Pure Tone

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정의

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Harmonics (배음)나 다른 주파수 성분이 전혀 섞이지 않고 오직 단 하나의

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Frequency - Hz (주파수) 성분만으로 이루어진 소리다. 수학적으로 완벽한

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Sine Wave (정현파)로 표현된다.

설명

19세기 옴(Georg Ohm)의 음향 법칙과 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)의 연구를 통해, 인간의 귀가 인식하는 모든 복잡한 소리(Complex Tone)는 수많은 순음이 겹겹이 합쳐진 결과라는 사실이 밝혀졌다. 자연계에서는 소리굽쇠(Tuning Fork)가 내는 소리가 순음에 가장 가깝지만, 완벽한 순음은 물리적 마찰과 저항 때문에 자연적으로 존재할 수 없으며 오직 전자 발진기(Oscillator)나 디지털 수학 연산을 통해서만 만들어낼 수 있다.

배음이 전혀 없으므로 악기가 가지는 고유의

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Timbre (음색)나 질감이 존재하지 않는다. 밋밋하고 기계적인 "삐-" 소리로 들리며, 이 순수성 덕분에 음향 장비의 왜곡을 측정하거나 인간의 청각 능력을 평가하는 가장 절대적이고 통제 가능한 기준 척도로 사용된다.

원리

단일 주파수 스펙트럼 (Single Line Spectrum)

주파수 분석기(Spectrum Analyzer)로 관찰하면, 수많은 막대가 나타나는 일반적인 소리와 달리 오직 하나의 뾰족한 선형 스펙트럼만 나타난다.

음색의 부재 (Lack of Timbre)

인간이 피아노와 바이올린의 같은 음정을 구분할 수 있는 이유는 배음의 구조(음색)가 다르기 때문이다. 순음은 배음이 0%이므로 어떤 장치로 재생하든 소리의 기원을 청각적으로 구분할 수 없다.

푸리에 분석의 원자 (Atom of Fourier Analysis)

모든 소리를 주파수 영역으로 분해했을 때 남는, 더 이상 쪼갤 수 없는 궁극적인 최소 단위의 파동이다.

방향성의 상실 (Loss of Directionality)

고주파 순음은 배음이 만들어내는 위상차와 복잡한 반사음이 없어, 인간의 귀가 소리가 어디서 들려오는 것인지 그 방향(Localization)을 인지하기 매우 어렵게 만든다.

구조

순음의 시간 영역 방정식

y(t) = A \sin(2\pi f t + \phi)

예시

청력 검사 (Pure Tone Audiometry)

병원에서 헤드폰을 끼고 주파수별(250Hz ~ 8kHz)로 소리가 들리는 최저 임계치를 확인하는 검사다. 배음이 섞여 있으면 특정 대역의 청각 손실을 정확히 짚어낼 수 없기 때문에 완벽한 순음만을 발생시켜 측정한다.

계측 및 기준 신호 (Test Tone / Calibration)

스피커나 마이크의 주파수 응답이 평탄한지, 장비 내부에

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Total Harmonic Distortion - THD이 존재하는지 테스트하기 위해 1kHz 순음을 기준 신호로 입력한다. 출력단에서 1kHz 외의 다른 주파수가 검출된다면 그것이 곧 장비가 만들어낸 왜곡이다.

이명 (Tinnitus)

인간이 청각 세포 손상이나 귀 질환으로 인해 겪는 귀울림 현상은 외부의 물리적 진동이 없음에도 뇌에서 특정한 고주파 대역의 순음(Sine Wave) 형태로 인지되는 경우가 많다.

튜닝 기준 (Tuning Fork)

피아노나 오케스트라 악기를 조율할 때 기준이 되는 A4(440Hz) 소리굽쇠를 두드리면, 금속의 타격음이 순식간에 사라지고 거의 완벽한 순음 파형만 길게 남아 음정 튜닝의 절대적인 물리적 기준점이 된다.

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