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로버트 훅 로버트 훅의 과학 방법
마이크로그라피아의 여기저기서 훅은 역학 연구에 적절한 공리와 이론을 제기하는 방법을 암시했다. 1705년에 나온 훅의 사후저작에는 “자연철학의 현상과 그 결함이 실험하고 관찰을 수집하는 방법적 절차에 의해 어떻게 치료될 수 있는가에 관한 일반적 도식 또는 관념”이라는 논문이 들어있다. 그것은 베이컨에 관한 가장 훌륭한 주석서라고 불리는데, 여기에 그가 보편적 귀납력이라고 주장하는 철학적 대수(philosophical algebra)라는 신비로운 말이 나온다. 철학적 대수는 철학적 진리를 탐구하는 데로 마음을 인도하는 방법이다. 그 내용은 베이컨의 방법과 비슷하나 자료수집보다는 질문에 답하는 실험을 강조하며 연구자는 해결을 가능하게 하도록 이미 알려진 가설에 능해야 한다고 충고하고 있다. 그다음 체계적으로 수집된 자연사를 기초로 공리를 제기하는 방법을 말한다. 끝으로 훅은 역사에 따라 피상적 원인을 발견하는 것과 철학적 대수가 필요한 물체의 더욱 깊은 조직과 운동의 발전을 대비시킨다.
로버트 훅 로버트 훅의 과학 방법
훅은 공리에서 실험으로, 실험에서 공리로 진행하는 것에 관한 깊은 연구와 추론이 필요하다고 하면서 공리를 제기하는 방법과 충분한 자료 재고로부터의 연역에 언급하고 있다. 대수에 대한 설명은 없으나 마이크로그라피아와 시계의 용수철 달린 평형바퀴의 발명에서 그 방법의 이용이 문제가 된다. 또한, 훅은 마이크로그라피아에서 관찰 실험의 체계적 수집을 찬양할 수 있었다. 그의 방법은 극단적 베이컨주의처럼 보이지만 실제로는 엄격하게 실험에 바탕을 두지 않은 가설을 사용했다. 그는 왕립학회가 독단을 피하고 충분한 근거가 없고 실험으로 확인되지 않은 가설을 옹호하지 않음을 높이 평가한다. 그러나 그는 자신이 마이크로그라피아에서 이 규칙을 지키지 않았음을 인정한다. 1660년대 초 훅이 왕립학회에 내놓은 논의에는 실험하는 방법에서 더 나아가 이론을 세우는 방법을 찾아볼 수 없다. 그런데 마이크로그라피아에는 자연 전체를 이해하는 공리체계의 구조에 관한 대담한 사변이 있다.
로버트 훅 로버트 훅의 과학 방법
뉴턴은 실험, 관찰로부터 원인을 비논증적으로 귀납하는 것을 분석이라 하고 원인으로부터 연역에 의해 현상을 설명하는 것을 종합이라 했다. 그러나 훅은 이 문제를 정반대로 이해했다. 곧 그는 분석적 방법을 원인에서 결과로 가는 것으로 보았다. “그것은 사물을 이미 된 것, 알려진 것으로 생각한다. 곧 찾아진 것, 발견된 것이다. 이것은 가장 높은 것, 가장 일반적이고 보편적인 원리 또는 사물의 원인에서 시작해 더욱 특수하고 종속적인 것으로 가지를 쳐 나간다.” 한편 종합적 방법은 실험적 탐구에 더 적합하다. 그것은 정당한 과정에 의해 결과에 관한 참된 정보로부터 그 즉각적 원인을 찾아내고 점차 더 높고 더 먼 효과적인 원인과 힘으로 나가 그 단계들을 가장 낮고 더 즉각적인 결론 위에 세운다.
훅의 초기 대수는 가설에 도달하는 방법보다 가설의 연역적 검증에 관심을 둔다. 따라서 그것은 엄밀하게 발견의 방법이 아니었다. 가설로부터의 연역을 강조했다 해서 훅을 데카르트주의자라고 할지 모르나 연역적 검증의 요소는 베이컨에게도 있었다. 요컨대 베이컨의 방법도 훅의 방법도 현상에서 가설로 가는 귀납기계가 아니었다. 헤시에 따르면 베이컨의 방법은 단순히 제거하는 귀납이 아니라 형상의 본질에 관한 가설이 선천적으로 표용된다.
훅은 자신의 과학 방법을 다음과 같이 표현하였다.
“사실 자연의 과학은 이미 충분히 오랫동안 두뇌와 공상의 작업만을 수행해왔다. 이제는 물질과 명백한 것들에 대한 관찰의 평범함 과 건전함으로
되돌아가야 할 바로 그때다."
“손과 눈에서 시작해 기억을 통하고 이성에 의해 계속되어야 한다. 그리고 다시 손과 눈으로 나와야 한다.”
이는 그의 과학 방법에 대한 사상을 대변해주는 말이다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
로버트 훅은 많은 과학자와 동시대의 사람이다. 그는 우리가 소위 말하는 ‘뉴턴 혁명’ 대의 사람이며, 그에 따라 많은 과학자와 연관성이 있다. 우선, 훅이 태어난 해에서부터 우리는 유명한 사람 한 명을 찾을 수 있는데 1635년, 훅이 태어나고 7년 뒤에 죽은 갈릴레오 갈릴레이이다. 그 외에도 수학자 존 윌킨스(John Wilkins), 경제학자이자 발명가였던 윌리엄 패티(William Petty) 천문학제 제러미 호록스(Jeremiah Horrocks), 왕립학회 최초의 두 천문학자였던 존 플램스테드(John Flamsteed)와 에드먼드 핼리, 프랑스의 천문학자 카시니(Cassini) 등이 있다.


그는 또한 수많은 과학자들과 관계를 맺고 협력, 또는 비판을 하기도 하였는데, 잘 알려진 바로는 로버트 보일, 아이작 뉴턴, 크리스티안 하위헌스, 안토니 레벤후크(Antony van Leeuwenhoek), 크리스토퍼 렌 등이 있다. 훅은 보일의 조교였고 뉴턴과는 많은 면에서 충돌을 하였던 사람이다. 이제 다음의 이야기들은 훅이 위의 5명의 사람과 관련이 있었는지에 대한 것이다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
신교 목사의 병약한 아들로 태어난 훅은 1653년에 옥스퍼드 대학의 기독교교회에 성가대로 뽑혀가게 되었다. 그 대학에서 훅은 과학에 비상한 관심을 가진 여러 사람을 만나게 되었다. 그들은 훗날 왕립협회의 설립자가 된 인물들이었다. 그중 한 사람이 로버트 보일이었다. 보일의 부친은 코크(아일랜드 남서부의 주) 최초의 백작이었고, 그는 학부생이었던 훅을 실험실 조수로 고용했다. 훅은 그의 장비를 잘 만들고 실험에 능숙하기로 유명하였으며 곧 많은 과학자 사이에서 인기 있는 조수로 손꼽히게 되었다. 그리고 보일과 함께할 때는 공기펌프를 발명하여 보일이 보일의 법칙(사진)을 발견해 내는 데 큰 일조를 하기도 한다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
훅은 보일과 함께 공동연구를 하면서 실험기구의 중요성을 크게 깨닫게 된다. 그리고 이것은 후일 훅의 수많은 실험기구의 발견에 큰 영향을 끼치게 된다. 로버트 훅은 로버트 보일과 함께 기체의 압력과 부피의 관계를 탐구하는 실험을 하기 위해 적절한 실험 기구를 고안해야 했다. 처음, 보일은 오토 폰 게리케(Otto von Guerike)의 실험 기구를 개량하여 사용하려고 했다. 하지만 그 기구는 당시 실험기구들의 고질적인 문제들을 몇 가지 포함하고 있었다; (1) 그것을 사용하기 위해 엄청난 양의 물이 필요하였다. (번거로운 절차가 요구되었다.) (2) 기구는 고체 용기로 구성되어 있었는데 어떤 관찰 기구나 추가적인 실험 용구도 그 안에 삽입될 수 없었다. (3) 보일은 당시 이렇게 묘사했다고 한다. "그 기구는 사용하기가 극히 어려웠다, 한 번 작동시키려면 장정 2명이 온 힘을 다해 몇 시간 동안 일을 해야 했다." 보일과 훅은 이러한 문제점에 당면하여 단점을 개량한 새로운 실험 기구 개발의 필요성을 절실히 느꼈다. 옆의 그림은 보일과 훅이 공동 개발한 첫 번째 기구다. 이 기구는 이후 그들의 43개에 해당하는 실험에 사용되게 된다. 기구는 크게 2가지 부분으로 구성되는데 각각 유리구(Receiver)와 펌프(Pumping apparatus)이다. 보일의 이 공기펌프(Air-Pump)는 당시에 새로운 실험을 대표하는 하나의 엠블럼(Emblem) 역할을 하였다. 화학자들의 증류기와 가열기의 발명 이후로 공기 펌프는 실제 실험에 유용하게 사용된 첫 번째의 ‘비싸고 큰 실험 기구’였다. 또한, 훅이 발명한 현미경과 이 공기 펌프는 함께 왕립학회에 비치되어 고위직에 있는 사람들이 왕립학회를 방문하였을 때 흥미 용도로 사용되기도 하였다. 일례로, 1661년 2월 덴마크의 대사가 왕립학회를 방문한 적이 있었는데 그는 보일의 공기 펌프를 이용한 실험을 관람하였다고 한다. 1667년에 마거릿 캐번디시(Margaret Cavendish), 즉 뉴캐슬 공작부인이 왕립학회를 방문하였을 때 비슷한 실험을 관람하였다. Pepys에 따르면, 당시 마가렛은 그 실험을 "실로 대단하다, 경이적이라는 말뿐이다"라며 극찬했다고 한다. 이처럼 훅과 보일이 공동개발한 실험 기구는 해당 실험의 정확성을 높여서 훌륭한 실험 결과를 끌어내는 데 크게 이바지하기도 했지만, 외부에 왕립 학회의 홍보 수단 중 하나로도 그 역할을 확실히 해냈었던 것이다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
보일과 훅은 헬몬트가 보여준 여러 가지 서로 다른 기체들이 존재한다는 사실을 기반으로 기체에 관한 연구에 뛰어들었고, 화약 속에 들어있는 초석(질산칼륨)이 물속에서도 타오르기 때문에 그 속에 공기가 하는 어떤 작용이 들어 있는 것이 분명하다고 주장했다. 실제로 그는 이 개념을 모든 연소체에까지 확장했고, 공기는 연소를 일으키는 용매(solvent)를 가지고 있다고 주장했다.
로버트 훅과 아이작 뉴턴은 그 당대의 많은 과학자(예를 들자면 에드먼드 핼리)와 비교하였을 때 탁월한 업적을 세웠다고 말할 수 있다. 하지만 훅이 세상을 떠난 후에 뉴턴이 스스로 역사를 형성하였기 때문에, 한쪽으로 치우치지 않은 역사학자라면 둘의 업적의 양을 비교하는 일과 중요성에 대하여 비교할 수 없을 것이다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
훅은 생애 대부분을 건강문제로 시달렸지만, 그가 발견한 것들은 정말 많았다. 그는 완성도가 떨어지기는 하지만 뉴턴보다 먼저 만유인력에 있어 역제곱법칙을 주장하였으며 천체의 운동이 역학적 문제임을 처음으로 밝혔다. 그는 자기의 조급한 성격 탓에 많은 창의적인 생각을 깊이 있게 완성하지는 못하였으며 남들과의 논쟁에서도 잘 참지 못하는 성격이었다. 또한, 불행히도, 뉴턴과 의견이 달랐기 때문에 그의 업적은 많은 부분에서 빛을 보지 못했다. 만약 뉴턴이 없었다면 훅은 뉴턴만큼 유명한 과학자가 되었을 것이다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
훅은 자신보다 7년이나 후배인 뉴턴에게 늘 비판적이었다. 그의 뛰어난 재능에 대한 질투심 때문이었는지, 훅은 뉴턴의 학회활동을 철저히 방해했다. 그는 일기장에 뉴턴이 죽었으면 좋겠다고 적나라하게 쓸 만큼 적개심을 가졌다. 그리고 뉴턴도 자신에게 적개심을 가지는 훅을 싫어하였다. 이에 따라서 훅과 뉴턴은 많은 논쟁을 하였다. 훅은 달과 같이 물체가 어떠한 궤도를 일정하게 유지하려면 안으로 당기는 힘과 밖으로 작용하는 힘 사이의 평형이 이루어져야 한다는 생각을 폐기하였다. 그리고 궤도 운동이 달이 직선으로 움직이려는 경향성과 달을 지구 쪽으로 잡아당기려는 힘의 합임을 깨달았다. 또한, ‘원거리 작용’이라 불리는 달이나 행성들을 잡아당기기 위해 빈 공간을 가로질러 닿는 중력의 개념을 가져왔다. 이 개념에 대한 의견을 뉴턴에게 물었지만, 뉴턴은 훅과의 관계를 맺는 것을 주저하면서 지구의 회전을 시험하는 방법을 제시하였다. 뉴턴은 물체를 떨어트렸을 때, 지구의 회전으로 인해 물체를 떨어트린 곳보다 지표면이 더 멀리 있지만, 각속도는 같기 때문에, 물체가 뒤로 떨어질 것을 예측하였다. 뉴턴은 편지 내용에서 훅과 관계를 맺는 것을 멀리하는 태도를 보였다. 또한, 자신이 쓰고 싶은 내용을 쓰지 못하고 철학에 대해 글을 쓰는 데 시간을 허비하고 있다고 하며 훅을 비꼬는 듯한 태도를 보이기도 하였다. 하지만 둘은 어쩔 수 없는 편지를 주고받음으로써 뉴턴과 훅은 자연 철학적인 토론을 하게 되었다. 그리고 서로의 오류를 비판하였다. 훅은 낙하 물체가 고체 지구를 저항 없이 뚫고 지나갈 수 있다고 가정하면, 낙하 물체의 올바른 궤적이 기다란 타원이 될 것이라고 주장했지만, 뉴턴은 지구 내부를 돌고 있는 물체는 어떤 궤적을 따르면서 점차 중심으로 접근하는 것이 아니라 무정형의 궤적을 보인다고 주장하였다. 이에 대해 훅은 뉴턴이 중심에서 모든 거리에 대해 같은 힘에 기반을 두었다고 하였고, 훅은 역제곱법칙을 뉴턴에게 소개해주었다. 이 편지는 1680년 뉴턴이 중력의 역제곱법칙을 따라서 행성들이 궤도를 이루고 있고, 혜성들이 따르는 궤도를 가지는지를 증명하게 하는 방아쇠 역할도 하였다. 뉴턴과 훅의 서로에 대한 적개심은 많이 나타나 있었다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
뉴턴은 1666년에 광학 실험을 시작했다는 문장에서, 그가 빛에 관한 관심을 마이크로그라피아를 통해 가지게 되었다는 것이 나타나 있다. 하지만 뉴턴은 훅의 연구성과를 본격적으로 인용하지 않고, "훅 씨가 마이크로그라피아의 어딘가에서 두 개의 쐐기 같은 투명한 용기를 만들었다고 보고했던 예기치 않은 실험"이라는 식으로 참고 사실만 표현하고, 그 저작의 가치를 평가절하했다. 훅은 자신보다 나이가 적은 뉴턴에게 제대로 대접받지 못했다는 생각으로 친구들에게 항상 그 불만을 표출했다고 한다. 이런 예화는 이것뿐만은 아니다. 뉴턴이 프린키피아(Principia)를 출판했을 때, 훅은 중력의 법칙과 관련된 부분에서 자신의 선행연구(실제로 훅은 뉴턴보다 역제곱 법칙을 더 먼저 주장하였다.)가 충분히 인정받지 못한 사실에 대하여 적개심을 불러일으키게 된다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
그러던 중, 1703년 3월, 훅이 숨을 거두었다. 훅이 왕립학회(Royal society)에 있는 동안은 학회를 멀리했던 뉴턴이 왕립학회 회장으로 임명되었다. 뉴턴은 그때까지 쌓였던 원한을 풀기라고 하듯, 로버트 훅의 과학적 업적들을 모두 짓밟았다. 그가 쓴 논문, 직접 쓴 원고를 모두 소각시키기도 하였다. 또, 뉴턴이 왕립학회장으로 있을 때, 왕립학회를 크레인코트(Crane Court)로 이주를 하게 하였다. 그 당시 왕립학회 모임이 이루어졌던 방에는 초상화들이 걸려있었다. 그 때문에 그레셤 대학에서 크레인코트로 이주하는 과정에서 옮겨야 하는 초상화들이 많았다. 그 일은 세세하게 일을 진행하던 뉴턴에 의해 감독이 되었다. 이 과정에서 유일하게 볼 수 없게 된 초상화가 있었는데, 그것은 훅의 초상화였다. 훅의 업적은 뉴턴에 의해 많은 부분이 가려졌다. 또 한 가지 흥미로울 수 있는 사실은 로버트 훅이 죽고 난 뒤에서야 아이작 뉴턴이 자신의 광학 연구결과물인 "Opticks"를 출판해 내었다는 것이다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
로버트 훅과 크리스티안 하위헌스가 인간적인 측면에서 어떠한 관계를 맺었는지는 알지 못하나, 로버트 훅의 영향을 받았음은 알 수 있다. 1690년, 크리스티안 호이겐스는 파동설을 설명하는 빛에 관한 논문을 출판하였다. 그 이론의 일반적인 아이디어는 1664년에 훅에 제안된 것이었다. 또한 하위헌스는 훅이 이전에 사용하였던 시계의 제작에 대하여 원형의 스프링을 사용하였다고 하며 그에 관련하여 논쟁하기도 하였다.
레이우엔훅은 실제로 정규 교육을 받지 못했다고 한다. 하지만 그가 현미경학이나 미생물학 등에 입문할 수 있었던 것은 로버트 훅의 도움이 컸다고 한다. 실제로 레이우엔훅은 훅보다는 7년 늦게 태어났으며, 같은 왕립학회 소속이었으나 교류가 없었다고 한다. 그러나 레이우엔훅이 훅의 영향을 받은 것은 명백한 사실이라고 할 수 있다. 그가 처음 로버트 훅의 마이크로그라피아를 접했을 때, 그는 깊은 감명을 받았으며 그 이후에 그의 현미경에 대한 연구는 빠르게 진행된다. 그리고 레이우엔훅은 더 좋은 현미경을 개발하는 데에 열중했다.
로버트 훅 다른 과학자들과의 관계
또한, 훅은 자신의 연구 결과에 대하여 의심을 받던 레이우엔훅에 대하여 그를 인정해 주기도 한다. 실제로 1676년 레이우엔훅이 물을 관찰하던 도중 매우 작은 생명체를 발견하게 되지만(인간이 발견한 최초의 박테리아라고 한다.) 그의 연구는 왕립학회에서 의심을 받게 된다. 그러나 훅은 레이우엔훅의 실험을 직접 해 봄으로써 레이우엔훅의 실험이 맞았음을 확인시켜 주기도 하였다.

또한, 1678년, 레이우엔훅이 “작은 동물들(little animals)”에 대한 관찰을 하고 결과를 작성하였을 때, 왕립학회는 훅에게 그것을 확인해 달라고 요청하기도 하였다.
영국의 수학자이자 건축가, 천문학자인 크리스토퍼 렌은 훅과 많은 관계를 맺었다. 마이크로그라피아에 관한 부분에서도 언급되었듯, 그는 훅을 도와 Micrographia의 도판을 만들었다. 또한, 1632∼1723)이 1663년 12월 9일 영국학술
원에 제출한 〈날씨 자동 기록기의 기술(Description of weather clock)〉이라는 논문으로부터 시작된다. 실제로 그 논문의 “날씨 박식기(Weather wiser)”를 만든 사람은 로버트 훅이었다. 그 밖에도 렌은 런던의 대화재 이후 훅과 함께 도시의 공동 재건축 설계사로 지명되었고, 실제로 훅과 많은 건물을 설계하는 데 열정적으로 참여하였다.
로버트 훅 로버트 훅의 재평가
그의 업적은 너무나 광범위해서 몇 가지 주요 분야에 집중해 그의 행보를 재평가하고자 한다.
로버트 훅 로버트 훅의 재평가
훅은 박막의 성질을 관찰한 결과, 빛깔이 주기적이라는 대담한 의견을 내놓았다. 그것은 획기적인 착상이었다. 그런데도 그의 관심은 양적인 데 있지 않았다. 그래서 측정을 하지 않았던 것인데 이 생각을 받아 막을 측정하는 장치를 하고 주기성을 사실로 확립한 것이 뉴턴이었다. 다만 분명한 것은 뉴턴의 혁명적인 빛깔 이론은 로버트 훅의 통찰력에서 나왔다는 것이다. 다음으로 뉴턴이 극복했다는 훅의 빛의 수정설의 정체가 무엇이냐가 문제가 된다. 하나는 아리스토텔레스의 빛의 수정설이라는 것이며 또 하나는 빛의 파동설에 포함된다는 해석이다. 어느 쪽이 맞든 간에 상관없이 로버트 훅이 빛깔 이론의 돌파구를 마련하였다는 데 이바지했다는 사실이 중요하다.
로버트 훅 로버트 훅의 재평가
행성들이 어떤 법칙에 의해 궤도에 붙어 있는가 하는 문제는 17세기 후반의 최대의 관심사였다. 많은 학자가 이 문제에 달려들었으나 해결의 실마리를 준 것은 훅이었고 최우의 승리는 뉴턴에게 돌아갔다. 훅은 인력의 개념을 가졌으면서도 어떤 물질에 특별한 힘의 개념을 버리지 못해 보편중력의 수준에 도달하지 못한 것이다. 훅의 제안은 원운동 일반과 특별히 천체역학에 대한 접근을 재정식화한 혁명적 통찰을 포함했다. 그는 원심력에 대해 말한 일이 없다. 그러나 훅은 궤도역학의 요소를 분명히 본 첫 번째 사람이었다. 직선적 관성의 원리를 인정한다면 궤도를 도는 물체는 중심으로 향한 어떤 힘에 의해 그 관성적 길로부터 계속 벗어나야 한다. 훅이 이러한 자신의 견해를 정식화하는 동안 뉴턴은 아직도 원운동을 원심력과 구심력의 균형에 의해 설명하려고 하였다. 이랬던 뉴턴에게 영감을 제공한 이가 바로 로버트 훅이었다. 그러나 안타깝게도 훅의 역학개념의 명료성과 분석력은 그의 직관적 통찰을 따라가지는 못했다. 그는 타원궤도의 동역학의 문제를 제기했으나 해결할 수는 없었다. 그의 역제곱관계 유도는 결함 투성이였다. 여기서도 독립적 통찰을 따라 정확한 양적 분석을 함으로써 빛깔 이론의 경우와 같이 관찰현상과 계산을 관련시키고 보편중력의 법칙을 증명한 것은 뉴턴이었다. 훅이 실패한 데서 더 나은 수학자 뉴턴이 성공하였다.
로버트 훅 로버트 훅의 재평가
훅의 통찰은 아무리 과감하고 정확해도 결론보다는 통찰로만 남았다. 결론이 되려면 우선 증명이 돼야 했을 것이다. 로버트 훅이 그의 뛰어난 통찰에서 결론으로 가는 것을 막은 것은 그의 유별난 성격과 능력의 결함이라는 증거가 많다. 그의 성격에 대해서는 많은 평가가 있다. 안절부절못하는 성미와 다방면의 임무가 커다란 체계적 업적에 필요한 꾸준한 노력을 불가능하게 했다. 타고난 성격에 왕립학회에서의 임무가 겹쳤다는 소리다. 매시간 새 개념, 새 계획이 튀어나와 그가 하는 일을 헤아리기가 어려웠다. 로버트 훅은 통찰력이 몰려 들어오게 했고, 빠르고 손쉬운 정복을 하는 과학의 돈 후안(Don Juan)이었다. 그와는 다르게 뉴턴은 한 개념에 붙으면 끝장을 볼 때까지 추구했다. 뉴턴은 여러 가지 연구에 뛰어들어 영웅적 발견을 했다. 훅은 많은 쉬운 승리를 즐겼으나 죽었을 때 그 자신의 것으로 확인된 기념비를 남기지 못했다. 훅에게는 편애하는 지지자가 유난히 많다. 이것은 그가 여러 분야에 능숙했었고, 여러 사람에게 받은 부당한 대우 때문일 것이다. 따라서 그에 대한 과대평가도 눈에 띈다. 훅은 비상하게 재간 있는 사람이지만 재간을 과학적 천재로 잘못 평가하는 경향도 있다. 이것은 미국에서 발명왕 에디슨을 능력 있는 과학자로 오인하는 것과 비슷하다고 할 수 있다. 그렇다고 그의 능력을 재간으로만 보기도 어렵다. 그는 기구를 활용해 과학을 연구하였기 때문이다. Westfall은 훅을 뉴턴, 갈릴레오, 하위헌스와 같은 평면에는 놓을 수 없다고 한다. 훅이 한 공헌의 성질은 그들과는 아주 다르다는 것이다. 훅은 가장 순수한 자연 철학자였다. 그는 대담하고 깊이 있는 아이디어를 가졌으나 대부분 아이디어로 남고 다른 사람들이 그것을 과학적 수준으로 올려놓았기 때문이다.
로버트 훅 로버트 훅의 재평가
무엇보다도 그는 과학혁명이 막바지에 이른 왕정복고기의 영국에서 왕립학회의 핵심인물로서 실험과학의 진흥에 앞장섰다. 그것은 근대과학의 확립에 긴요했을 뿐 아니라 산업 과학의 기초를 놓기도 했다. 이렇게 자연철학과 기계기술을 다리놓을 수 있는 인물은 과학혁명 때 흔하지 않았으며 훅은 매우 귀한 존재였다. 훅은 베이컨주의자로 출발해 실험과 가설을 연결하는 이상적인 과학 방법을 개발했다. 이런 뜻에서 그는 갈릴레오, 뉴턴과 함께 과학혁명을 대표하는 과학자라 할 만하다. 현미경, 망원경 등 많은 과학기구를 개량, 활용한 훅은 세 가지 몫을 했다. 첫째, 기구는 감관을 확장하고, 그 정확도와 신뢰도를 높였다. 둘째, 기구는 실용적인 목적에 유용하게 쓰이도록 했다. 셋째는 훅의 독특한 것으로 기구가 문제의 개념화와 현상의 설명을 돕게 했다. 훅은 빛깔이론, 보편중력개념의 형성에 매우 중요한 몫을 함으로써 과학 혁명의 중추를 이루는 광학과 역학, 천문학에 이바지했다. 더욱이 최근의 연구는 기계철학의 수정에도 훅이 관계됨을 밝히고 있다. 과학혁명에서 엄격한 기계철학이 효과가 없자 뉴턴은 연금술의 적극적 원리를 근대수학의 옷을 입혀 자연철학에 끌어들였다. 그때야 근대과학은 출범할 수 있었다. 훅은 물리현상을 무생물의 적합성(Congruity)과 부적합성(Incongruity)으로 설명했는데, 이것은 실험적 바탕 위에 선 적극적인 원리로서 뉴턴의 자연 철학은 이 전통에서 발전된 것이다. 이 밖에도 훅은 생물학, 화학, 지질학, 건축 등 여러 분야에서 빛나는 업적을 남기고 있다. 물리학에서의 훅의 업적에 한계가 있다고 보는 Westfall도 이 분야들에서는 훅의 천재성이 최고로 발휘되었다고 찬양한다. 이 방면의 연구가 이루어진다면 훅의 가치는 더욱더 올라갈 것이 확실하다. 훅이 그토록 오랫동안 잊혔던 이유는 그가 뉴턴의 적의를 샀기 때문이다. 이제 뉴턴에 가려 빛을 보지 못했던 훅은 정당한 평가를 받아야 할 것이다.
프레넬 방정식
프레넬 방정식(Fresnel equations) 또는 프레넬 공식(Fresnel's formulas)은 반사계수와 투과계수에 관한 것으로 한 매질과 광학적 특성 즉, 굴절률이 다른 매질의 계면에서 반사 또는 투과 진폭을 입사진폭으로 나눈 값을 말한다. 프랑스의 물리학자 오귀스탱 장 프레넬이 유도하였다.
프레넬 방정식 개요
굴절률이 n1인 매질에서 n2인 매질로 빛이 투과할 때 반사와 굴절이 일어난다. 프레넬 방정식은 이 성질을 반사계수, 투과계수로 나누어 성분을 분석하여 표현한 방정식이다.
이 방정식에는 간단한 가정이 있는데, 첫 번째는 빛이 한 매질에서 다른 매질로 투과할 때, 그 면이 균일하고 평평한 평면이며, 둘째는 빛이 투과할 때 평면파라는 것이다.
프레넬 방정식 진폭 방정식
진폭 방정식(amplitude equations)은 빛을 전자기파로 취급하여 반사의 법칙, 굴절의 법칙과 이들의 반사광과 굴절광의 세기를 표현한 것이다. 빛이 경계면을 지날 때의 전기장과 자기장의 경계조건을 빛의 파동 방정식에 적용하여 구현하였다.
입사파를 i, 반사파를 r, 투과파를 t로 쓰자.
입사파와 반사파, 굴절파의 위상은 같다.
일때
이고
이므로
을 만족한다 이를 반사의 법칙이라고 한다. 그리고
이다. 이를 스넬의 법칙이라고 한다.
전자기파인 빛을 파동형태로 나타낸 방정식으로 빛이 투과하는 경계면과 법선에 대하여 입사파, 투과파, 반사파로 나누어 나타낼 수 있으며, 각 파들의 계수들은 서로 관련이 있다.
프레넬 방정식 진폭 방정식
빛이 경계면에 입사하는 파로 전기장과 자기장의 각각의 x, y, z성분은 다음과 같다.
빛이 경계면을 투과하는 파로 전기장과 자기장의 각각의 x, y, z성분은 다음과 같다.
빛이 반사하는 파로 전기장과 자기장의 각각의 x, y, z성분은 다음과 같다.
이를 풀어 쓰면 다음과 같다
이때 경계면에서는  이므로 다음과 같다.
주어진 프레넬 방정식에 경계조건을 대입하면 방정식의 계수를 구할 수 있다. 이들을 프레넬 계수(Fresnell coefficients)라고 하고, 다음과 같다.
프레넬 방정식 반사율과 투과율
프레넬 계수를 통하여 반사율과, 투과율을 정의할 수 있는데, 프레넬 방정식은 전기장을 빛의 전자기를 서술하는 방정식이고, 반사율과 투과율은 빛의 세기를 나타내는 것이다. 그리고 반사율과, 투과율은 입사한 빛의 세기에 대해 얼마만큼 반사하거나 투과했는지의 비율을 나타낸 값이다. 따라서 이를 정리하면, 반사율()과 투과율()은 다음과 같다.
여기서 투과율은 입사한 빛과 투과한 빛의 매질과 유전율이 다르고 입사각과 투과각이 다르기 때문에 이를 고려한 값이다.
백열등
백열등(白熱燈) 또는 백열전구(白熱電球)는 높은 온도를 이용해서 빛을 내는 전기적인 조명 장치이다. 오래전부터 수많은 백열전구들이 존재하기는 했으나 수명이 하루를 넘어가지 못하고 가정에서 사용하기에는 단점이 너무 많아 상용화되지 못했다. 1879년에 토머스 에디슨이 최초로 이전의 백열전구들의 단점을 거의 모두 보완한 수명 40시간의 백열전구를 발명함으로써 상용화되게 된다. 그는 전구에 쓰일 필라멘트의 재료를 찾기 위해 수많은 실험을 하였으며, 현재는 필라멘트로 텅스텐이 사용되고 있다. 세상에 나온 지 100년이 넘었지만 값이 저렴하기 때문에 아직도 널리 사용되고 있다.
백열등 구조와 종류
백열등은 유리구 속에 텅스텐 필라멘트를 봉입하고 내부를 진공으로 만들거나 또는 불활성 가스인 질소나 아르곤 등을 넣은 것이다. 금속 부분은 전류를 통하는 역할 뿐만 아니라 전구를 소켓에 고정시키는 역할을 한다. 필라멘트는 20W 이하의 것에는 단(單)코일, 그 이상의 것에는 2중 코일의 필라멘트로 되어 있다. 2중 코일로 하면 봉입 가스의 대류로 인한 열손실을 감소시킬 수가 있어 효율을 높일 수가 있다. 또 가스를 봉입하는 것은 텅스텐이 고온으로 증발되어 유리구의 내면에 부착되어 까맣게 되는 흑화현상을 방지하기 위해서이다. 유리구의 내면을 젖빛유리로 만든 것은 눈부신 것을 막는다.
백열등 구조와 종류
청색 유리를 사용한 주광색(晝光色)전구, 내열성 색소를 칠한 색전구(色電球), 순백색의 산광성도료(散光性塗料)를 칠한 전광전구(全光電球), 유리구의 모양을 반사갓형으로 하고 그 내면을 도금한 리플렉터 램프 등이 있다. 회중 전등용의 꼬마전구도 전압이 낮을 뿐 구조는 마찬가지이다. 꼬마전구를 잘 이용한 것은 플래시 라이트(회중전등)이며 그 전원으로서는 주로 건전지와 축전지가 사용된다. 전구는 최초의 밝기의 80%가 되기까지의 시간을 수명이라 하는데 현재의 규격으로는 1000 ∼ 1200시간이다. 전구는 함께 사용하는 기구(셰이드나 글로브)의 선택이 중요하며 또 먼지가 묻어 조명 효과를 손실하는 일이 없도록 손질을 해 주는 것도 중요하다. 일반주택의 경우는 제곱미터당 약 10W 정도가 적당하다.
빛 뿐만 아니라 열도 내기 때문에 작동 중에 만지면 화상의 위험이 있으며, 작동 중에 물이 닿으면 파손되어 유리 파편이 날아오는 위험도 있다. 꺼져도 열이 일정기간 남아있으니 주의해야 한다.
백열등 필라멘트
필라멘트는 전구에서 빛을 내는 요소의 하나이다. 과거에는 탄소로 만든 얇은 줄이나 대나무로 만들었으나, 오늘날에는 텅스텐으로 만든다. 이것이 끊어지면 빛을 낼 수 없다.
백열등 백열등 반대운동
백열등은 전력의 약 10%만을 빛으로 전환하므로, 형광등, LED 등과 같은 다른 대체재에 비해 에너지 낭비가 제일 심하다. 많은 환경단체들이나 국가들에서 사용을 자제하고 있다. 몇몇 국가에서는 백열등의 사용을 줄이기 위한 법안이나 조례를 제정하였다. 이명박 정부에서는 2009년 안에 공공부문의 백열전구를 모두 퇴출시킬 계획이었다.
박근혜 정부는 2014년 1월부터 대한민국 내의 백열전구 생산 및 수입을 전면 금지하였다. 금지 대상은 150W 이하의 전구이다.
음반
음반(音盤) 또는 앨범(영어: album)은 음을 기록한 매체이다. 과거에는 표준시간 음반(SP)과 익스텐디드 플레이(EP), 장시간 음반(LP)이 쓰였고, 현재에는 미니디스크(MD), 콤팩트 카세트(CC), 콤팩트 디스크(CD)가 있다. 요즘은 CD가 음반의 주를 이루며, 고급 매체로 DVD 오디오나 SACD(Super-Audio Compact Disc)을 쓰기도 한다. 그 밖에, 스마트폰에 꽂아 들을 수 있는 키트형 음반인 키노 음반 따위도 있다.
음반 용어
흔히 ‘앨범’을 ‘음반’과 동의어로 사용하나, 두 용어는 사용되는 맥락에 따라 다른 범위를 가리킨다. 이 문단에서는 두 단어를 동의어처럼 사용하는 넓은 의미의 앨범이 아닌, 좁은 의미의 앨범에 관하여 서술한다.
축음기 음반 시대의 SP반은 한 장에 한 곡 정도(3-4분가량)밖에 수록할 수 없었기 때문에 SP반 한 장이 한 곡을 의미하였다. 이를 발매하는 것을 싱글(single)이라 불렀다. 그 후, 싱글을 포함하거나 특별한 사유로 다곡을 발매할 때, 마치 사진첩(album) 같은 곳에다가 사진을 꽂듯이 여러 장의 SP반을 모아 한 장으로 발매했던 것에서 이를 앨범(album)이라고 부르게 되었다. 이 맥락에서 ‘싱글’과 ‘앨범’은 음반의 서로 다른 개별 종류로, 이것이 싱글(single)과 대비되는 의미로서의 앨범(album)의 정의이다.
음반 용어
CD 음반 시대에도 여전히, 앨범은 일반적으로 10곡 이상이 실리는 정규 음반을 가리킨다. 서양에서는 수록곡이 많고 수록 시간이 긴 음반을 앨범(album), 3-5곡 정도의 곡이 실리고 수록 시간이 25-30분 미만인 음반을 EP, 디지털 싱글이나 1-2곡 정도의 곡이 실리는 음반을 싱글(single)이라 하여 비교적 명확히 구분한다. 대한민국에서는 이 세 종류 모두를 ‘앨범’이라 통칭하는 경향이 강하나, 국제적으로 널리 사용되는 용어와는 차이가 있다는 것이다. 현재는 CD 한 장에 80분 가량이 수록되기 때문에, 싱글이든 앨범이든 CD 한 장에 수록하는 경우가 대부분이다. 물론 특별한 이유로 같은 앨범이지만 두 장 이상으로 하는 경우가 있다.
음반 역사
1948년, 컬럼비아 레코드는 축음기 음반 포맷으로 LP 레코드(Long Play, 33+1⁄3 rpm의 마이크로그루브 비닐 레코드)를 선보였다. 이것은 기존의 SP 레코드를 밀어내고, 바이닐 음반을 위한 표준 포맷으로 레코드 산업에 채택되었다. 이후 LP 레코드에는 중요하게 간주되는 스테레오 음질이 추가된 것 외에도 여러 가지 수정들이 가해졌으나, 바이닐 음반의 표준 포맷으로 자리잡혔다.
음반의 영어 낱말 앨범(album)은 원래 음악의 작은 부분들의 모임을 가리켰으며 19세기부터 전해져왔다. 나중에, 관련 78 rpm 레코드의 컬렉션이 서적과 같은 앨범 안에 번들되었다. LP 레코드가 선보였을 때, 하나의 레코드에 있는 여러 노래의 컬렉션들을 앨범이라고 불렀다. 이 용어는 도입된 뒤로 콤팩트 디스크, 미니디스크, 콤팩트 오디오 카세트, 디지털 음원과 같은 다른 저장 매체로까지 확대되었다. 음악 산업의 판매 경향이 음반에서 음원으로 부분적으로 이동됨에 따라, 일부 평론가들은 21세기 초에 ‘음반의 죽음’을 경험하였다고 선언하였다.
음반 역사
음반 시장은 2000년대에 접어들며 음원과 mp3의 발달로 인해 쇠퇴기를 맞이하였고 현재는 완전히 시장에서 밀린 상태이다. 대한민국에서는 2000년대 초반부터 음원시장이 성장하기 시작해 음반시장의 침체를 가속화시켰고, 2003년 디지털 음원시장이 음반시장의 수익을 뛰어넘었다. 대한민국에서 2017년 방탄소년단 이전까지 마지막 밀리언셀러는 2001년 발매된 god의 4집 <Chapter 4>였다.
레이저디스크
레이저디스크(영어: LaserDisc, 문화어: 레이자디스크)는 홈 비디오 형식이며 최초의 상업용 광 디스크 저장 매체이다. 필립스, 파이오니아, 영화 스튜디오인 MCA가 개발했다. 이 형식은 1978년 미국에서 MCA가 사용하던 브랜드인 디스코비전이라는 이름으로 처음 판매되었다. 파이오니아가 개발 및 홍보에 더 큰 역할을 하면서 이 형식은 레이저비전으로 이름이 바뀌었다. 레이저디스크 브랜드는 원래 파이오니아의 플레이어 라인을 특별히 지칭했지만, 이 용어는 점차 전체 형식을 지칭하는 일반적인 용어로 사용되어 보통명사가 되었다. 디스크는 일반적으로 직경이 300 밀리미터 (11.8 in)이며, 12-인치 (305 mm) 축음기 음반과 유사한 크기이다. 대부분의 후기 광 디스크 형식과 달리 레이저디스크는 완전히 디지털이 아니다. 아날로그 비디오 신호를 저장한다.
레이저디스크
많은 타이틀은 CD 품질의 디지털 오디오를 특징으로 했으며, 레이저디스크는 서라운드 사운드를 지원하는 최초의 홈 비디오 형식이었다. 수평 해상도 425~440 라인은 경쟁 소비자 비디오테이프 형식인 VHS 및 베타맥스의 거의 두 배에 달했으며, 나중에 DVD에서 달성된 해상도에 근접했다. 이러한 장점에도 불구하고, 주로 플레이어의 높은 가격과 녹화 기능의 부재로 인해 이 형식은 북미나 유럽에서 널리 채택되지 못했다.
이와 대조적으로 레이저디스크는 일본과 싱가포르, 말레이시아를 포함한 동남아시아의 부유한 지역에서 훨씬 더 인기가 많았고, 1990년대 홍콩에서는 지배적인 대여 비디오 형식이 되었다. 뛰어난 시청각 품질 덕분에 수명 기간 내내 비디오 애호가와 영화 애호가들 사이에서 인기를 누렸다.
레이저디스크를 위해 개발된 기술과 개념은 콤팩트 디스크(CD)와 DVD를 포함한 후속 광 미디어 형식의 토대를 마련했다. 레이저디스크 플레이어 생산은 2009년 7월 파이오니아가 시장에서 철수하면서 종료되었다.
레이저디스크 역사
광학 녹화의 기원은 1963년 데이비드 폴 그레그와 제임스 러셀이 투명 디스크 기반 시스템을 개발하고 나중에 1970년에 특허를 취득했을 때로 거슬러 올라간다. MCA는 1968년에 이 기술에 대한 권리를 획득했다. 이와 별도로 1969년에는 필립스가 투명 방식보다 장점이 있는 반사 기술을 사용하여 비디오디스크를 개발했다. MCA와 필립스는 1970년대 초에 협력하기 시작했으며 1972년에 비디오디스크 형식을 공개적으로 시연했다. 내부적으로 이 기술은 광학 비디오디스크 시스템, 반사형 광학 비디오디스크, 레이저 광학 비디오디스크, 비디오 롱 플레이 등 여러 이름으로 알려져 있었다.
이 형식은 1978년 12월 11일 애틀랜타에서 테스트 마켓 출시로 MCA 디스코비전으로 상업적으로 도입되었다. 이는 VHS가 출시된 지 2년 후, 레이저 디스크 기술을 기반으로 하는 CD가 도입되기 4년 전이었다. 북미에서 출시된 최초의 레이저디스크 타이틀은 1978년 12월 15일에 출시된 죠스의 MCA 디스코비전 에디션이었다. 필립스는 플레이어를 생산하고 MCA는 디스크를 제조했지만, 이 파트너십은 결국 성공적이지 못했고 몇 년 후에 해체되었다.
레이저디스크 역사
1980년 파이오니아는 이 형식의 대주주가 되었고 이를 LaserVision (형식 이름)과 레이저디스크 (브랜드)로 모두 판매하기 시작했다. 일부 출시작에서는 비공식적으로 Laser Videodisc로 언급되기도 했다. 파이오니아의 레이저디스크 플레이어는 1981년 10월 일본에서 출시되었다.
1984년까지 필립스와 소니는 디지털 데이터를 저장하도록 설계된 LV-ROM 버전을 출시하여 3.28 GB의 용량을 제공했다. 이는 CD-ROM 또는 DVD-ROM과 같은 후기 형식의 기능을 예고하는 것이었다.
레이저디스크 역사
레이저디스크는 대량 시장 성공을 거두지는 못했지만, 일부 시장에서 소폭 인기를 얻고 틈새 시장을 개척했다. 일본에서는 1999년까지 가구 보급률이 약 10%에 달했다. 미국에서는 가구의 약 2%(약 2백만 명)가 플레이어를 소유했다. 2021년 현재 레이저디스크는 미국과 일본에서 소규모 수집가 커뮤니티를 유지하고 있다. 유럽에서는 이 형식이 잘 알려지지 않았지만, 제한적으로 기관에서 사용되었다. 특히 BBC는 1980년대 중반 BBC 둠즈데이 프로젝트에 레이저디스크를 사용했으며, 1990년대 초부터 1990년대 후반까지 소니의 CRVdisc 변형을 사용하여 텔레비전 아이덴트를 방송하기도 했다.
레이저디스크는 2000년대 초 DVD 형식으로 대체되었다. 북미에서 출시된 마지막 레이저디스크 타이틀은 2000년 10월 3일 파라마운트의 비상 근무였다. 일본에서는 2001년 9월 21일까지 새로운 타이틀이 계속 출시되었으며, 마지막 영화는 골든 하베스트의 홍콩 액션 영화 동경공략이었다. 알려진 마지막 레이저디스크 발매는 2007년 3월 21일에 발매된 가라오케 타이틀인 온타 스테이션 1018호였다.
파이오니아는 2009년 7월에 레이저디스크 플레이어 생산을 중단했다. 이 회사는 2020년 9월 30일까지 남은 부품 재고가 소진될 때까지 유지보수 서비스를 계속 제공했다. 전 세계적으로 총 1,680만 대의 레이저디스크 플레이어가 판매되었으며, 이 중 950만 대는 파이오니아가 판매했다.
레이저디스크 디자인
홈 비디오용 표준 레이저디스크는 직경이 300 밀리미터 (11.8 in)로, 대략 12-인치 (305 mm) 축음기 음반과 같은 크기였다. 각 디스크는 두 개의 단면 알루미늄 플래터가 플라스틱으로 접합되어 구성되었다. 기본적으로 레이저디스크는 디스크 표면에 에칭된 일련의 작은 피트와 평평한 영역(랜드라고 함)을 사용했다. 이러한 핵심 기술은 나중에 CD와 DVD에 재사용되었다. 결과적으로 세 가지 형식 모두 물리적 디자인이 비슷하게 보인다. 그러나 레이저디스크는 정보를 저장하는 방식에서 크게 달랐다.
레이저디스크는 컴포지트 신호 형식을 사용하여 아날로그 비디오를 저장했으며, 약 425~440 수평 해상도를 제공하여 1-인치 (25 mm) 타입 C 비디오테이프 형식과 유사한 화질을 제공했다. 비디오 신호에 의해 캐리어 주파수 변조가 이루어졌으며, 이 신호는 디스크의 피트와 랜드 패턴으로 물리적으로 표현되었다. 재생 중에는 레이저가 이러한 패턴을 읽어 플레이어 회로가 원래의 아날로그 신호를 재구성할 수 있게 했다.
레이저디스크 디자인
오디오는 원래 주파수 변조를 사용하여 아날로그 스테레오로 녹음되었다. 이후 디스크는 PCM을 사용하는 디지털 오디오를 도입했으며, 1990년대에는 일부 타이틀이 돌비 디지털 및 DTS와 같은 디지털 서라운드 사운드 형식을 지원했다. 이러한 디지털 트랙은 일반적으로 광학(토스링크) 또는 동축(S/PDIF) 연결을 통해 외부 디지털-아날로그 변환회로로 출력되었다. PCM 디지털 오디오가 포함될 때, 피트의 모양과 간격을 약간 조정하여 아날로그 비디오 신호와 결합되었다. 간격은 비디오를 전달하고, 피트 길이는 오디오를 전달하여 두 가지를 동시에 읽을 수 있게 하고 원래 아날로그 오디오 트랙을 보존했다.
1970년대 후반에는 디지털 압축 기술이 아직 사용 가능하거나 실용적이지 않았기 때문에 디스크의 회전 속도에 따라 세 가지 재생 형식이 개발되었다.
CAV
레이저디스크 디자인
등각속도 (CAV), 또는 표준 플레이(Standard Play)는 정지 화면, 가변 슬로우 모션, 역재생을 포함한 여러 고급 재생 기능을 제공했다. CAV 디스크는 NTSC 또는 Hi-Vision의 경우 1,800rpm, PAL의 경우 1,500rpm의 일정한 회전 속도로 재생되었으며, 한 번의 회전당 한 프레임의 비디오가 읽혔다. 이를 통해 한 면에 54,000개의 개별 프레임을 저장할 수 있었으며, 이는 NTSC 및 Hi-Vision의 경우 30분, PAL의 경우 36분의 비디오에 해당한다. CAV의 주요 장점은 인접 트랙 간의 누화 가시성이 감소한다는 것이었다. 이는 모든 간섭이 인접 프레임의 동일한 지점에서 발생하기 때문이었다. 등선속도(CLV) 디스크보다 덜 일반적이었지만, CAV는 보너스 기능과 효과를 선보이기 위해 특별판 출시에 자주 사용되었다. 특히 CAV 디스크의 각 프레임은 번호로 참조될 수 있었는데, 이는 영화 학자와 애호가들이 연속성, 연출 및 제작 세부 사항을 연구하는 데 유용한 기능이었다.
CLV
레이저디스크 디자인
등선속도 (CLV), 또는 확장 플레이(Extended Play)는 고급 레이저디스크 플레이어에 디지털 프레임 스토어가 장착된 경우를 제외하고는 CAV 디스크의 고급 재생 기능을 지원하지 않았으며, 이 경우 정지 화면 및 가변 속도 재생과 같은 기능을 시뮬레이션할 수 있었다. CLV 디스크는 저장 용량을 늘리기 위해 재생 중 회전 속도를 점차 늦추어 NTSC의 경우 1,800~600rpm, Hi-Vision의 경우 2,470~935rpm 범위였다. 이를 통해 NTSC 및 Hi-Vision 형식은 한 면당 최대 60분 (PAL의 경우 64분)의 비디오를, 디스크당 최대 2시간의 비디오를 저장할 수 있었다. 두 시간 미만의 영화의 경우 전체 영화를 단일 디스크에 담을 수 있어 제작 비용이 절감되고 영화 중간에 디스크를 교체할 필요가 없어 이중 면 플레이어를 사용하는 사용자에게 특히 편리했다. 대부분의 레이저디스크 타이틀은 CLV 형식으로 출시되었지만, 일부는 한 면은 CLV, 다른 면은 CAV로 혼합하여 사용했다. 이를 통해 클라이맥스나 보너스 기능과 같은 특정 장면을 CAV로 제공하여 프레임 단위의 정확한 탐색과 특수 효과 강조가 가능했다.
레이저디스크 디자인
CAA
등각가속도 (CAA)는 1980년대 초 CLV 디스크에서 발견된 누화 왜곡 및 트래킹 문제를 해결하기 위해 도입되었다. 디스크를 점진적으로 늦추는 CLV와 달리 CAA는 제어된 단계로 회전 속도를 변경하여 기존 플레이어와의 호환성을 유지하면서 재생 성능을 향상시켰다. 대부분의 디스크 제조업체는 CAA로 전환했지만, 이 용어는 소비자 포장재에 거의 나타나지 않았다. 1985년에 레이저디스크에 디지털 오디오가 추가되면서 CAA와 대역폭 문제가 발생하여 재생 시간이 한 면당 55분으로 단축되었다. 그 결과, 일부 영화는 전체 영화를 한 디스크에 담기 위해 아날로그 오디오만 포함했다. 1987년까지 파이오니아는 CAA 형식을 개선하여 디지털 오디오와 함께 60분 전체 비디오를 지원했다. 파이오니아는 또한 일부 타이틀에 대해 CAA 디스크 재생을 한 면당 65분으로 확장했으며, 70분 형식을 개발했지만 이 더 긴 버전은 상업적으로 사용되지 않았다.
레이저디스크 디자인
사운드는 아날로그 또는 디지털 형식으로, 다양한 서라운드 사운드 형식으로 저장될 수 있었다. NTSC 디스크는 스테레오 아날로그 오디오 트랙과 스테레오 CD 품질의 비압축 PCM 디지털 오디오 트랙 (EFM, CIRC, 16비트 및 44.1 kHz 샘플 레이트)을 담을 수 있었다. PAL 디스크는 한 쌍의 오디오 트랙을 담을 수 있었는데, 아날로그 또는 디지털이었고 PAL 디스크의 디지털 트랙은 CD와 마찬가지로 16비트, 44.1 kHz였다. 영국에서는 "LaserVision"이라는 용어가 아날로그 사운드가 있는 디스크를 지칭하는 데 사용되었고, "LaserDisc"는 디지털 오디오가 있는 디스크에 사용되었다. 두 형식의 디지털 사운드 신호는 EFM 인코딩된다.
레이저디스크 디자인
돌비 디지털 (AC-3라고도 함)과 DTS는 이제 DVD 출시작에서 흔히 볼 수 있지만, 레이저디스크에서 처음 사용 가능했다. 일본에서 레이저디스크로 출시된 스타워즈 에피소드 1: 보이지 않는 위험 (1999)은 6.1채널 돌비 디지털 EX 서라운드를 포함한 최초의 홈 비디오 출시작 중 하나였다 (1999년부터 2001년까지의 몇몇 후기 출시작과 함께). 돌비 디지털 오디오를 디지털 형태로 담는 DVD와 달리, 레이저디스크는 돌비 디지털을 일반적으로 아날로그 오디오에 사용되는 트랙 내에서 주파수 변조된 형태로 저장했다. 레이저디스크에서 돌비 디지털을 추출하려면 특수 "AC-3 RF" 출력이 있는 플레이어와 AC-3 코덱 외에 외부 복조기가 필요했다. 복조기는 디스크의 2.88 MHz 변조된 AC-3 정보를 디코더가 처리할 수 있는 384 kbit/s 신호로 변환하는 데 필요했다.
레이저디스크 디자인
1990년대 중반부터 후반까지 많은 고급 AV 리시버에는 레이저디스크 플레이어의 RF 변조 돌비 디지털 AC-3 신호를 위한 복조기 회로가 특별히 포함되었다. 1990년대 후반에 DVD의 인기가 높아지면서 레이저디스크 플레이어와 디스크 판매가 감소함에 따라 AV 리시버 제조업체는 복조기 회로를 제거했다. DVD 플레이어는 돌비 디지털 트랙을 재생할 수 있었지만, DVD 플레이어에서 나오는 신호는 변조된 형태가 아니었으며 레이저디스크 AC-3용으로 설계된 입력과 호환되지 않았다. AC-3 신호를 표준 돌비 디지털/PCM 입력과 호환되는 표준 돌비 디지털 신호로 변환하는 외부 복조기가 한동안 판매되었다. 온쿄와 마란츠에서 판매하는 다른 유형은 RF AC-3 신호를 6채널 아날로그 오디오로 변환했다.
레이저디스크 디자인
두 FM 오디오 채널은 NTSC 형식 디스크에서 2.3MHz와 2.8MHz에 디스크 스펙트럼을 차지했으며 각 채널은 100kHz의 FM 편차를 가졌다. FM 오디오 캐리어 주파수는 비디오 이미지에서의 가시성을 최소화하도록 선택되었으므로, 마스터링이 불량한 디스크에서도 비디오의 오디오 캐리어 비트가 최소 -35dB 이하로 떨어져 보이지 않았다. 선택된 주파수 때문에 2.8MHz 오디오 캐리어(오른쪽 채널)와 크로마 신호의 하단 가장자리가 매우 가까웠고, 마스터링 중에 필터가 신중하게 설정되지 않으면 둘 사이에 간섭이 발생할 수 있었다. 또한 높은 오디오 레벨이 높은 크로마 레벨과 결합되면 상호 간섭을 일으켜 이미지의 고채도 영역에서 비트가 보이게 될 수 있었다. 이를 해결하기 위해 파이오니아는 아날로그 트랙에 CX 노이즈 감소 시스템을 구현하기로 결정했다. 디스크에 저장된 오디오 신호의 동적 범위와 피크 레벨을 줄임으로써 필터링 요구 사항이 완화되고 보이는 비트가 크게 줄어들거나 제거되었다. CX 시스템은 총 20dB의 NR 효과를 제공하지만, 디코딩되지 않은 재생에 대한 더 나은 호환성을 위해 파이오니아는 이를 14dB의 노이즈 감소로 줄였다 (RCA CED 시스템은 "원래" 20dB CX 시스템을 사용했다). 이는 또한 플레이어의 보정 공차를 완화하고 CX 디코더가 올바르게 보정되지 않았을 때 들리는 펌핑을 줄이는 데 도움이 되었다.
레이저디스크 디자인
적어도 디지털 오디오 트랙에 관한 한, 당시 소비자용 비디오테이프와 비교할 때 음질은 타의 추종을 불허했다. 그러나 아날로그 사운드트랙의 품질은 디스크와 때로는 플레이어에 따라 크게 달라질 수 있었다. 많은 초기 및 저가형 레이저디스크 플레이어는 아날로그 오디오 구성 요소가 좋지 않았고, 많은 초기 디스크는 아날로그 오디오 트랙이 제대로 마스터링되지 않아 진지한 애호가들에게는 어떤 형태로든 디지털 사운드트랙이 더 바람직했다. 초기 디스코비전 및 레이저디스크 타이틀에는 디지털 오디오 옵션이 없었지만, 그 영화들 중 상당수는 유니버설의 나중 재발매에서 디지털 사운드를 얻었으며, 아날로그 오디오 트랙의 품질은 시간이 지남에 따라 일반적으로 크게 향상되었다. 원래 오래된 아날로그 스테레오 트랙을 담았던 많은 디스크는 종종 디지털 트랙 외에 새로운 돌비 스테레오 및 돌비 서라운드 트랙을 받았는데, 이는 음질을 향상시키는 데 도움이 되었다. 나중의 아날로그 디스크는 CX 노이즈 감소도 적용하여 오디오의 신호 대 잡음비를 향상시켰다.