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- 가수의 성대는 높은 아리아에서도 낮은 음조와 유사한 방식으로 움직인다
- 이전 가정: 이 휘파람 소리는 공기와 호흡기의 고정 구조의 상호작용에 의해 발생
- 녹화결과 부르는 음높이에 따라 가수의 성대는 초당 약 1000~1600회 진동하고 충돌
- 근력과 소리내는 길의 미세 조정으로 인한 고음

오페라 가수들이 극도로 높은 톤을 만들어 내는 방법
아리아는 휘파람을 불지 않고 노래로 부른다

오페라 노래의 가장 높은 음이 이전에 생각했던 것과 다르게 생성된다는 사실을 연구원들이 발견했다. 이 "휘파람 소리"는 쥐의 초음파 노래와 유사한 메커니즘을 기반으로 하지 않는다. 대신, 특수 카메라를 사용한 녹음에서 알 수 있듯이 가수의 성대는 높은 아리아에서도 낮은 음조와 유사한 방식으로 움직인다. 그런데 왜 모두가 이렇게 높은음을 낼 수는 없는 걸까? 

▲ 오페라 가수는 특히 높은 음색을 낼 수 있다. 놀랍게도 그들은 "일반적인" 노래와 동일한 기술을 사용한다. AI생성 pixabay

우리의 목소리는 범위가 넓다. 그러나 실제로 이론적으로 가능한 모든 소리를 실제로 생성할 수 있는 사람은 거의 없다. 여기에는 오랜 훈련 덕분에 보컬 범위의 극한 한계까지 사용할 수 있는 오페라 가수가 포함된다.

지금까지 노래 조련사와 과학자들은 이것이 성대를 통한 노래뿐만 아니라 다른 발성을 통해서도 일어난다고 가정해 왔다. 따라서 클래식 노래의 가장 높은 음색은 "휘파람 소리"로 생성된다. 이전 가정에 따르면, 이 휘파람 소리는 성대의 진동에 의해 발생하는 것이 아니라 공기와 호흡기의 고정 구조의 상호작용에 의해 발생한다. 이는 우리가 들을 수 없는 쥐와 생쥐의 초음파 노래와 유사하다.

목구멍 아래를 관찰

뮌헨 루트비히 막시밀리안 대학 병원의 마티아스 에시테르나흐(Matthias Echternach)가 이끄는 연구팀은 이제 처음으로 이 이론을 실험적으로 테스트했다. 이를 위해 그들은 9명의 전문 오페라 가수에게 일반 음조보다 약 3옥타브 높은 특히 높은 음을 만들어 달라고 요청했다. 그 사이에 그들은 성대 주름을 영상으로 녹화했다.

이 점막은 후두에 위치하며 주변 성대와 성대 근육에 의해 움직인다. 평행한 두 성대 사이의 간격 폭에 따라 공기가 서로 다르게 흐르고 서로 다른 음색이 생성된다. 녹음은 코를 통해 삽입된 미니카메라를 통해 가능했는데, 이 카메라는 짧은 시간 내에 초당 2만 장의 이미지를 대량으로 촬영한다.

▲ AA(Aero-Acoustic) 및 MEAD(MyoElastic-AeroDynamic) 음성 생성 메커니즘의 도식적 개요 (A) 설치류 후두의 중간 시상면으로, AA 사운드 생성에서 충돌 제트의 형성을 보여준다. (B) AA 메커니즘에서 조직 진동이 부족하고 결과적인 정현파 음원을 개략적으로 표시한다. (C) 인간 후두의 관상면으로, 중측 성대 진동의 개방 및 폐쇄 단계를 보여준다. (D) MEAD 메커니즘에 대한 성대 변위 패턴 및 결과 (출처:관련논문 Published: 07 June 2024 Biomechanics of sound production in high-pitched classical singing / scientific reports)

성대도 움직인다

초고속 영상 녹화 결과, 부르는 음높이에 따라 가수의 성대는 초당 약 1000~1600회 진동하고 충돌하는 것으로 나타났는데, 이는 생성되는 소리의 주파수와 정확히 일치한다. 높은 오페라 노래 목소리는 팀이 보고한 바와 같이 낮은 톤으로 말하고 노래하는 것과 동일한 메커니즘을 기반으로 한다. 소위 "휘파람" 메커니즘을 사용하면 음성 생성 중에 성대가 전혀 움직이지 않았을 것이다.

따라서 비디오 증거는 오페라 가수가 높은 아리아에서 "휘파람을 불다"는 가정을 반박하고 대신 그들이 가장 높은 음조에서도 "표준" 메커니즘으로 노래한다는 것을 증명한다. “이것은 음성 교육학의 오랜 신화를 알려준다. 상당히 일반적인 보컬 생성 메커니즘을 사용하여 이러한 극단적인 사운드를 생성할 수 있다는 것은 놀라운 일이다"고 비엔나 대학의 선임 저자인 Christian Herbst는 말했다.

근력과 소리내는 길의 미세 조정으로 인한 고음

하지만 오페라 가수들이 특별한 기술을 사용하지 않는다면 왜 우리 모두가 쉽게 아리아를 부를 수는 없는 걸까? 이를 알아보기 위해 Echternach와 그의 동료들은 컴퓨터 모델을 사용하여 고음을 부를 때 후두의 과정을 시뮬레이션했다. 분석에 따르면 가수는 성대의 긴장이 크게 증가된 경우에만 가장 높은 주파수를 생성할 수 있다. 이는 숨을 내쉴 때 매우 높은 기압에 의해 뒷받침된다. Herbst는 “이것은 가수들의 뛰어난 근육질의 보컬 악기 제어가 있어야만 가능하다”고 말했다.

이는 아리아에 많은 훈련과 연습이 필요한 이유를 설명한다. Echternach는 “일부 가수들이 성대 건강 문제를 겪지 않고도 성대에 필요한 매우 높은 장력을 생성할 수 있다는 것은 정말 놀랍다”고 말했다. "어째서 일부 가수는 이러한 고음역에서 성공하고 다른 가수는 그렇지 않은지 현재로서는 공개적인 질문으로 남아 있지 않습니다. 그러나 비디오를 보면 검사 대상 가수가 해부학적 구조에 따라 이러한 음색에 대한 개별 기술을 개발했음을 알 수 있다" 다양한 범위로 열리고 닫힌다.

덧붙여서, 주파수에 사용되는 것과는 다른 독립적인 기술이 소프라노의 고음의 볼륨과 선명도를 보장한다. 아리아에서 부르는 가사를 이해할 수 있도록 그들은 안면 근육을 사용하여 소리내는 길의 모양과 공명(즉, 목, 입, 코)을 구체적으로 변경한다.
(Scientic Reports, 2024, doi: 10.1038/s41598-024-62598-8)
출처: 비엔나 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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