소음 측정 : The Level of Sound (dB) (소리의 크기 (dB))

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 잇을 수 있습니다. 여섯번째 글 입니다.

 

소리의 진폭(크기), 주기 (출처 : 국가건강정보포털), 그림 1

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6. The Level of Sound (dB) (소리의 크기 (dB))

데시벨 소개
초기 전화 통신에서 긴 전선을 사용할 때 자주 발생하는 문제는 전송선에 의해 전송되는 신호에 가해지는 심각한 감쇠였습니다. 이러한 신호 강도 손실은 너무 심각하여 수신된 신호와 전송된 신호의 백분율을 계산하더라도 매우 불편한 숫자가 나왔습니다. 그런 다음 누군가가 수신 및 전송된 신호 강도의 비율에 대한 로그를 취하는 아이디어를 내놓았습니다.
사용된 로그가 10을 밑으로 하는 경우 두 전력량 간의 비율의 로그는 전화를 발명한 Alexander Graham Bell의 이름을 따서 벨(B)로 표현된다고 합니다. 그러나 벨은 종종 너무 커서 실용적이지 않습니다. 따라서 벨의 1/10인 단위인 데시벨이 도입되었습니다. 데시벨(약어 dB)은 공기 중의 소리를 설명하는 데 적용될 때 청력 한계(20µPa)를 기준 압력으로 사용합니다. 이 수준은 0dB로 정의됩니다. 파스칼 단위의 음압 레벨을 데시벨로 변환하면 10,000,000 : 1에 달하는 척도가 편리하게 0~140 사이의 값으로 줄어듭니다.

참고: 음압을 물리적으로 두 배로 늘리면 음압 레벨이 6dB 증가하고, 10배로 늘리면(×10) 20dB 증가합니다.
반면에 음압을 50%(예: 1에서 0.5 Pa) 줄이면 레벨이 6dB 감소하여 -6dB 변화로 표시되고, 1/10로 줄이면 20dB 감소하여 -20dB 변화로 표시됩니다.

음수 부호를 사용하여 레벨 감소를 나타내는 것을 살펴보세요.
우리가 알고 있다고 생각했던 미적분은 데시벨에는 적용되지 않습니다. 이것의 몇 가지 측면을 살펴보겠습니다.
dB는 비율을 나타내므로 xdB의 변화는 dB 스케일을 따라 어디에서나 동일한 상대적 변화를 나타냅니다. 이는 백분율 계산이 작동하는 방식과 유사합니다. 그러나 유사성은 dB의 대수적 특성에 관해서는 끝납니다. dB 사용을 정당화하는 중요한 사실은 우리의 감각이 작동하는 방식입니다. 청각 감각은 다른 대부분의 인간 감각과 마찬가지로 차등적입니다. 정상 상태 조건에 대한 정보보다는 변화가 우선시됩니다. 그러나 이는 감각 수준이 건강을 위협하는 수준보다 훨씬 낮은 경우에만 해당됩니다. dB는 얼마입니까? 일반적으로 1dB의 음압 레벨 변화는 인간의 청력으로 감지할 수 있는 가장 작은 변화입니다.
3dB의 압력 변화는 분명히 들리지만 그 이상은 들리지 않습니다.

음압 대 음향 파워
우화로 시작해 보겠습니다. 방에 전기 오븐을 두고 전원에 연결하고 켜면 방이 점점 따뜻해집니다.

 

그림 2

 

열은 전기 전력이 가열(열) 전력으로 변환되어 오븐에서 방출되는 데서 발생합니다. 실내의 최종 온도는 외부 온도와 실내 크기, 열이 실내에서 "빠져나가는" 것을 막는 단열재의 양에 따라 달라집니다. 단순화를 위해 열이 실내에 고르지 않게 분포될 수 있다는 점은 무시합니다.

그림 3

 

마찬가지로, 방에 소음원을 두면 특정 음향 전력을 방출하고, 이는 다시 특정 음압을 발생시킵니다. 음압 레벨은 벽에서 반사되는 소리의 양, 인접한 방으로 전달되는 소리의 양(따라서 돌아오지 않는 양) 등과 같은 것에 따라 달라집니다.
다시 말하지만, 방의 불균일한 음압 분포는 무시합니다.
온도계를 사용하면 방의 열(온도)을 측정할 수 있고, 소음계를 사용하면 방의 음압 레벨을 측정할 수 있습니다.
특별한 방이 없다면 온도계를 사용하여 전기 오븐의 방출 전력을 평가할 수 없습니다. (대신 오븐에서 소비하는 전력을 측정합니다. 전기 오븐의 효율은 100%이므로 전력을 계산할 수 있습니다.)
우리는 온도를 느끼고 열 전력(방사 효과 무시)보다는 온도를 기준으로 사용하는 것을 선호합니다.
마찬가지로, 우리는 음향 전력보다는 음압을 듣습니다. 청각 장애를 평가하려면 음압이 측정해야 할 올바른 매개변수입니다.
데시벨은 전력 도메인에서 정의되지만 수학을 통해 음압 레벨에도 사용할 수 있습니다.

크고 작은 모든 데시벨
완전히 독립적인 두 음원을 같은 방에 놓으면 결과적인 음압은 개별 음압의 합이 아닙니다. 대신 결과적인 음향 전력은 두 음원에서 각각 방출되는 음향 전력의 합이 됩니다.
왜 그런지 자세히 설명하는 것은 이 기사의 범위를 벗어납니다.
좋아요, 음향 전력을 사용하여 두 음원을 같은 방에 모았을 때 결과적인 소음 레벨을 찾을 수 있지만 왜 두 음압 레벨을 더할 수 없을까요?
음향 전력은 음압의 제곱에 비례합니다. 즉, 음압이 두 배가 되면(초기 값의 두 배) 음향 전력은 네 배가 됩니다(초기 값의 네 배).
따라서 음향 전력에 익숙해지는 것 외에는 선택지가 없습니다.
앞서 dB는 dB라고 가정했습니다. 위의 내용에서 우리는 이제 +6dB의 변화가 초기의 두 배의 음압 레벨과 초기의 네 배의 음향 전력 레벨을 제공한다는 것을 추론할 수 있습니다.
다시 말해, 음향 전력 레벨의 경우 dB는 음압 레벨보다 "더 많이" 계산되며, 이는 "큰" 및 "작은" 데시벨에 대해 이야기하는 것을 정당화합니다.

참고: 특정 예방 조치를 취하면 음압 레벨 측정에서 직접 음향 전력을 계산할 수 있습니다.

데시벨 단위로 레벨을 계산하려면
SPL = 20 x log10 (p / pref) dB
여기서
SPL은 측정된 음압이고
pref는 청력 한계값(20 µPa)입니다.

데시벨은 일반적으로 정의되어 있고 소리와 함께 사용하도록 제한되지 않으므로 기준 레벨로 20 µPa를 사용하는 데시벨은 일반적으로 dB SPL(음압 레벨)이라고 합니다. 첫 번째 줄에서 제곱 값을 사용하는 것에 유의하세요. 이는 데시벨이 전력 도메인에서 정의되기 때문입니다. 그러나 수학 규칙에 따르면 두 방정식은 실제로 동일합니다.

 

RSS (reference sound source, 그림 4

 

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

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