2. 배음(harmonics)

어쿠스틱 피아노 뿐 아니라 모든 악기는 ‘배음’을 가지는데, 현악기와 관악기, 타악기가 만들어내는 배음은 각기 다름.

악기마다 음색이 다른 이유도 배음 때문임. 바이올린으로 C4를 켤 때와 피아노로 C4를 눌렀을 때 음정은 같지만 소리가 다르게 들리는 건, 배음의 개수, 세기, 지속시간, 공명 패턴이 다르기 때문임.

피아노에서 ‘도’를 눌렀을 때, 귀에 들리는 건 ‘도’ 를 중심으로 여러 개의 음이 동시에 울리고 있는 복잡한 합성음이고, 이게 배음(harmonics)임.

처음에 C4 건반을 눌렀을 때

1번 — 1x — 기본음 — C4

2번 — 2x — 1옥타브 위 — C5

3번 — 3x — 완전 5도 위 — G5

4번 — 4x — 2옥타브 위 — C6

5번 — 5x — 장3도 위 — E6

6번 — 6x — 완전 5도 위 — G6

7번 — 7x — 단7도보다 약간 낮음 — 약 Bb6

8번 — 8x — 3옥타브 위 — C7

9번 — 9x — 장2도 위 — D7

10번 — 10x — 장3도 위 — E7

11번 — 11x — 딤5도보다 약간 낮음 — 약 F샵7

12번 — 12x — 완전 5도 위 — G7

13번 — 13x — 장6도보다 살짝 낮음 — 약 A7

14번 — 14x — 단7도보다 살짝 낮음 — 약 Bb7

15번 — 15x — 장7도보다 낮음 — 약 B7

16번 — 16x — 4옥타브 위 — C8

17번 — 17x — 장2도 위 — D8

18번 — 18x — 장3도 위 — E8

19번 — 19x — 완전 4도 위 — F8

20번 — 20x — 완전 5도 위 — G8

어쿠스틱 피아노는 이론적으로 약3040배음까지 나오지만 인간이 등을 수 있는 파동은 약 1015배음까지이므로 이 지점에서 우리는‘음이 사라졌다’라고 함.

혹시 피아노 앞에 앉아있다면,

페달을 밟고 C4를 ff로 세게 타건하고

음이 울리는 동안 C5, G5, C6 등 내가 위에 나열한 배음들을

피아니시모 정도로 눌러보면

지금 듣고 있던 소리이 이미 그 음이 있다는 게 느껴짐.

하지만,

현싱에서는 아무리 완벽하게 조율한 피아노라고 할지라도 배음은 이상적인 정수배가 아니라 파동을 거듭할 수록 비뚤어진 음이 나옴.

그건 피아노 줄이 ‘이상적인(물리학에서 말하는) 줄’이 아니기 때문임.

물리학 이론에서 줄(현)이란

완벽하게 팽팽하고,

휘거나 구부러지지 않으며,

진동애도 변형이 없는

완전한 선형 탄성체여야함.

그래야 물리적으로 완벽한 파형이 나옴.

하지만, 실제 피아노 줄은 길고, 두껍고, 휘어 있고, 텐션도 세며, 진동하면 약간 굽히는 움직임도 함께 생김.

그래서 3배음 이상 가면서 약간 더 높은 주파수로 튀는 현상이 생기고 이겇 비조화성(inharmonicity)이라고 함.

그리고 이 비조화성이 바로 그 어쿠스틱 피아노의 ‘성격’을 만들고, 그 피아노만이 가진 음색이 됨.

(아래 링크는 파동역학을 음악에 대입해 잘 설명한 페이지임.)

https://www.physicsclassroom.com/class/sound/lesson-4/fundamental-frequency-and-harmonics?utm_source=chatgpt.com

1. 샘플링 (Sampling)

샘플링은 이런 자연스러운 비조화성으로 만들어진 배음이 섞인 상태로 녹음된 것을 재생함. 실제 피아노의 공명과 배음 구조가 그대로 담겨있으니 자연스러움.

하지만 샘플링은 모든 배음을 녹음할 수 없어서, 중간 벨로시티나 미세한 음색 차이에서 단절 현상이 생김.

샘플끼리 섞을 때 위상 간섭이나 불연속도 생길 수 있음. 그래서 레이어 수 늘리거나, 모델링 일부 섞어서 해결하려고 함.

그런다고 해서 완벽한 건 아니고 여기서 한계를 느끼고 모델링이 주목받는 이유기도 함.

샘플링에 이런 상황까지 다 넣어둘 순 없는 노릇이니..

2. 모델링 (Modeling)

모델링은 배음에 있어서는 ‘완벽’ 그 자체임.

현의 길이, 굵기, 장력, 타건 속도 등을 입력받아

“지금 이 상황이면 이런 배음이 생기겠네!” 하고 실시간으로 만들고 이론적으로 가능한 모든 배음이 망가지지않고 완벽하게 나옴.

타건 강약, 페달, 댐퍼, 공명 등 수많은 변수에 따라 배음 구조가 실시간으로 달라짐. 강하게 치면 배음들이 더 날카롭게 뜨고, 약하게 치면 더 포근하게 퍼짐 배음이 가진 이상향 그 자체임.

그러나, 이렇게 완벽함으로 인해 ‘기계음’같다는 소리를 듣게됨.

모델링 방식의 가상악기에서 가장 신경 쓰는 건 랜덤 노이즈를 넣는 일임.

지금까지 개발된 난수 연산을 이용하면. 사람 귀로는 거의 구별 못할 정도로 “랜덤한 느낌” 을 낼 수 있음. 그리고 기술적, 이론적으로도 비용도 큰 문제가 아님.

하지만 실제 구현에선 얼마나 자연스럽게 무작위성을 흘려넣느냐가 관건이라 언제, 어디에, 얼마나 랜덤을 줄지에 대한 ‘메타 판단’은 사람이 듣고, 설계하고, 결정해줘야 함. 컴퓨터는 언제 뭘 해야 자연스러운지 느끼질 못하니까.

또 같은 랜덤도 쇼팽 연주할 때랑, 바흐 칠 때랑 다르게 작동해야 함. 이건 결국 연주자나 사용자, 또는 설정 UI에서 정할 수 있도록 열어둬야 함

랜덤은 자동화된 감성처럼 보여도, 아직까지는 그 감성을 세팅하는 건 사람 몫임 .

결국 계산된 패턴, 즉 가짜 무작위를 얼마나 자연스럽게 녹여 진짜 같다는 인상을 줄지가 모델링 가상악기의 숙제임.

궁극적으로 모델링과 샘플링 중 무엇이 살아남을지, 또다른 어떤 형태가 나올지는 어쿠스틱 피아노의 배음을 누가 먼저 자연스럽게 구현할지에 달려있음.

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