기본주파수란? F0와 성대 진동, 음높이의 관계

기본주파수(fundamental frequency)는 주기적으로 반복되는 파형의 가장 낮은 주파수입니다. 기호로 F0라고 적습니다. 목소리에서는 성대 진동이 되풀이되는 속도와 맞닿아 있으며, 우리가 음높이를 판단할 때 중요한 물리값입니다.

한 주기와 F0

같은 움직임이 한 번 되풀이되는 데 걸린 시간을 주기라고 합니다. 한 주기가 0.01초라면 1초 동안 100번 반복되므로 기본주파수는 100Hz입니다. 주기가 짧아질수록 F0는 높아집니다.

거의 일정하게 나는 목소리에서는 성대가 한 주기를 마칠 때마다 공기의 흐름도 비슷한 모양으로 바뀝니다. 이 반복값을 분석하면 F0를 구할 수 있습니다. 거칠거나 불규칙한 소리에서는 한 값으로 안정되게 잡히지 않을 때도 있습니다.

F0가 100Hz인 주기음에는 100Hz 간격으로 조화 성분이 놓입니다. 100Hz의 H1, 200Hz의 H2, 300Hz의 H3가 이어집니다. 이 가운데 H1이 기본주파수에 놓인 첫 번째 하모닉입니다.

기본주파수가 항상 스펙트럼에서 가장 큰 봉우리는 아닙니다. 성대 진동과 성도의 공명에 따라 H2나 그 위의 배음이 더 강하게 보일 수 있습니다. ‘가장 낮은 반복 주파수’와 ‘가장 강한 주파수’를 구분해야 하는 이유입니다.

F0는 기계로 측정하는 물리값이고, 음높이는 사람이 귀로 듣는 높낮이입니다. 주기적인 목소리에서는 둘이 밀접하게 움직여 피치 측정기 화면에 F0를 음 이름으로 바꿔 보여 주기도 합니다.

그래도 두 말을 완전히 같게 쓰지는 않습니다. 기본주파수 성분이 아주 약해도 배음 간격이 일정하면 귀는 빠진 F0에 해당하는 음높이를 느낄 수 있습니다. 소리의 세기와 배음, 듣는 환경도 음높이 감각에 영향을 줍니다.

높은 음으로 올라갈 때 성대는 길이와 긴장도, 단단한 정도와 진동에 참여하는 부피를 바꿉니다. 그 결과 진동이 빨라지고 F0가 높아집니다. 낮은 음에서는 반대 방향의 조절이 나타납니다.

숨을 세게 민다고 F0가 정해진 폭만큼 올라가는 것은 아닙니다. 공기 압력도 진동에 관여하지만, 성대 근육의 조절과 접촉 상태가 함께 달라집니다. 고음에서 힘만 늘리면 음량이 커지거나 목이 조이는 결과가 먼저 나타날 수 있습니다.