콘서트홀 음향학이야기 (8) 사빈의 발견과 보스턴 심포니홀

1895년 개관한 하버드 대학교의 Fogg 미술관에는 음향이 좋지 않아 사용할 수 없는 강의실이 있었습니다. 마감재는 단단한 반사면이고 평, 단면 형태가 모두 반원형인 이 강의실은 음성의 울림이 5초 이상 지속되어 도무지 강의를 할 수가 없었습니다.

Wallace Clement Sabine(이하 Sabine)은 교육에 열성적인 어머니의 영향으로 18세에 오하이오 주립 대학교를 졸업한 후 하버드에서 대학원 과정을 시작했습니다. 물리학 대학원 과정을 마친 사빈은 하버드 대학교의 조교수직을 제안받습니다. 대학 총장 Charles William Eliot은 당시 전기 물리학을 연구하던 27세의 사빈에게 Fogg 미술관 강의실 음향 문제를 해결해달라고 합니다. 총장은 당시 하버드 캠퍼스 내에서 음향이 좋은 샌더스 극장과 같은 수준으로 만들어 달라고 합니다.

Sabine은 2년 동안 포그 미술관과 대학교 내의 다른 건물에서 음향 측정을 했습니다. 그는 공간에 울림을 만들기 위해 오르간 파이프를 사용했고, 소리 감소 시간을 측정하기 위해 스톱워치를 사용했습니다. 그는 지속되는 소리가 자신의 청감으로 들리지 않을 때 스톱워치를 눌러 울림이 지속되는 시간을 측정했습니다. Sabine은 낮에 발생하는 소음이 연구에 영향을 끼치지 않도록 자정에서 오전 4시 사이에 연구를 진행했습니다.

Sabine은 모범적인 음향을 가지는 샌더스 극장에서 캠퍼스를 가로질러 포그 미술관까지 수백 개의 의자 쿠션을 들고 이동해 이를 벽에 걸어둔 상태에서 음향을 측정했습니다. (그리고 그 의자 쿠션을 다음 수업이 시작되기 전에 다시 되돌려주었습니다!) 지나칠 정도로 세심한 Sabine은 자신이 입고 있는 옷에 따라 강의실의 음향 감쇠율이 미세하게 달라진다는 것을 발견하고 지난 3개월 간의 데이터를 폐기하기도 했습니다! 그는 모든 측정 때마다 같은 옷을 입고 다시 측정을 진행했습니다.

1897년 총장이 연구를 마치도록 요청했을 때 Sabine은 지금까지 수집한 데이터를 들여다보며 결론을 정리하기 시작했습니다. 그는 마침내 방의 크기, 표면 마감재의 성질(흡음률), 울림이 완전히 감소하는 데 걸리는 시간 사이의 수학적 관계를 발견했습니다. 이는 현대 음향학의 시발점이 되는 중요한 발견입니다.

음원이 멈춘 후 방 안에서 소리가 지속되는 것을 잔향이라고 하며 이 잔향이 지속되는 시간을 잔향시간이라고 합니다. 사빈은 소리가 어떻게 감쇄되는지에 대한 물리적 법칙을 발견한 것입니다. 그는 마감재 흡음률에 대한 측정을 진행했으며 방의 체적과 마감재의 흡음률, 잔향시간 사이의 관계를 공식으로 만들었습니다. 그가 제안한 'Sabine 공식'은 오늘날까지도 사용되며, 잔향 시간은 공간의 체적과 비례하며 흡음률과는 반비례한다는 것을 나타냅니다.

Sabine은 연구를 계속하여 강의실과 실험실 측정을 통해 석고, 목재, 콘크리트, 커튼, 청중 등 각 흡음 시료 100㎡에 따른 흡음률을 결정하였습니다.

하버드대 총장은 Sabine의 이런 발견을 당시 보스턴의 심포니 홀 건축위원장 헨리 히긴슨(Henry Higginson)에게 전달합니다. 건축위원장은 심포니홀의 건축 설계에 이 공식을 적용해 달라는 제안을 받았습니다.

하지만 발견된 공식을 적용한다고 해서 좋은 홀을 건축할 수 있는 것은 아닙니다. 당시 건축자들은 이미 그 시대의 가장 유명한 홀인 독일 라이프치히의 게반트하우스(Gewandhaus)를 모델로 삼아 두었습니다. (2차세계대전 중 폭격으로 손실됨.)

Sabine은 게반트하우스의 도면과 사진을 참고하여 새로 건설되는 보스턴 심포니홀의 체적, 청중석 너비, 발코니 표면, 천고 등을 결정한 후 그의 공식을 이용하여 홀의 잔향시간을 계산했습니다. 그는 새로 건축되는 보스턴 심포니홀이 게반트하우스와 같은 잔향시간을 가져야 한다고 생각했습니다.

보스턴 심포니홀의 성공 요인은 이렇게 공식을 사용해 잔향시간을 예측한 것 외에도 여러 가지가 있습니다.

홀의 크기와 형태, 벽의 불규칙한 장식, 천장의 불규칙한 형태, 적당한 사이즈의 무대 인클로져 등 여러 가지 요인들이 좋은 음향을 가지는 홀을 만드는데 기여하였습니다. 이미 좋은 음향 설계에 가장 적합하다고 알려진 형태인 직사각형(슈박스) 형태로 설계가 되었으며, 건축 위원장 히긴슨은 폭이 넓은 홀을 원하지 않았기 때문에 21m 정도의 적절한 홀 너비로 설계되었습니다.

건축위원회는 내화성을 가진 석재 구조로 내부를 만들기 원했는데, 이로 인해 저음 잔향을 보존할 수 있었습니다. 건축가인 Charles McKim은 미적인 이유 때문에 천정은 격자형 형태로 만들고, 측벽에는 석상을 배치했는데 이는 최고의 음향을 만들기 위해 꼭 필요한 요소들입니다.

Sabine은 오르간 제작자의 협력을 받아 성공적인 무대 인클로저를 설계했습니다. 마지막으로, 적절한 잔향 시간을 얻기 위해 그는 그의 공식을 사용해 천장의 정확한 높이를 결정해 필요한 체적을 결정했습니다. 보스턴 심포니 홀은 성공적으로 건축되었고 이에 Sabine은 갈채를 받았습니다. 1900년 완공된 지 거의 100년이 지난 보스턴 심포니 홀(Boston Symphony Hall)은 여전히 세계 최고의 콘서트홀 중 하나로 평가받고 있습니다.

여러 지휘자들이 보스턴 심포니홀을 보고 미국의 콘서트홀 중 가장 고귀한 곳이라고 이야기합니다. 사운드는 지나치게 크지 않고, 선명하고 따뜻하며, 화려하며 오케스트라 음색이 균형을 이루고 앙상블이 훌륭한 홀로 평가받습니다.

아래 그림은 보스턴 심포니홀의 사진과 평, 단면도입니다. 현대 음향학의 기초를 만들어 낸 한 연구자의 헌신이 훌륭한 홀의 건축까지 이어진 좋은 사례입니다.