하이햇 심벌을 열고 친다라고 표현하는데요, 이렇게 하이햇 심벌을 열고 칠 때 소리가 더욱 크게 나는 이유는 무엇일까요?
이 현상은 공명 현상으로 설명할 수 있습니다. 상부 하이햇과 하부 하이햇은 모두 지름과 재질, 밀도가 모두 동일합니다. 따라서, 스틱으로 같은 강도로 두 심벌을 치게 되었을 때, 두 심벌은 서로 같은 진동수의 음파를 발생시키기 되고, 공명은 진동수가 같은 두 음파가 만났을 때 그 효과가 증폭되는 현상을 의미하므로, 공명현상을 통해 하이햇의 소리에 얽힌 비밀을 풀어 볼 수 있었습니다.

심벌 - 크래쉬 심벌과 라이드 심벌

크래쉬 심벌 2벌과 라이드 심벌의 큰 차이점 2가지 라고 하자면, 첫 번째로 세 심벌은 서로 지름이 모두 다릅니다. 크래쉬 심벌 중 작은 심벌의 경우 지름이 18인치, 큰 심벌의 경우 지름이 20인치이고, 라이드 심벌의 경우 지름이 22인치 입니다. 두 번째 차이점으로는 라이드 심벌의 경우가 크래쉬 심벌보다 더욱 곡률이 커서 훨씬 소리의 울림이 큰 것을 알 수 있습니다. 이러한 현상이 발생하는 이유는 무엇일까요??
먼저 소리의 높낮이의 차이는 앞서 말한 탐탐 드럼의 높낮이 차이와 이유가 동일합니다. 바로 지름의 차이인 것이죠. 그렇다면, 라이드 심벌의 경우가 울림이 더욱 큰 이유가 무엇일까요? 바로 밀도의 차이입니다. 라이드 심벌의 곡률이 크래쉬 심벌의 곡률보다 더욱 크기 떄문에, 동일한 강도로 심벌을 내리 쳤을 때, 음파가 라이드 심벌 내부 곡면에 더욱 오랬동안 갇히게 되어 울림이 크게 되는 것입니다.

정리

이렇게 드럼에 얽힌 과학 현상들을 탐구해 봄으로써, 앞으로 드럼을 연주할 때 더욱 그 음을 조절하는데 쉬움을 느낄 수 있을 것 같았으며, 남들보다 조금더 원리적으로 효율적이게 드럼 연주에 다가가고 있다는 생각이 들었습니다.