2019년, 더크로스(THE CROSS)의 보컬 김혁건(KIM HYUK GUN)은 박사 논문의 '발성기관' 장을 이런 문장으로 열었습니다. 발성은 호흡에 의해 이루어질 뿐 아니라 발성기관과 호흡의 상호작용으로 일어난다는 것입니다. 그리고 의학용 후두 모형을 직접 촬영해 후두의 겉과 속, 성대가 자리한 모습을 보여 주었습니다.
이 글은 연재 다섯 번째 편으로, 2~4편에서 본 숨이 도착하는 곳 — 후두와 성대 — 의 구조와 소리의 원리를 정리했습니다.
01.숨만으로는 소리가 되지 않는다
논문은 발성의 기전(機轉)을 바르게 이해하려면 발성기관 가운데 후두를 알아야 한다고 적습니다. 후두는 여러 개의 연골과 근육, 관절로 이루어진 기관입니다.
숨은 소리의 재료이고, 후두와 성대는 그 재료로 소리를 만드는 장치입니다. 2~4편이 재료를 다뤘다면, 5~8편은 장치를 다룹니다.
| 편 | 주제 |
|---|---|
| 5편(이 글) | 후두와 성대의 구조, 소리의 원리 |
| 6편 | 성대와 횡격막의 힘의 균형 |
| 7편 | 진성 — 성대를 붙여 내는 소리 |
| 8편 | 가성과 성구 |
02.후두 모형으로 본 후두
논문의 후두 사진은 의학용 후두 모형을 직접 촬영한 것입니다. 기도는 위쪽 뒤편을 향하고 있고, 후두가 날개처럼 기도를 감싸고 있습니다.
후두를 열어 기도 안쪽을 좌우로 살피면 성대가 자리한 모습이 보입니다. 성대는 좌우로 나뉘어 있고, 서로 마찰하며 음파를 만듭니다. 후두를 위에서 내려다보면, 기도 안 좌우 성대의 틈으로 소리가 납니다. 그 틈이 성문입니다.
03.성대를 움직이는 근육
후두를 이루는 근육 가운데 윤상갑상근과 윤상피열근, 그리고 윤상피열관절이 성대에 직접 작용하며 소리에 영향을 줍니다. 논문은 노래하는 학생이 알아 둘 근육을 이렇게 정리합니다.
| 근육 | 하는 일 | 노래에서 |
|---|---|---|
| 윤상갑상근 | 성대의 앞뒤 길이를 늘여 긴장도를 높인다 | 음의 높이를 올릴 때 작용 |
| 윤상피열근 | 성대를 가깝게 모아(내전) 성대 접촉을 이끈다 | 날숨을 이용해 음성을 만든다 |
| 외측윤상피열근 | 성대를 가까이 붙여 접촉이 일어날 수 있는 상태를 만든다 | 이 상태를 만들고 유지하는 능력이 가창 발성에서 매우 중요 |
| 설골 위쪽 근육 / 아래쪽 근육(외후두근) | 후두를 올린다 / 내린다 | 후두 위치가 소리의 질감·크기, 성도의 길이를 바꾼다 |
논문은 후두 안쪽 근육으로 윤상갑상근·후윤상피열근·외측윤상피열근·갑상피열근·피열근 다섯을 들고, 이 근육들이 성대의 움직임을 조절해 음을 높이고 낮춘다고 설명합니다.
후두의 높이도 소리를 바꿉니다. 후두의 위치는 성도의 길이에 영향을 주어 공명강의 길이와 전체 면적을 바꾸고, 그것이 귀에 들리는 소리의 특성을 바꿉니다. 논문은 후두를 내리고 발성했을 때 올리고 발성했을 때보다 음의 강도와 성대 접촉률이 늘었다는 연구 결과를 소개합니다. 3편에서 본 흉식호흡의 문제 — 어깨가 올라가며 후두도 따라 올라가는 것 — 이 왜 소리에 불리한지 여기서 이어집니다.
04.성대: 2.4센티미터와 1.7센티미터
성대는 남성 평균 2.4cm, 여성 평균 1.7cm의 아주 작은 기관입니다. 사람마다 다른 성대의 길이와 크기가 그 사람의 음역(성역)과 음색을 가르는 주된 요소입니다.
| 성대 | 음색 |
|---|---|
| 두껍고 길다 | 어두운 음색 |
| 짧고 얇다 | 높고 밝은 목소리 |
성대는 점막(mucosa)·인대(ligament)·근육(muscle)의 세 층으로 되어 있고, 그 가운데 점막이 파도치듯 움직이며 소리가 만들어집니다. 논문은 성대가 진동하는 원리가 밝혀진 지 그리 오래되지 않았다고 적습니다. 예전에는 성대의 움직임을 신경 섬유의 자극으로 설명했지만, '근탄성 공기역학 이론'이 나온 뒤로 성대의 긴장과 탄성, 그리고 공기의 흐름에 따른 진동으로 소리가 난다는 것이 알려졌습니다.
05.닫는 힘과 여는 힘의 균형
논문은 목소리가 만들어지는 과정을 세 단계로 정리합니다.
- 성대의 진동 — 좌우 성대가 주기적으로 열리고 닫힙니다.
- 성대음 발생 — 폐에서 성문으로 들어오는 한 방향으로 이어지는(직류 성향의) 공기 흐름이, 성대가 열리고 닫히며 켜졌다 꺼지는(on-off) 펄스로 바뀝니다. 이 소리의 가장 기본이 되는 주파수가 '기본 주파수'입니다.
- 조음과 공명 — 후두(하인두)에서 입술까지 이어지는 소리의 길, 곧 성도를 지나며 공명과 조음을 거쳐 사람의 목소리가 됩니다.
성대가 진동하는 원리에 대해 논문은 공기역학설을 지금의 정설로 소개합니다. 양쪽 성대가 모인 상태에서 폐에서 나온 날숨이 성문이라는 좁은 통로를 지나면 목소리가 생긴다는 설명입니다. 성대는 두 힘이 번갈아 이기며 열리고 닫힙니다.
| 성대를 닫는 힘 | 성대를 여는 힘 |
|---|---|
| 성대 자체의 탄성 + 좁은 성문을 빠르게 지나는 공기가 만드는 음압(베르누이 효과) | 날숨이 성대 아래에서 만드는 압력(성문하 호기압) |
여는 힘과 닫는 힘의 균형이 주기적으로 바뀌면서 성대음이 생기고 기본 주파수가 만들어집니다. 다음 편의 제목인 '성대와 횡격막의 힘의 균형'은, 이처럼 성대 안에서부터 시작합니다.
06.오늘의 연습
논문과 강좌가 짚은 점을 연습할 때 확인할 항목으로 옮기면 다음과 같습니다.
- 후두의 높이 — 노래하며 음을 올릴 때 후두가 따라 올라가는지 살펴봅니다. 논문은 후두 위치가 소리의 질감과 크기, 성도의 길이에 영향을 준다고 정리하고, 후두를 내리고 발성했을 때 음의 강도와 성대 접촉률이 늘었다는 연구를 소개합니다(03절, 논문 인쇄 p.85).
- 성대가 닿는 모습 보기 — 강좌 2화는 내시경 영상으로 성대가 붙는 모습을 보여 줍니다(영상 설명). 03절 표의 윤상피열근이 하는 일 — 성대를 모아 닿게 하는 것 — 을 영상으로 확인합니다(논문 인쇄 p.84).
- 입 안의 자리 확인 — 같은 강좌가 설명하는 경구개·연구개와 뒷공간(Jaw)의 위치를 영상으로 확인해 둡니다(영상 설명). 연구개는 9편 · 공명기관에서 다시 나옵니다.
이 편에서 함께 볼 강좌는 시즌1 2화 '두성법'입니다. 강좌 설명에는 내시경 영상으로 본 성대붙이기, 성대·후두 연골 사진, 경구개·연구개, 뒷공간(Jaw)과 모음이 적혀 있습니다. 두성은 13편에서 따로 다룹니다.
07.다시 보기
숨을 움직이는 구조는 4편 · 폐·횡격막·호흡근에, 고음에서 성대와 숨이 힘을 나누는 법은 6편 · 성대와 횡격막의 힘의 균형에 이어집니다. 이 성대로 부른 하드록·헤비메탈 고음은 더크로스 밴드의 록 명곡 커버에서 들을 수 있습니다.
길이 2센티미터 안팎의 두 줄 근육이 닫히고 열리며 — 숨은 거기서 소리가 됩니다.