소리의 크기를 표현하는 음압(sound Pressure)

소리의 크기는 음압으로 측정됩니다. 음압은 대기압보다 높거나 낮은 기압의 정도를 나타냅니다. 소리는 공기 분자들의 진동에 의해 생성되며, 이 진동은 공기압을 변화시키므로 음압이 발생합니다. 음압은 일반적으로 파스칼(Pa) 또는 데시벨(dB)로 표시됩니다.

 

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음압 (Sound Pressure)

 

소리는 어떻게 전달될까? 사람 귀로는 들리지 않는 초음파 같은 경우엔 공기 중 분자들이 진동하면서 발생하는데 이 진동수 차이만큼 에너지가 전달되어 소리가 나게 됩니다. 즉, 높은 주파수일수록 큰 소리가 나고 낮은 주파수일수록 작은 소리가 납니다. 이렇게 어떤 물체로부터 나오는 소리의 세기를 음압이라고 합니다. 인간의 감각과 물리량 변화의 비에 대응하기 위한 단위로, 소리의 세기는 일반적인 수의 계산으로 표현할 수 없으며 로그(Log)의 수로 표기할 수 있습니다.

 

- Bel: 전기적, 음향적 혹은 다른 전력비의 상용로그 값, Bel = log10 (Pout/Pref)

- dB: Bel의 값이 너무 작아 사용 편의상 10배 한 것, dB = 10Bel = 10 log10(Pout/Pref)

그런데 dB가 원래의 전력비교 외에 음압이나 전압, 전류 등의 진폭량 비교에 쓰일 경우의 계산식은 각각의 기준전압을 Vref, 출력전압을 V0로 하여 이 비교의 값의 제곱이 전력에 비례하므로 dB = 10 log(Vo/Vref) ² = 20 log(Vo/Vref)이 됩니다. 그래서 전압은 전력의 2배 값이 됩니다. 즉 전력에서 10배는 10dB인데 전압에서 10배는 20dB가 됩나다. 또 전력을 3dB 올린다는 것은 전력이 2배가 된 것을 의미하지만, 전압에서는 6dB를 올린다는 것이 전압이 2배로 된다는 것을 의미합니다. 음압이나 전류에 관해서도 전압과 동일합니다.

- 전력 10배증가 = 레벨은 10dB 증가

- 전력 2배 증가 = 레벨은 3dB 증가

* 전압비 decibel = 20 log(P1/P0) <P0은 기준 전압>

* 음압레벨 SPL = 20log(P1/P0) <P0은 기준 Level 보통 2X10-4 ubar> 

* 음향 파워 레벨 PWL = 10 log(W/W0) <W0=10-12W>

 

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dB SPL 

 

음압의 크기를 데시벨 단위로 나타낸 것입니다. 음압의 단위는 대기압의 100만 분의 1을 1 마이크로 바(µbar)로 정의하며 정상적인 청력을 가진 사람이 소리로서 느끼는 최소의 음압 (0.0002 µbar)를 기준으로 해서 0dB로 규정한 것입니다. 보통 말소리의 음압은 1 µbar정도인데 SPL로 표시하면 혼잡한 거리의 소리의 크기는 80dB이며 오케스트라 연주의 소리는 10m 거리에서 100dB 정도 됩니다. 음악을 위한 적합한 음압은 90dB 이상의 크기이며, 일반적인 강연에서 가장 편안하게 들을 수 있는 음압은 70-80 dB가 적합한 크기입니다.

소리의 종류	dB SPL
제트엔진 소리	150
귀에 손상	120
1미터 거리상에 헤머 드릴	100
10미터 거리의 큰 도로상의 혼잡	80~90
오랜시간 듣고 있으면 귀에 손상	78
10미터 거리상에서 차가 지나감	60~80
1미터 거리상에서 일반 대화	40~60
아주 조용한 방	20~30
사람이 듣기 시작하는최소의 소리	0

 

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dB의 종류

dBm (deciBel mW)

dBm이라는 용어는 항상 1mW를 기준으로 하는 전기 파워 레벨을 표현 (즉 0 dBm=1mW, dB는 Watt단위/ dBm은 밀리와트 단위). 이 용어가 처음 고안되었을 때 dBm으로 측정된 전형적인 회로는 600Ω의 전화선에 1mW의 전력을 주었을 때 양 끝의 전압(0.775V)으로 표시하거나 dBm으로 표시

dBu (deciBel unload)

dBu는 dBm이라는 파워비를 표시하는 용어를 입력전압이나 출력전압을 표시하기에 적절한 용어로 표현한 것이 dBu이다. 이때 0 dBu는 0.775V이다. dBm과의 차이는 dBm은 600Ω의 부하를 기준으로 하지만 dBu는 부하와는 무관하다는 것이다. 따라서 dBu로 표현된 전압은 오직 600Ω의 부하에서 유도되었을 때만 dBm의 값과 동일하다.

dBV와 dBv(deciBel V)

dBv는 0.775V를 영점으로 부하 600Ω의 회로를 기준으로 하며, dBV는 회로의 임피던스에 관계없이 교류신호의 전압레벨을 나타내기 위해 사용하는 단위로 1V를 영점기준으로 한다. (즉 0 dBv=0.775V, 0 dBV=1 Vrms)

 

dBV레벨	전압(Vrms)	dBU나 dBm레벨
+4.0	1.6	6.2
+1.78	1.23	4.0
0.0	1.00	2.2
-2.2	0.775	0.0
-6.0	0.5	-3.8
-8.2	0.388	-6.0
-10.0	0.316	-7.8
-12.0	0.250	-9.8
-12.2	0.245	-10.0