소 리 1.0 mblsciencecube.com/kr/product/downloads/sori_1.0_mbl.pdf · 컴퓨터의 소리...

사 용 설 명 서

소리 - Sori 1.0 MBL 버전 학생 및 교사용 에디션 2007 (2007.05.05)

이 애플리케이션 소프트웨어는 학생 및 교사에 한하여 사용 가능합니다.

소 리 1.0 MBL

소리 1.0 MBL 학생 및 교사용 에디션 1

I. 소프트웨어 사용 설명

I.1 소리 프로그램 설치하기

I.2 내 컴퓨터의 소리 장치 환경 설정

I.3 소리 프로그램 시작하기

I.4 소리 분석

I.5 소리 발생

I.6 엑셀에서 활용

II. 소프트웨어 저작권 설명

이 소프트웨어를 사용하기 전에 반드시 “소프트웨어 사용 설명”을 읽고 사용법을 익힌

상태에서 실험하기 바랍니다.

차 례


I. 소프트웨어 사용 설명



소리 프로그램을 설치하기 전에 먼저 내 컴퓨터의 시스템 정보를 확인한다. 시스템 사양

이 낮을 경우 프로그램이 정상적으로 동작하지 않거나 사용에 제한이 있을 수도 있다.

소리 프로그램을 사용할 수 있는 운영체제는 마이크로소프트 윈도우즈 2000 이상이면

가능하다.

| 소리 하드웨어 |

컴퓨터의 소리 하드웨어 장치인 사운드, 음성 및 오디오 장치의 성능과 비디오 장치는 소리 데이

터의 수집과 분석에 영향을 준다. 비디오 장치의 메모리가 작거나 사양이 낮으면, 수집된 데이터

를 그래프로 화면에 표현하는데 시간 지연이 생길 수 있다. 분석, 처리하는 소리 데이터의 양이

매우 많기 때문이다.

소리 프로그램은 CD나 관련 웹사이트에서 다운로드 형태로 배포될 수 있다. 배포된 설

치 프로그램을 실행하면 다음과 같이 창이 뜨며 설치를 진행할 수 있다.



소프트웨어 설치 진행과정에서 두 번의 저작권 라이센스 협약에 관한 동의를 묻는 창이

뜨는데 모두 동의를 해야만 설치를 완료할 수 있다.

설치가 완료되면 내 컴퓨터의 [시작] 프로그램 메뉴에 소리 프로그램이 등록되었음을 확

인할 수 있다.

| 설치와 업그레이드 |

소리 1.0 MBL 소프트웨어는 설치 배포 프로그램과 함께 제공된다. 설치 응용 프로그램인

setup.exe를 실행하면 내 컴퓨터에 설치를 할 수 있다. 처음 설치를 할 때는 관련 라이브러리 파

일들이 함께 설치되므로 설치에 다소 시간이 걸릴 수 있다. 설치를 한 번 하고 난 후에 다시 설

치하거나 업그레이드를 할 때는 수정된 기능들만 업그레이드하므로 빠르게 설치를 할 수 있다.



소리 프로그램을 사용하기 전에 먼저 내 컴퓨터의 소리 장치인 사운드, 음성 및 오디오

환경을 설정하도록 한다. 이 내용은 사용하는 운영체제인 마이크로소프트 윈도우즈의 버

전에 따라 약간씩 다를 수 있으며 여기서는 윈도우즈 2000 XP를 기준으로 설명한다.

소리 프로그램은 컴퓨터의 사운드, 음성 및 오디오 장치를 이용하므로 외부의 소리를 입

력받아 실험할 때는 그림과 같이 컴퓨터의 마이크 연결 단자㉡에 마이크㉠을 연결한다.

그림과 같이 [시작]-[제어판]을 누르고 [사운드, 음성 및 오디오 장치]를 선택한다. 사

운드 및 오디오 장치 등록 정보 창을 열게 되면 내 컴퓨터에 있는 사운드 관련 장치의

하드웨어 정보와 장치 볼륨, 스피커 설정을 할 수 있게 된다.

| 마이크 |

컴퓨터에서 흔히 사용하는 ECM 마이크는 스테레오(stereo) 플러그로 되어 있는 경우도 있으나 실

제로 마이크로 받아들이는 신호 입력은 모노(mono)이다. 내 컴퓨터의 사운드, 음성 및 오디오 장

치 하드웨어의 사양이 높으면 ECM마이크로도 보다 정확한 소리 분석 실험을 할 수 있다.



[장치 볼륨]에서 [작업 표시줄에 볼륨 아이콘 놓기]가 설정되어 있으면 작업표시줄에

스피커 모양의 아이콘이 놓여 있음을 볼 수 있다. 이 스피커 모양의 아이콘을 누르거나

또는 [장치 볼륨]의 [고급] 단추를 누르면 [속성] 창이 뜨게 된다.

| 마이크와 소리 하드웨어 |

컴퓨터의 소리 하드웨어 장치인 사운드, 음성 및 오디오 장치의 성능은 마이크를 이용한 소리 데

이터 수집에 영향을 준다. 이 장치 성능이 낮게 되면, 마이크로부터 들어오는 소리 신호가 약하거

나 잡음이 많이 섞일 수 있다. 일반적으로 PC용 마이크로 많이 활용하는 ECM마이크를 사용할

때, 30cm 거리에서 말하는 소리의 진폭이 매우 낮게 측정되면 이 장치의 성능을 향상 시켜서 사

용한다.



속성 창에서 [녹음] 단추를 누르게 되면 볼륨 컨트롤이 표시된다. 이 볼륨 컨트롤의 내

용은 믹서 장치의 하드웨어 정보에 따라 다를 수 있다. 일반적으로 어느 컴퓨터나 CD오

디오, 라인 입력, 마이크 등은 공통적으로 갖고 있는 컨트롤이 된다. 마이크를 이용하여

소리 실험을 하려면 반드시 [마이크]에 컨트롤 표시가 설정되어 있어야 한다. [라인 입

력]은 다른 오디오나 비디오 장치에서 나오는 사운드를 입력받을 때 사용한다. [...믹스]

등은 내 컴퓨터에서 음악을 직접 연주할 때 나는 사운드를 입력받기 위한 것이다. 예를

들어 인터넷 웹브라우저에서 음악이 연주되거나 MP3와 같은 음악 파일을 내 컴퓨터에서

재생할 때의 소리를 소리 프로그램으로 실험하기 위해서는 이 표시가 설정되어 있어야

한다.

| 사운드 및 오디오 장치 등록 정보 |

이 장치 등록 정보는 내 컴퓨터에 설치된 소리 하드웨어인 사운드, 음성 및 오디오 장치의 종류

를 표시한다. 예를 들어 "SoundMAX DIgital Audio"라고 표시된 정보는 이 장치의 종류를 말한다.

이 장치는 제조업체에 따라서 표시되는 이름이 다르며 이 장치의 성능은 소리 분석 실험에 영향

을 준다.



[속성] 창에서 [녹음]의 볼륨 컨트롤 표시를 설정하고 [확인] 단추를 누르게 되면 [녹음

컨트롤]창이 뜨게 된다. 이 창에서 각 컨트롤의 볼륨을 적절히 조절하여 둔다. 이 볼륨

컨트롤을 조절하면 사운드웨이브에서 소리파형의 진폭이 변하게 된다. 또한 이 볼륨 컨

트롤은 컴퓨터 마다 사운드, 음성 및 오디오 장치 특성이 다르므로 소리의 세기가 다를

수 있으므로 내 컴퓨터에 적절한 환경으로 설정한다. [녹음 컨트롤]에서 [마이크]를 선

택하게 되면 마이크를 이용한 실험을 할 수 있게 된다.



| 윈도우즈 비스타의 제어판 |

아래 그림은 운영체제 윈도우즈 XP의 [사운드, 음성 및 오디오 장치]의 기능을 담고 있는 것으

로, 윈도우즈 비스타에서 [제어판]-[하드웨어 및 소리]-[소리]를 연 화면이다. [소리]에서 [오디

오 장치 관리] 창을 열어 [마이크]를 선택하고 마우스 오른쪽 단추를 눌러 [마이크 속성] 창에서

볼륨 수준을 조절할 수 있다.



| 윈도우즈 비스타의 소리 장치 등록 정보 |

윈도우즈 XP 이상을 운영체제로 사용하며 사양이 높은 컴퓨터의 소리 하드웨어 장치인 사운드,

음성 및 오디오 장치는 성능이 향상되어 있어서 일반 ECM마이크를 사용해도 정확한 소리 분석

실험이 가능하다.

지금까지 알아본 사운드와 음성 및 오디오 설정은 소리 프로그램의 [소리 분석] 실험에

서 사용할 수 있다. 이는 외부로부터 소리를 입력받는 실험의 경우이며, [소리 발생] 실

험에서는 컴퓨터의 스피커나 주변 오디오 장치로 소리를 출력할 수 있다. [소리 발생]

실험을 하기 위한 설정은 다음과 같다.



그림과 같이 [속성] 창에서 [재생]을 선택한 후 볼륨 컨트롤을 표시하여 소리를 출력하

기 위한 컨트롤을 설정한다. 볼륨 컨트롤은 컴퓨터의 사운드, 음성 및 오디오 장치 환경

마다 다를 수 있으며, 공통적으로는 [웨이브] 컨트롤이 있는 것을 볼 수 있다. [웨이브]

컨트롤의 볼륨을 이용하면 인터넷 웹브라우저에서 음악이 연주되거나 음악 파일을 내 컴

퓨터에서 재생할 때 소리의 세기를 조절할 수 있다. [소리 발생] 실험을 하려면 이 [웨

이브] 컨트롤의 볼륨을 내 컴퓨터 환경에 맞게 적절한 소리 세기로 조절하여 둔다.



I.3.1 소리 분석 화면

소리 프로그램을 실행하면 [소리 분석], [소리 발생]의 컨트롤 탭을 선택할 수 있도록

되어 있으며, [소리 분석]이 첫 화면으로 뜨게 된다. 이 화면에 대한 설명은 다음 그림

과 같다.

| 중학생을 위한 컴퓨터 활용 과학탐구 실험 안내 |

“중학생을 위한 컴퓨터 활용 과학탐구실험” 교재에서 한국과학문화재단이 배포한 소리 1.0 버전

을 활용한다. 소리 1.0 MBL 버전도 이 교재에서 동일하게 사용할 수 있다. 이 교재에서는 다음의

[실험 시작/중지] 단추와 [메뉴 탭] 만을 이용하여 실험을 하도록 되어 있으며, 다른 기능은 사용

하지 않는다.



㉠ 메뉴 탭

㉡ 파일

① 외부 기기 연결

② 소리 녹음 분석

③ 커서

④ Y축 눈금 조절

⑤ 시간 간격

⑥ 커서 팔레트

⑦ 건반

㉠ 메뉴 탭

[소리 분석]과 [소리 발생] 화면을 선택할 수 있다.

㉡ 파일



실험 결과인 소리 분석 데이터와 그래프를 저장하거나 연다. 소리 분석 데이터는 *.SOR

형식의 파일로 저장되며, 그래프 화면과 분석 정보를 같이 저장하거나 열 수 있다.

또한, 실험을 하고 난 후 [그림 파일로 저장] 메뉴를 선택하면, 현재 화면에 나타난 그

래프의 모습을 비트맵형식의 그림 파일로 저장을 할 수 있게 된다.

소리 분석 데이터는 엑셀 파일로도 저장할 수 있다. 소리파형 데이터를 엑셀 파일로 저

장할 때, 저장되는 데이터는 소리파형 그래프에 그려지는 곡선의 데이터 개수만큼 저장

된다.

| 소리파형의 데이터 수 |

소리파형의 데이터 개수는 ⋅이 되며, (sampling frequency; 샘플링 진동수)는 44100Hz이

다. 는 시간 간격이다. 시간 간격이 0.05초이면 × 가 된다.



① 외부 기기 연결

시간 영역의 소리 파형 그래프에서는 소음 측정기와 같은 MBL용 센서를 연결하여 소음

을 dBA, dBC단위로 측정할 수 있다.

| 외부 기기 연결 |

[외부 기기 연결] 기능은 MBL 인터페이스와 센서를 연결하여 실험을 할 수 있도록 한다. 소음

측정기를 연결하면 화면에 dB(A, C) 눈금의 값으로 소리의 세기를 측정할 수 있다. 소리 1.0 버

전에서는 이 기능을 사용할 수 없다.

[시간/진동수 화면 선택]단추를 눌러서 진동수 영역의 스펙트럼 분석 화면에서는 진동수

측정값을 큰 화면으로 표시하여 나타낸다.



② 소리 녹음 분석

소리를 1초 이상 길게 녹음하여 소리 파형을 시간에 따라 관찰하고 진동수 영역의 스펙

트럼 분석을 할 때 활용할 수 있다. 윈도우즈 미디어 플레이어에서 재생할 수 있는 WAV

형식의 소리 파일로 저장하거나 열 수 있다.

[소리 녹음 분석] 단추를 누르게 되면 그림과 같이 새로운 창이 뜨게 된다. 이 창에서는 최대 30분

까지 녹음을 하고 분석을 할 수 있다. 녹음과 재생 및 분석은 컴퓨터의 하드웨어 사양에 영향을 받

을 수 있다.



③ 커서

실험을 한 후 그래프의 커서 위치에서 시간과 진동수 값을 읽을 때 사용한다. 마우스로

커서를 이동시키면 현재 커서 위치의 값을 나타낸다.

④ Y축 눈금 조절

시간-진폭의 그래프에서 Y축 눈금값을 확대하거나 축소한다. Y축의 최대, 최소값 눈금을

일률적으로 조절할 수 있다. 진폭의 최대값은 1.0이다.

⑤ 시간 간격

소리 데이터를 수집하는 간격. 이 간격에 해당하는 데이터가 화면에 그래프로 표현된다.

소리파형 그래프를 몇 초 간격으로 업데이트하여 화면에 보여줄 것인지 설정한다. 이 단

추를 조절하면 그래프의 시간축 눈금이 자동으로 바뀐다.

| 시간 간격 |

컴퓨터의 하드웨어의 성능이나 운영체제에 따라 시간 지연이 일어날 경우에 시간 간격을 늘려서

측정한다. 진동수 영역에서 분석할 때 진동수의 해상도를 높일 경우에 시간 간격을 늘린다.



⑥ 커서 팔레트

그래프 영역의 확대, 축소, 영역 선택 보기, 커서 이동, 그래프 이동을 할 수 있다.

⑦ 건반

측정되고 있는 소리의 배음 진동수 중에서 진동수 영역 스펙트럼의 진폭(dB-)이 가장

큰 진동수를 피아노의 평균율 음계에 해당하는 건반 위치에 빨간 막대로 나타낸다. 이때

이 빨간 막대와 가장 가까운 곳의 건반이 눌려진다.

| 건반위에 표시되는 진동수 |

건반 위에 표시되는 진동수는 악기나 사물, 실험 측정 상황에 따라 그 악기나 사물의 기본 진동

수가 아닐 수 있다. 이런 경우에는 진동수 영역의 스펙트럼 분석을 통하여 기본 진동수를 구한다.



㉢ 실험 시작/중지

㉣ 진동수

⑧ 실험 진행 시간

⑨ 시간/진동수 화면 선택

⑩ 진폭

⑪ 그래프 팔레트

| 시간/진동수 화면 선택 |

진동수를 보다 자세히 분석하려면 이 단추를 눌러서 진동수 영역의 그래프 화면을 연다. 이 화면

은 X축에 진동수를 Y축에 진동수의 진폭 성분을 나타낸 스펙트럼 그래프를 나타낸다. 이때 진동

수의 진폭 성분은 진동수 영역의 FFT계산 결과의 크기이며, 소리 파형에서 나타낸 진폭과 다르

다.



㉢ 실험 시작/중지

이 단추를 누를 때 마다 실험을 시작하거나 중지한다. 실험을 시작하였을 때 이 단추를

다시 누르기 전까지는 실험이 끝나지 않고 계속된다.

| 실험을 진행 중에는... |

실험을 하는 동안에는 화면에 있는 다른 동작 단추를 누르지 않도록 한다. 다른 아이콘 단추들은

실험을 중지한 후에 동작시킬 수 있다.

㉣ 진동수

소리를 진동수 영역에서 분석하여 스펙트럼 진폭(dB-)이 가장 높은 첫 번째 진동수를

표시한다.

⑧ 실험 진행 시간

실험 시작 단추를 눌렀을 때, 실험 진행 시간을 나타낸다.

⑨ 시간/진동수 화면 선택

실험 중지 상태에서 이 단추를 누를 때 마다 소리 파형 그래프 또는 진동수 스펙트럼 그

래프 화면을 선택할 수 있다. 실험 중에는 선택한 화면의 그래프가 보여진다.

| 소리 스펙트럼 활용 |

소리굽쇠를 세게 두드리고 소리 스펙트럼 화면에서 측정을 하면 시간이 지남에 따라 두 번째 배

음이 약해지고 첫 번째 기본 진동수가 그대로 남는 것을 볼 수 있다. 이와 같이 물체의 기본 진

동수를 측정하고 분석할 때는 소리 스펙트럼을 활용할 수 있다.



⑩ 진폭

소리의 진폭을 나타낸다.

| 진폭의 표현 |

사운드, 음성 및 오디오 신호를 44kHz, 모노(mono), 16비트의 샘플링(sampling)으로 분석하여

시간 간격에서 설정한 시간(초)마다 화면을 갱신해준다. 따라서 그래프의 X축은 시간 간격을 표시

하고 Y축은 소리의 진폭에 비례하는 전기 신호를 16비트로(2의 16승=65536) 분해한 값을 0과 1

사이의 값으로 표시하게 된다.

⑪ 그래프 팔레트

색깔과 선 및 곡선의 종류 등 그래프의 팔레트 속성을 변경할 수 있다. 일반 플롯에서

곡선의 종류를 다양하게 선택할 수 있다.

| 그래프 팔레트 |

막대형, 분산형 등 그래프의 종류는 일반 플롯에서 설정하고, 점과 선으로 표현할 때는 라인과 포

인트 스타일을 변경한다.



I.3.2 소리 발생 화면

소리 프로그램을 실행하면 [소리 분석], [소리 발생]의 컨트롤 탭을 선택할 수 있도록

되어 있다. [소리 발생]을 누르면 다음과 같은 화면이 뜨게 된다. 이 화면에 대한 설명

은 다음 그림과 같다.

| 소리 발생 |

[소리 발생]은 컴퓨터의 사운드, 음성 및 오디오 장치를 통하여 소리를 스피커로 출력하게 된다.

이때 만들 수 있는 소리 파형의 진동수 범위는 1에서 20,000Hz 범위이며, 소리 파형은 사인파가

된다. 그러나, 실제 발생되는 소리는 소리 하드웨어 장치 및 스피커의 성능에 따라 다를 수 있다.

일반적으로 사용하는 스피커는 진동수 150Hz 이하의 저음이나 5,000Hz이상의 고음을 내기 어려

우며, 별도의 저음 또는 고음용 스피커를 사용할 수 있다. [소리 발생]에서는 진동수, 진폭, 위상

을 조절할 수 있다.



㉠ 건반

㉡ 진동수 (L, R)

① 위상 간격

② L+R 보기

㉠ 건반

건반을 누르면 표준 음계의 진동수에 해당하는 사인파를 발생하고, 이 소리를 사운드,

음성 및 오디오 장치로 출력하여 스피커로 소리를 발생시킬 수 있게 된다.

| 표준 음계의 진동수 |

표준음계는 음높이 440Hz (음이름-A4)를 기준으로 하여 1옥타브를 12개의 반음으로 균등하게 나

누어 계산하는 12평균율로(Equal-tempered chromatic) 설명한다. 440Hz를 기준으로,

을 곱하거나 나누면 각 음계의 진동수를 구할 수 있다.



㉡ 진동수 (L, R)

사운드, 음성 및 오디오 장치로 내보내고자 하는 왼쪽(L)과 오른쪽(R) 소리의 진동수를

설정한다. 숫자를 직접 입력하거나 단추를 움직여서 설정한다.

① 위상 간격

소리 파형 L과 R의 위상 차이을 조절한다. 이 단추를 조절하면 소리 파형의 위상을 조

절할 수 있다.

| 위상 간격 |

소리의 위상을 조절하여 간섭 실험을 할 수 있다. L과 R의 위상을 다르게 하여 합성파의 모습을

관찰해보고 이때 스피커에서 나는 소리를 들어본다. L과 R의 위상 간격이 180°이 되었을 때 스피

커의 소리가 최소로 들리는지 확인해 볼 수 있다. 이는 소멸간섭이 일어났기 때문이다. 스피커 L

과 R을 마주보게 한 후 일정 거리를 띄워서 실험을 해본다.

② L+R 보기

소리 파형 데이터는 사운드, 음성 및 오디오 장치로 하는 왼쪽(L)과 오른쪽(R) 채널에

스테레오로 각각 스피커에 출력된다. 실험 중에 이 단추를 누르게 되면 스피커 출력에는

관계없이 파형 L과 R을 합성한 소리 파형을 화면에 보여준다.

| L+R 보기 |

L+R보기를 선택하여 소리 파형 L과 R을 합성하게 되면 L+R의 파형을 화면에 보게 된다. 그러나

실제 스피커 L과 R은 합성한 L+R이 아닌, 각각의 L, R을 출력하게 된다.



㉢ 소리 발생 시작/중지

㉣ 진폭 (L, R)

③ 1초 간격

④ 시간 간격

㉢ 소리 발생 시작/중지 (L, R)

이 단추를 눌러서 사운드, 음성 및 오디오 장치로 소리를 내거나 멈출 수 있다. 소리가

발생되는 동안 [진동수]나 [진폭]을 변화시킬 수 있다.



㉣ 진폭 (L, R)

사운드, 음성 및 오디오 장치로 내보내고자 하는 왼쪽(L)과 오른쪽(R) 소리의 진폭을 설

정한다.

① 1초 간격

[시간 간격]을 1초로 설정한다.

② 시간 간격

소리 데이터의 시간 간격. 이 시간에 해당하는 데이터가 화면에 그래프로 표현되고, 소

리를 스피커로 출력할 수 있다. 소리파형 그래프를 몇 초 간격으로 업데이트하여 화면에

보여줄 것인지 설정한다. 이 단추를 조절하면 그래프의 시간축(X축) 눈금이 자동으로 바

뀐다.

| 시간 간격 |

소리 발생은 컴퓨터의 자원을 많이 사용하기 때문에 컴퓨터의 성능이나 운영체제에 등 환경에 따

라 사용에 제한이 따를 수 있다. 소리 발생에서 시간이 느리게 표시되거나 소리가 끊기는 현상이

있으면 비디오 장치의 성능이 낮거나 메모리가 작기 때문일 수 있다. 이런 경우에 시간 간격을

늘려서 사용한다.


I.4 소리 분석

소리 분석은 [시간 간격]에서 설정한 시간마다 소리 파형의 데이터를 수집하면서 반복적

으로 소리 파형을 보는 실험이나 진동수를 분석하는 실험을 할 수 있다. 악기를 연주하

거나 소리굽쇠 또는 주변의 여러 가지 물체를 두드려 보고 소리 파형을 관찰해볼 수 있

다.

I.4.1 소리 파형 그래프

다음 그림은 [실험 시작] 단추를 눌러 놓은 상태에서 소리굽쇠를 두드렸을 때의 화면이

다. 단추를 눌러 놓은 상태에서, 소리굽쇠의 소리가 줄어들면서 진폭이 작아지고 그래프

의 Y축이 줄어드는 것을 확인해볼 수 있다. 이때 기본 진동수는 변하지 않고 그대로 있

음을 확인할 수 있다.

| 진폭의 변화 |

마이크로 측정한 진폭의 값은 상대적인 값이므로 진폭의 측정값을 구하는 것 보다 거리에 따라

또는 시간에 따라 진폭의 변화 추이를 관찰하는 것이 효과적이다. 공기가 진동할 때의 압력은 거

리에 따라 반비례하여 작아지며, 소리의 세기는 제곱에 반비례하여 줄어들게 된다. 이때 소리의

세기는 변하지만 높이는 변함이 없음을 진폭, 진동수 측정값과 소리 파형 그래프 화면을 통해 알

수 있다.

I.4 소리 분석


소리굽쇠를 두드린 직후 시간이 8.5초일 때의 스펙트럼 모습이다. 두 번째 배음의 진동수인 3440.8Hz의

성분이 첫 번째인 기본 진동수 봉우리보다 진폭이 높게 나타났다. 배음 진동수는 [수평 줄 커서]로 설정한

문지방 진동수 보다 진폭(dB-)이 큰 값들만 표시된다.

I.4.2 소리 스펙트럼

우리 주변의 소리들은 여러 진동수가 섞인 배음들로 구성되어 있다. 소리 프로그램의

[소리 분석]화면에서 [스펙트럼]을 이용하여 여러 배음을 진동수와 진폭의 스펙트럼 그

래프로 측정하여 나타내 볼 수 있다.

| 진동수 측정과 분석의 원리 |

마이크의 전기 신호 변화 는 소리에 의한 공기 진동의 압력

변화에 비례하므로, 소

리 프로그램에서 이 변화의 상대적 크기를 진폭으로 나타낸다. 이 전기 신호는 컴퓨터의 디지털

신호로 변환하여 0에서 1의 정규화 눈금으로 표시한다. 스펙트럼은 진폭을 눈금 0과1사이에서 측

정한 값에 대해 FFT(Fast Fourier Transform:고속 푸리에 변환) 계산을 하여 Y축을 dB눈금으로,

X축을 진동수(Hz) 눈금으로 나타낸 것이다. 이때, 진폭이 1일 때 dB눈금이 0 이 되며, 진폭이 1

이하일 때는 모두 음수(-)값으로 나타낸다.

진동수 분석을 하는 방법은 다음과 같다. 아래 그림은 564Hz의 소리굽쇠를 두드렸을 때

여러 진동수의 봉우리들이 높게 나타난 스펙트럼 모습니다. 처음에는 두 번째 배음의 진

동수가 높게 나타나지만 시간이 지나면서 두 번째 배음을 포함한 여러 배음 성분들이 사

라지면서 기본 진동수만 남아 있는 것을 확인할 수 있다.

I.4 소리 분석


소리굽쇠를 두드린 후 시간이 지나서 26.9초일 때의 스펙트럼 모습이다. 다른 진동수 성분들은 모두 사라

졌을 뿐 아니라 두 번째 배음의 진동수인 3440.8Hz이 잦아들었으며, 첫 번째인 기본 진동수 564.4Hz봉우

리의 진폭이 두 번째 보다 높게 유지되고 있음을 알 수 있다.

| 기본 진동수 찾기 |

소리 프로그램에서는 기본 진동수를 진동수 영역의 스펙트럼 진폭(dB-)이 가장 높은 첫 번째 진

동수로 표시하고 있다.

악기를 연주하는 방법, 물체를 두드리는 방법 등에 따라 처음에 기본 진동수가 아닌 두 번째 배

음의 진동수가 높게 나타날 수 있다. 예를 들어, 소리굽쇠를 고무망치로 세게 두드렸을 경우에 두

번째 배음이 기본 진동수 보다 높게 나타나지만, 약하게 두드리면 첫 번째인 기본 진동수가 높게

나타난다.

측정하는 상황에 따라서는 화면에 표시된 기본 진동수 보다 두 번째 배음 진동수의 진폭이 높게

나타나는 경우가 있다. 즉, 화면에 표시된 기본 진동수는 실제 물체의 기본 진동수가 아닌 경우가

있다. 이와 같은 경우에, 진동수 그래프와 실험 상황을 고려하여 기본 진동수를 찾도록 한다.

| 문지방 진동수 |

소리 프로그램에서는 [수평 줄 커서]로 설정한 문지방 진동수 보다 진폭보다 높게 나타나는 진동

수 성분 들 중에서 봉우리를 이루는 값들을 배음으로 표시한다. 즉, 수평 줄 커서의 Y축 값 보다

높은 진동수 성분들 중에서 봉우리 값들만 표시하게 된다. 실험을 중지한 상태에서 이 [수평 줄

커서]를 위, 아래로 움직여서 문지방으로 설정한 진동수 값을 바꿀 수 있다.

I.4 소리 분석


I.4.3 소리 녹음 분석

소리의 지속 시간에 따른 진폭과 진동수의 변화를 소리 파형과 진동수 스펙트럼의 변화

로 분석할 때 활용한다.

㉠ 시간 눈금과 시간 간격

[시간 눈금]은 두 가지의 기능이 잇다. 실험 중에 실험 진행 시간을 표시하고, 실험이

끝난 후에 진동수 분석을 할 때는 [시간 눈금]의 눈금 막대를 이동 시켜서 원하는 시간

위치에서 진동수 분석을 하고 소리 파형을 볼 수 있게 되어 있다.

[시간 간격]은 소리 데이터를 녹음하여 수집하거나 재생할 때 몇 초 간격으로 할 것인지

설정한다.

I.4 소리 분석


| 시간 간격 |

소리 녹음 분석은 컴퓨터의 자원을 많이 사용하기 때문에 컴퓨터의 성능이나 운영체제에 등 환경

에 따라 사용에 제한이 따를 수 있다. 소리 재생이나 녹음에서 소리가 끊기는 현상이 생길 경우

[시간 간격]을 늘리도록 한다.

㉡ 소리 파일 저장과 열기

소리 파일은 윈도우즈 미디어 플레이어나 사운드 및 오디오 관련 소프트웨어에서 재생이

나 녹음이 가능한 WAV파일 형식이다. 실험을 하고 난 후 [소리 파일 저장] 단추를 눌러

서 저장을 할 수 있다. 소리 파일은 44100Hz, 모노 16비트로 저장된다. [소리 파일 열

기]를 누르게 되면 WAV파일 형식을 불러 와서 분석을 할 수 있다.

㉢ 소리 녹음과 재생

[소리 녹음] 단추를 누르게 되면 [시간 간격]에서 설정한 시간 간격으로 소리 데이터를

이어서 수집하며 최대 30분까지 녹음할 수 있도록 되어 있다. [소리 녹음]에서 소리 데

이터를 수집하였거나 [소리 파일 열기]를 하였을 때, [소리 재생] 단추를 눌러서 재생

및 진동수 분석이 가능하다. [피치]를 조절하면 소리를 재생할 때 빨리 또는 느리게 재

생할 수 있다.

I.4 소리 분석


㉣ 진동수 분석

윈도우즈 미디어 플레이어 (WAV) 형식의 소리 파일을 열었거나 녹음을 한 후에 [시간

눈금] 막대를 움직이게 되면 소리파형 그래프와 진동수 영역의 스펙트럼 그래프가 그려

지게 된다. 이때, 스펙트럼 그래프의 진동수와 배음 진동수를 화면 우측에 표시하게 된

다. 빨간 색으로 크게 표시되는 진동수는 진동수 영역의 스펙트럼 진폭(dB-)가 가장 높

은 진동수를 나타낸다. 나머지 배음 진동수는 진동수가 높아지는 순서대로 표시된다.

| 시간과 진동수 분석 |

시간(T) 간격을 길게 하면 진동수(f) 간격이 그 만큼 좁아지게(f=1/T) 된다. 진동수 간격이 세밀해

지면 보다 정밀하게 진동수 측정을 할 수 있다. RMS평균을 계산하면 이와 같은 효과를 얻을 수

있는 분석 방법이 되며, 소리 프로그램의 분석은 RMS평균법을 사용한다.

긴 시간 동안 연속적으로 측정하는 경우가 있다. RMS평균법의 실험에서는 다음과 같이 한다 예

를 들어 여러 가지 물체를 두드리고 각 물체의 진동수를 구하고자 할 때 또는 타격 방법을 다르

게 하여 측정할 때, 한 물체를 두드리고 나서 소리가 완전히 사라질 때 까지 기다린 후 3초 이상

의 여유를 준 다음, 다른 물체 또는 다른 타격방법으로 두드린다.


I.5 소리 발생

소리 발생에서는 [시간 간격]에서 설정한 시간마다 소리 파형 그래프를 그리면서 컴퓨터

의 오디오, 사운드 및 음성 장치로 소리를 출력하게 된다. 이때 출력된 소리는 스테레오

스피커를 이용하여 들을 수 있으며 소리의 간섭과 같은 실험에 활용할 수 있다.

I.5.1 진폭

다음 화면은 스테레오 (L, R) 출력의 한 쪽 진폭을 0으로 한 것이다. 이와 같이 [진폭]

단추를 움직여서 스피커로 발생되는 소리의 세기를 조절할 수 있다.

I.5.2 진동수

다음 화면은 [진폭]을 각각 0.4로, 진동수를 각각 300, 310으로, [시간 간격]을 0.2로

하고 [L+R보기]를 활성화하여 본 상태이다. 이 그림에서 그래프의 시간 축은 0.2초이며

0.2초 안에 맥놀이 파형이 2개 있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 맥놀이 진동수는 10Hz임

을 볼 수 있으며, 실제로 스피커를 통해 발생되는 소리의 맥놀이를 귀로 들어서 확인해

보는 실험을 할 수 있다.

I.5 소리 발생


| 함수 발생기로 활용 |

소리 프로그램을 함수 발생기로 활용할 수 있다. 양끝이 고정된 줄의 진동에서 정상파를 만들려면

함수 발생기를 이용해서 사인파를 만든 후, 이 신호를 앰프로 증폭한 다음 웨이브 드라이버(Wave

Driver)와 같은 구동 장치에 줄을 연결하여 진동을 만들어 낸다.

웨이브 드라이버 대신에 커다란 스피커의 진동막에 줄을 연결하여도 같은 결과를 얻을 수 있다.

관의 공명 실험에서는 한쪽 관의 입구에 스피커를 달고 함수 발생기에서 얻은 신호를 앰프로 증

폭하여 스피커에 출력함으로써 실험을 해볼 수 있다. 또한, 맥놀이, 위상차에 의한 소리 간섭 실

험 등을 해볼 수 있다.

함수 발생기로 활용하는 경우에 소리 하드웨어 장치의 성능, 스피커 출력 단자의 잡음 신호 등의

영향으로 화면에 보이는 것과 같이 깨끗한 파형을 얻지 못할 수 있다. 그러나 웨이브 드라이버를

작동시키는 신호로 쓰기에는 큰 무리가 없다

그림은 [소리 발생]으로 LED켜고 끄는 전기 회로도의 예이다. 이 전기 회로는 헤드폰 단자의 출력

을 증폭하여 단순하게 LED를 켜고 끄는데 필요한 기본 회로만 구성하였으므로, 컴퓨터 환경에 따

라 다소 동작의 차이가 있을 수 있다.

I.5 소리 발생


브레드보드에 LED 켜고 끄는 전기 회로를 구성한 예이다. 진폭을 적절히 조절하고, 진동수를 1에

서 50 Hz이내에서 변화시켜보면서 LED의 깜박거림을 관찰할 수 있다.

| 진동수 조절로 LED 켜고 끄기 |

전기 회로도 그림에서 audio headphone L/R(+)입력에는 노트북의 audio headphone 단자나 데

스크톱의 speaker out 또는 line out 단자에서 왼쪽(L) 또는 오른쪽(R)의 출력을 연결한다. 위의

회로도는 노트북의 audio headphone단자를 기준으로 하였으므로, 데스크톱의 speaker out이나

line out단자를 연결할 때는 R1과 R2에 의한 gain값을 적절히 변경해준다. 먼저 진동수를 1Hz로

하고, 컴퓨터의 볼륨과 [소리발생]의 진폭을 조절해서 LED가 깜박이는지 시험해본 후 진동수를

변경해서 LED가 깜박이는 속도를 눈으로 확인해 본다. 회로를 구성할 때는 (+), (-) 극성에 유의

하고 잘못된 연결이 없는지 확인한다. 전원의 연결은 모든 회로와 실험준비를 마친 다음 연결하

고, 문제가 있을 때는 즉시, 회로의 전원을 끊는다.



소리 프로그램에서 실험한 데이터는 엑셀 파일에 저장할 수 있다. 저장된 데이터는 엑셀

에서 불러온 후 차트마법사를 이용하여 소리 프로그램에서 표현한 그래프를 다시 그려볼

수 있다. 다음은 소리 프로그램에서 엑셀 통합 문서로 저장하는 화면이다.

다음은 엑셀에서 데이터를 불러온 후 차트마법사를 이용하여 그래프를 그리는 방법이다.

엑셀로 저장된 파일을 열면 [Sheet1]에 A열에 시간, B열에 소리의 진폭 데이터가 있게

된다. 차트마법사를 이용하여 A열을 X축으로 하고 B열을 Y축의 계열로 하는 분산형 그

래프를 그린다.

| 엑셀 파일로 저장된 소리 분석 데이터 |

엑셀 통합 문서로 저장된 파일을 열게 되면 소리 파형이 시간(s)과 진폭(-)의 데이터로 엑셀 통합

문서의 Sheet1에 저장이 되었으며, 소리 스펙트럼은 진동수(Hz)와 소리 세기(dB-)의 데이터로

Sheet2 저장이 되어 있음을 확인할 수 있다.



차트마법사를 이용하여 분산형 차트를 만들면 다음과 같은 그래프 결과를 얻는다. 이 차

트의 X축의 [축 서식]을 변경하여 시간 축을 세밀하게 확대하여 소리 파형의 모습을 관

찰할 수 있다.

| 차트 마법사 |

엑셀에서 차트 마법사 단추를 눌러서 소리파형의 그래프를 그릴 수 있다.

㉠ A열과 B열의 소리 데이터 (숫자)가 있는 셀을 블록으로 감싼다.

㉡ 차트 마법사를 실행하고 분산형 그래프를 선택한다.

㉢ 데이터 범위와 차트 옵션을 설정하고 나면 워크시트 영역에 차트가 만들어진다.



| 시간 축의 확대 |

소리 파형 그래프에서 시간축(X축)의 [축 서식]에서 눈금의 [최소값], [최대값]의 간격을 좁게

설정하면 시간축을 확대하여 보는 효과를 얻을 수 있다. 이 값을 [자동]으로 선택 설정하여 두면

전체 시간 범위에 대해 그래프를 그릴 수 있다.

[Sheet2]를 열게 되면 A열에 소리 진동수(Hz), B열에 진동수 영역의 진폭(dB-) 값이 들

어 있음을 확인할 수 있다. 또한 C열과 D열에는 봉우리 진동수의 값들이 있다.

차트마법사를 이용하여 X축에 소리 진동수, Y축에 소리 세기를 데이터 계열로 하는 분

산형 그래프를 그려보면 다음과 같이 된다.

| 셀에 저장되는 FFT분석 결과 진동수 |

소리 프로그램은 1초에 44100Hz로 소리를 샘플링을 하게 되므로 디지털로 분석 가능한 진동수는

에 해당되는 22050Hz가 된다. 시간 간격을 0.05초로 하였다면, 엑셀로 저장된 진동

수 간격은 Δ 이 된다. 그러나 소리 프로그램의 [소리 분석] 에서 진동

수 영역의 스펙트럼 그래프에서는 진동수 간격에 관계없이 RMS평균값의 정확한 측정값을 계산하

여 봉우리(peak) 진동수를 그래프 화면에 보여준다. 이때 소리 스펙트럼에서 분석된 봉우리 진동

수값들은 엑셀 통합문서로 저장할 때 Sheet2의 C와 D열에 같이 저장된다.



| 엑셀에서 소리 스펙트럼 차트 만들고 분석하기 |

Sheet2의 A열과 B열을 각각 X축과 Y축으로 하는 분산형 차트를 만든다. 이렇게 만든 차트의 X축

[축 서식]을 원하는 진동수 범위로 [최소값], [최대값] 범위를 설정하여 그래프를 그린다. 위의

그래프는 소리굽쇠를 친 직후에 배음 진동수 봉우리들이 여러 개 나타난 모습과 시간이 어느 정

도 지나서 기본 진동수만 높은 봉우리로 남았을 때의 모습을 각각 엑셀 파일로 저장하고 그래프

를 그려 본 것이다.


소리 - Sori 1.0 MBL 버전 학생 및 교사용 에디션

이 애플리케이션은 학교 및 교육기관에서 과학 실험 교육을 목적으로 사용되도록 코리아

디지탈이 개발하였으며 한국과학문화재단의 컴퓨터 활용 과학실험 (MBL) 교재에서 사용

된 소리 1.0 버전의 기능을 포함하고 MBL 센서를 이용할 수 있도록 되어 있습니다.

이 애플리케이션을 이용하여 컴퓨터의 사운드, 음성 및 오디오장치를 통해 소리 데이터

를 수집하거나 출력할 수 있으며, 소리 데이터를 시간 및 진동수 영역에서 분석할 수 있

습니다.

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