병주고 약주는 - 무아레 현상

[白山 김기수]

햇빛이 비칠 때 모기장이 겹쳐 있는 부위에 생긴 물결무늬를 본 적이 있을 것이다. 가까운 모기장을 상하좌우로 움직이거나

각도를 바꾸면 물결무늬도 움직인다. 모기장뿐만 아니라 일정한 간격을 갖는 무늬가 반복해 겹쳐지면 어디서든 이런 무늬

가 생길 수 있다. 이를 무아레(모아레, Moire) 현상이라고 부르고, 이때 생기는 무늬를 무아레 무늬라고 부른다.

 

무아레 현상. <출처: (CC)P. Fraundorf at Wikipedia.org>

병 주는 무아레

재미있고 신기하지만 디지털카메라, TV, 모니터 같은 영상 기기에서 무아레 무늬는 골치다. TV 화면에 가는 줄무늬가 있으면 그 주위로 무아레 무늬가 생기기 때문이다. TV나 모니터 같은 영상 기기는 색깔을 나타내기 위해 빨강, 초록, 파랑의 화소가 있다. 이 화소의 위치는 조금씩 다르기 때문에 이들이 만드는 상이 약간씩 어긋나게 된다. 이 상이 겹쳐지면 무아레 무늬가 나타날 수 있다. 그래서 무아레 현상에 대해 아는 TV 출연자는 줄무늬 옷을 잘 입지 않는다. 최신 디지털 카메라는 특수 필터를 달아 무아레 현상을 막는다.   출판물에서도 무아레 무늬는 예상치 못한 결과물을 만들 수 있다. 컬러 인쇄를 할 때 색을 직접 섞어서 인쇄하지 않고 사이안(Cyan), 마젠타(Magenta), 노랑(Yellow), 검정(Black) 4가지 색의 작은 망점을 찍어서 마치 색이 섞인 것처럼 표현한다. 이들은 각각 4개의 필름(C, M, Y, K)으로 인쇄한다. 이때 겹치는 각 망점에 의해 무아레 무늬가 나타날 수 있다. 실제 인쇄할 때는 각 필름의 망점 각도를 다르게 출력해서 무아레 무늬가 생기지 않도록 한다.

컬러 인쇄 시, 각각 4개의 필름(C, M, Y, K)에 표시된 망점들 이 겹칠때 무아레 무늬가 나타날 수도 있다. <출처: (CC)Arz at Wikipedia.org>

무아레는 일종의 간섭 현상

영상 기기 제작자들에게 골치 아픈 무아레 현상은 왜 일어날까? 이는 빛이 파동의 성질을 갖고 있기 때문에 나타난다.

먼저 무아레 현상을 이해하려면 ‘맥놀이 현상’에 대해 알아야 한다.

맥놀이 현상이란 진동수가 비슷한 두 개의 파동이 서로 영향을 미쳐 진동수의 폭이 일정한 주기로 변하는 현상이다.

맥놀이 현상이란 진동수가 비슷한 두 개의 파동이 서로 영향을 미쳐 진동수의 폭이 일정한 주기로 변하는 현상이다. 큰 범종

을 치면 처음에는 “데엥~”하고 큰 소리가 나지만 시간이 지날수록 소리가 커지고 작아지기를 반복한다. 범종은 두꺼워서

종을 칠 때 2개 이상의 진동수를 가진 소리가 만들어지는데, 이 소리들이 서로 간섭하게 된다. 위상이 같을 때는 소리가 더

커지고, 위상이 반대일 때는 소리가 줄어든다. 이는 진동수가 비슷하지만 일치하지 않을 때 나타나는 현상이다.

비슷한 파장의 빛이 겹치면 위상이 같은 방향일 때는 커지고, 반대일 때는 줄어들어, 물결무늬가 생긴다.

무아레는 맥놀이 현상이 소리가 아니라 빛에서 나타나는 것 이다. 빛은 파동의 성질을 갖고 있어 소리와 똑같이 서로 간섭 현상이 일어난다. 비슷한 파장의 빛이 겹치면 위상이 같은 방향일 때는 더 커지고, 위상이 반대 방향일 때는 줄어 든다. 물결무늬가 생기기도 하고, 또 무지갯빛이 나타나기 도 한다. 재미있는 사실은 반복 패턴이 아주 짧으면 단 1개의 무늬로 도 무아레 무늬가 나타나기도 한다는 점이다. 이는 우리 눈 의 잔상 때문이다. 우리가 한 곳을 응시해도 정확히 한 점을 계속 볼 수는 없고 매 순간 보는 방향과 위치가 아주 조금씩 달라진다. 먼저 봤던 상이 완전히 사라지지 않고 남아 있기 때문에 먼저 본 상(잔상)과 지금 보고 있는 상이 겹치면서 무아레 무늬를 보게 되는 것이다.

약 주는 무아레

그렇다고 무아레가 나쁜 역할만 하는 것은 아니다. 무아레 무늬는 여러 측정에 매우 유용하게 사용된다. 가로 줄무늬 선을

만들어 물체에 쪼이면 물체의 굴곡에 따라 무아레 무늬가 나타난다. 이때 생기는 무아레 무늬는 마치 등고선처럼 나타나기

때문에 물체의 편평도를 쉽게 파악할 수 있다. 실제로 자동차나 비행기 표면이 편평한지 알아보기 위해 무아레 무늬를 응용한

 이 방법을 쓴다. 사람 몸에 적용하면 척추 이상 같은 체형의 이상을 쉽게 알아낼 수 있다.

버스 정류장 양 벽면의 무늬가 겹치며 나타난 무아레 현상.

속옷 디자인을 위해 무아레 무늬를 이용해 체형을 분석하는 모습.

우리나라 최초의 우주인, 이소연 박사가 무중력 상태에서 얼굴이 어떻게 변하는지 실험하는 데에도 무아레 무늬가 쓰였다.

이소연 박사는 우주정거장에 있는 동안 매일 사진을 찍었고 미세한 얼굴 변화를 무아레 무늬로 파악할 수 있었다. 또 무아레

무늬를 사용하면 아주 짧은 길이를 측정할 수 있다. 두 장의 줄무늬를 겹친 다음 그중 한 장을 이동시키면 줄무늬가 이동하는

것에 따라 무아레 무늬가 이동한다. 패턴이 동일하면 움직임에 따라 생기는 무아레 무늬의 주기도 동일하게 나타난다. 줄무늬

의 간격은 아주 작아도 무아레 무늬는 크게 할 수 있기 때문에 이를 이용하면 아주 짧은 거리를 이동해도 쉽게 알아낼 수

있다. 즉 무아레 무늬가 몇 번 움직였는지를 파악해 움직인 거리를 계산할 수 있다는 말이다. 이 원리를 이용한 장치가 정밀

공작기계에 사용되고 있다.

 글 김정훈

KAIST 생물학과를 졸업하고, 동 대학원에서 세포생물학을 전공했다. 현재 동아사이언스의 기자이자, 과학쇼핑

몰인 시앙스몰(scimall.co.kr)의 운영자를 맡고 있으며 과학상품 잡지인 [시앙스가이드]의 편집장이기도 하다