고유주파수와 강제주파수 (소음과 진동의 주파수)
지난번 하모닉스에 이어서 주파수에 대해서 좀 더 알아보도록 하겠다.
통기타의 악보코드를 맞추고 기타줄을 튕기면 각기 코드에 맞는 다른 음색을 보이는 하모닉 음이 발생한다.
기타는 각 줄(현) 별로 독특한 소리를 가지며 음의 높낮이가 서로 다르다.
약간의 상식을 갖고 잘 살펴보면 튕기고 있는 기타줄의 길이와 기타줄의 종류 그리고 기타줄이 조여있는 정도에 따라서
소리가 다르다는 것을 알 수 있다. 반면에, 선풍기를 작동시키면 발생하는 진동, 자동차의 엑셀을 밟을 때마다 변동하는 RPM은
위의 기타줄에서 발생하는 고유한 특성과는 다르다.
즉 RPM은 새롭게 생성되는 것이며 반면에 기타 줄은 원래 자기가 가지고 있었던 것이다. 쉽게 이야기 하면 손으로 튕기지 않으면
소리가 아예 나지 않는다는 것과의 차이이다.
강제주파수(Forced frequency)
힘을 가하면 고유주파수와 강제주파수는 모두 변동하지만 강제주파수는 만들어 생선된 값이고 고유주파수는 원래부터 있던 값이다.
이 두개의 주파수가 중첩되면 큰 진폭을 유발하게 되는데 이를 공진(Resonance)이라고 한다. 이해를 돕기 위해 고유주파수와 강제주파수의 예를 들겠다.
고유 주파수
| 강제 주파수
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- 튕기고 난 다음의 기타줄 발생음.
- 마찰을 하고 난 다음의 바이올린 현 발생음.
- 타격하고 난 다음의 컵의 물높이에 따른 발생음.
- 물체를 망치로 치고 난 다음의 물체의 방향으로 발생하는 진동 과 소음
- 바람이 불 떄 발생하는 교량의 고유한 움직임
- 진자시계의 추가 움직이는 고유한 주기
- 차 실내에 있는 동전이 움직이는 회전 수
| * 회전력(협대역 주파수) - 아래
- 자동차 엔진 크랭크 회전수 변동
- 각 종 기계설비의 축(shaft)의 회전 수
- 전기적인 가진(60Hz, 120Hz)
- 모터나 터빈의 회전수
- 각종 회전체(기계, 바퀴, 팬, 펌프, 벨트, 기어, 베어링 등)에서 발생하는 회전 수
* 유체력(광대역 주파수)
- 바람, 스팀, 파도, 기포(케비테이션), 액체유동(펌프), 고압기쳬(압축기)
*충격력(광대역 주파수)
- 왕복동엔진, 망치, 장력, 프레스, 단조, 항타, 빗물, 불규칙랜덤
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우리가 명심해야 될 것은 강제주파수가 고유주파수를 깨우는 것이 아니라 가진력이 고유주파수를 깨우는 것이라는 것을 기억해야 된다.
가진력은 또렷한 주파수(협대역, 사인파, 조화파)를 가질수 있고, 광대역의 주파수(불규칙파형, 충격파형)를 발생시킬 수 도 있다.
협대역 주파수에 공진을 발생시키려면 고유주파수와 일치시켜야 하지만, 광대역 주파수는 그냥 발생시키면 고유주파수가 일어난다.
이때 발생하는 고유주파수를 굳이 공진이라고 부르지 않는다. 자연의 많은 현상처럼 잠재주파수가 드러난 것이지 심각한 상태는 아니기 때문이다.
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