소음 측정 : Accessing the sound level (사운드 레벨의 접근 )

 

노르웨이 Norsonic AS사의 과거 홈페이지와 싸이러스 네이버 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co)에 있는 소리(소음) 및 소음측정의 이론 내용을 포스팅하였습니다. 한글 번역에 오류가 있을 수 있습니다. 세번째 글입니다.

 

Nor150소음계 (출처 : 노르소닉 홈페이지), 그림 1

 

3. Accessing the sound level (사운드 레벨의 접근)

측정하려는 대부분의 소리는 레벨이 변동합니다. 그러면 즉시 두 가지 문제가 생깁니다: 이러한 변동을 가능한 한 정확하게 측정하는 방법과 주어진 상황에서 음압 레벨이 58dB라고 말할 수 있는 방법?
실제 세계는 상쇄로 가득 차 있습니다. 항상 이상적으로 있어야 하는 대로 얻을 수는 없습니다.

대신 목적에 맞는 품질과 기능을 찾아야 합니다. 즉, 사용된 방법이나 기술로 인해 발생하는 오류나 단점은 실용적, 경제적 또는 기술적 이유로 가능한 한 중요하지 않아야 합니다.

아날로그 디스플레이(편향 바늘이나 막대 그래프)가 있는 사운드 레벨 미터를 고려하십시오. 사운드 레벨이 너무 빨리 변동하면 바늘이나 막대 그래프가 너무 불규칙하게 변하여 의미 있는 판독값을 얻는 것이 불가능합니다. 반면, 바늘 편향을 감쇠시켜 움직임을 늦추고 더 의미 있는 결과(즉, 우리에게)를 생성하게 하면, 사운드 레벨의 빠른 변화를 놓칠 위험이 있습니다.

분명히 두 개의 사운드 레벨 미터가 바늘 편향의 감쇠가 다르면 동일한 사운드 필드에 노출되었을 때 사운드 레벨의 동일한 판독값을 제공하지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 표준화된 감지기 응답 시간이 도입되었습니다.

소음계의 응답시간(Slow, Fast, Impulsive), 그림 2

 

사운드 레벨 미터 편향은 소리 자체의 변동을 따라갈 만큼 충분히 빠르지만, 레벨을 읽을 수 있을 만큼 충분히 느려야 합니다.

 감쇠로 인한 미터 편향
 신호 자체
 편향이 너무 느리면 이와 같은 피크가 전혀 눈에 띄지 않게 지나갈 수 있습니다.

다른 사운드 레벨 미터로 측정한 값을 비교하려면 미터의 미터 편향이 동일해야 합니다. 감쇠를 시간 상수라고 합니다.

 

Detector Response Time (검출기 응답 시간)
사운드 레벨 미터에는 항상 검출기가 장착되어 있습니다. 검출기의 목적은 측정된 음압을 음압 레벨(청력 한계치인 20µPa보다 높은 데시벨 수)로 변환하는 것입니다. 두 가지 검출기 응답 시간이 표준화되었습니다. 이는 F(빠름)와 S(느림)입니다.
검출기 응답 시간은 검출기 입력 신호가 갑자기 변할 때 검출기 출력 신호가 얼마나 빨리 변하는지를 의미합니다. 검출기 응답 시간의 올바른 용어는 시간 상수입니다.
검출기 입력 신호가 갑자기 변경되면 시간 상수는 검출기 출력 신호가 최종 값의 63%에 도달하는 데 걸리는 시간을 나타냅니다.
F는 125밀리초의 시간 상수를 가지며 빠르게 반응하는 디스플레이 응답을 제공하여 너무 빠르게 변동하지 않는 사운드 레벨을 따라가고 측정할 수 있습니다.
반면 S 시간 상수는 8배 느리게 설정되었습니다. 즉, 1초입니다. 이렇게 하면 바늘이나 막대 그래프가 있는 계측기의 디스플레이 변동을 평균화하고 F 시간 상수 설정으로 인해 읽을 수 없는 변동이 발생하는 상황에서도 판독이 가능합니다.

팁: 디스플레이 변동 문제를 해결하는 방법이 있습니다. 대부분의 최신 사운드 레벨 미터에는 사운드 레벨이 숫자로 표시되는 디지털 디스플레이가 있습니다. 이러한 숫자는 일반적으로 1초에 한 번씩 업데이트되며 선택한 시간 상수로 샘플링하는 순간의 사운드 레벨을 나타냅니다.

 

RMS, Impulse and Peak (RMS, 임펄스 및 피크)

소리를 측정할 때 자주 접하게 되는 용어는 RMS 또는 제곱 평균 제곱근 값입니다. RMS 값은 소리의 에너지 함량과 직접 관련된 특별한 종류의 수학적 평균값입니다.
소리의 에너지 함량은 청각 장애 위험 평가의 기본적인 부분입니다. 그러나 측정할 소리가 임펄스로 구성되거나 충격 소음이 높은 비율로 포함된 경우 F 또는 S 시간 상수로 RMS 값을 측정해도 인지된 소음 수준과 잘 상관 관계가 있는 결과가 나오지 않습니다.
이를 해결하기 위해 I(임펄스)라는 세 번째 시간 상수가 개발되었습니다. I의 시간 상수는 35밀리초로, 인간의 소리 인지와 유사한 방식으로 일시적인(빠르게 변화하는) 소음을 감지하고 표시할 수 있을 만큼 충분히 짧습니다. 편리한 판독을 가능하게 하기 위해 I의 감쇠 시간은 1.5초입니다.
인지된 음량은 주파수와 소리 수준의 함수이지만 소리 지속 시간의 함수이기도 합니다. 지속 시간이 짧은 소리는 같은 수준의 안정적이고 지속적인 소리보다 낮은 수준으로 인지됩니다.

청력 장애의 위험은 일반적으로 지각되는 소리 크기와 관련이 없습니다. 따라서 Nor150과 같은 정밀 사운드 레벨 미터에는 종종 소리의 피크 값을 측정하는 회로가 포함되어 있습니다.
팁: RMS란 무엇입니까? 귀하의 국가의 주전원(라인) 전압은 일반적으로 50Hz 또는 60Hz의 주파수를 가진 240 또는 110VAC(교류)입니다. 이 AC 전압은 조명 등에 사용할 때 에너지를 나타냅니다. 얼마나 많은지는 주전원에서 끌어오는 전류량에 따라 달라집니다. 그러나 DC 전압도 여기에 사용될 수 있습니다. 즉, 에너지 용어도 여기에 적용됩니다. RMS 용어는 기존 AC 신호가 주어진 구성에 대해 DC 신호와 동일한 양의 에너지를 개발하기 위해 가져야 하는 값을 나타냅니다.

Energy Parameters – the Leq and the SEL (에너지 매개변수 - Leq 및 SEL)
소리는 에너지의 한 형태입니다. 청력 장애의 위험은 소리의 수준뿐만 아니라 귀에 들어오는 소리 에너지의 양에 따라서도 달라집니다. 주어진 사운드 레벨에서 귀에 들어오는 에너지 양은 노출 기간에 직접 비례합니다.
따라서 사운드 환경의 청력 손상 가능성을 평가하려면 레벨과 기간을 모두 고려해야 합니다. 그러나 레벨이 충분히 높으면 기간은 중요하지 않습니다. 청력 손상은 거의 즉시 발생합니다.
측정된 레벨의 중요성을 더 잘 이해하기 위해 항상 데이터 축소를 모색합니다. 청력 손상 가능성 또는 더 낮은 사운드 레벨로 발견되는 경우 해당 레벨이 나타내는 성가심의 정도를 희생하지 않고 데이터를 하나 또는 몇 개의 숫자로 축소할 수 있다면 성공한 것입니다.
이를 위해 등가 연속 레벨 또는 Leq를 도입합니다. Leq는 실제 측정된 가변 사운드 레벨과 동일한 에너지와 결과적으로 동일한 장기 청력 손상 가능성을 갖는 상수 레벨입니다. 청력을 즉시 손상시킬 수 있는 피크 효과를 잠시 무시하면 이는 사실입니다.

 

정의: 수학적으로 Leq는 다음과 같이 정의됩니다.
          시간에 대한 평균값.

 

팁: RMS와 Leq의 차이점을 이해하려면 다음을 고려하세요. 둘 다 실제 시간 가변 신호 자체와 동일한 양의 에너지를 포함하는 동등한 상수 신호를 표현하지만 대체할 수 없습니다. Leq는 선형 에너지 평균을 표현하는 반면 RMS 값은 최근 이벤트가 이전 이벤트보다 더 많은 가중치를 갖는 가중 평균을 표현합니다.

 

참고: 주석에 대한 몇 가지 단어: LA는 A-가중 음압 레벨, LAeq, T는 A-가중 Leq, LAeq, T, I는 임펄스 및 A-가중 Leq, LAE는 A-가중 SEL을 의미합니다. dB(SPL)이라는 용어는 종종 "사운드 데시벨"을 "다른 데시벨"과 구별하는 데 사용됩니다.

 

그림 3

그림은 SEL, SPL, Leq 간의 관계를 보여줍니다. Leq는 실제 변화하는 소리(SPL)와 동일한 양의 에너지를 생성하는 데 필요한 상수 수준입니다.

SEL은 1초로 정규화된 Leq입니다. 모든 일이 1초 동안 일어났을 때의 Leq입니다.

 

음향강도 (Sound Intensity) 측정, 그림 4

 

 

자세한 내용을 원하시면 sales@cylos.co.kr, 031-251-1905로 문의를 주시거나, 싸이러스 홈페이지를 참고하시기 바랍니다.

 

위 그림을 클릭하면, 싸이러스 홈페이지로 이동합니다.

 

참고자료 (reference) : 
1. 노르소닉 홈페이지 
2. 싸이러스 홈페이지 (http://www.cylos.co.kr)
3. 싸이러스 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co)