음악이 수학과 (매우) 밀접한 관련이 있다고?

2021.12.25

안녕하세요 한시윤 기자입니다.

여러분, 음악이 수학과 밀접하게 관련되었다는 거, 아시나요?



약 기원전 500여년 전, 고대의 수학자 피타고라스가 대장간을 지나던중, 늘 소음으로 들렸던 대장간 망치소리가 조화롭게들리는 거 아니겠습니까, 그후 피타고라스가 직접 시험해본 결과, 망치의 크기가 다르면 제각각 다른소리가 난다는 것을 알아냈습니다 (옥타브)



피타고라스는 무게가 12와 6인 망치, 즉 비율이 2:1인 망치를 함께 두드리면 높이만 다를 뿐 같은 소리, 즉 한 옥타브 차이의 소리가 들린다는 것을 발견했다고 하네요. 이후 피타고라스는 직접 하프를 연주하면서 음악의 소리를 분석해 본 결과, 하프의 소리가 가장 조화로울 때가 하프 현의 길이와 현에 미치는 힘이 간단한 정수비례 관계를 나타낼 때라는 사실을 밝혀냈습니다. 고대 그리스의 5도 음률에 기초한 피타고라스 음률이 곧 오늘날 우리가 음정이라고 부르는 것의 기원이며 음향학의 출발이 되었습니다.



이후 마르센과 바흐가 피타고라스의 음률을 평균율로 발전시켰고, 이 평균율의 크기가 1.06cm으로 고정되었다고 하네요.



피아노가 아름다운 악기로 불리는 또 다른 이유는 피보나치 수열에 따라 건반이 만들어졌기 때문이라고 하는데요, 1:1.618, 예술가들 사이에서, 가장 아름답다고 알려진 비율. 조각이나 그림에서 많이 찾아볼 수 있는 비율이죠. 이 비율은 피보나치 수열과 관련이 깊습니다. 피보나치 수열이란, 두 수의 합이, 바로 뒤의 수가 되는, 수의 배열입니다. 그리고 서로 이웃한 수를 나누면



 


그 아름다운 비율과 그 비율에 가까운 수들이 나오죠. 음악의 작곡에는 이 피보나치 수열과 황금비율이 숨겨져 있는 경우가 많습니다. 널리 알려진 곡, 베토벤 교향곡 5번, 운명을 들어볼까요? 1악장에서 빠르게 연주되는, 이 주제부. 이 주제부를 두고 앞에 377마디. 뒤에 233마디가 배치되어 있습니다.


 


377은 피보나치 수열 상 14번째 수이고 233은 13번째 수가 됩니다. 377 대 233의 비율은 1:1.618로 황금비율이 나타나죠. 음악과 수학, 음악과 과학을 연관 지을 때 음파에 대한 이야기를 빠트릴 수 없습니다. 세상에 존재하는 모든 소리는 매질인 공기를 진동시키며 퍼져나가는 파동인데요. 이는 악기에서 더욱 중요해집니다. 악기는 종류에 따라 다르긴 하지만 특정 음에 따라 비교적 명확한 파형을 가지고 있습니다. 파동의 특성 중 하나는 서로 다른 파동들과 합성이 가능하다는 것인데요.


 


파형과 파동의 세기, 주파수 등에 따라 무한한 형태의 파동을 합성하는 것이 가능해지며 악기를 이용해 아름다운 음악을 만들어낼 수 있는 것도 이러한 원리입니다. 프랑스의 수학자 '푸리에'는 어떤 주기적 파형도 많은 수의 기본적인 파형의 합으로 나타낼 수 있다는 '푸리에 정리'를 만들었습니다. 쉽게 말해 푸리에는 파형이 단순한 파형들의 모임으로 이루어졌다고 생각했습니다. 이는 음파에서도 적용이 가능한데요. 여러 가지 악기들의 조화로운 연주로 음악을 만들어내는 오케스트라도 파형 분석을 통해 어떤 악기가 어떤 소리를 냈는지, 그리고 같은 악기라도 누가 더 큰 소리를 냈는지 등을 세세히 분석할 수 있습니다.




이번 기사를 준비하면서 저도 많이 놀랐는데요,

특히 제가 아무생각없이연주했던 피아노가 피보나치수열과 관련되어있다니,흥미있네요!

글쓰기 평가어린이과학동아 기자2021.12.26

음악과 수학이 관련이 있다는 점을 주제로 정해서 글을 써 주었네요. 음악과 수학의 연결된 내용을 이해하는 것이 사실 쉽지는 않아요. 음악의 소리는 무척 수학적인 부분이 많이 있는데요, 꽤 어려운 내용임에도 자료를 잘 조사해서 정리해 주었습니다. ^^

[난다는것] → [난다는 것]

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댓글 10
정확한 출처를 밝혀주세요.
유익하네요!
엄청길어요!
네. . . 영혼이 99%첨가되어 있죠 후후. . .
감사합니다!