1. 소리의 세기/강도 및 그 크기
ㅇ 소리의 세기, 소리의 강도 (Sound Intensity, SI)
- 음향 에너지가 단위 면적 당 전달되는 시간율 : [J/(㎡ s) 또는 W/㎡] ☞ 파동 세기 참조
. 음파에 의해 전달되는 음향 에너지의 단위 면적 당 순간 전달량
. 즉, 단위 시간(t) 당 단위 면적(A) 당 수직으로 전달되는 음파 에너지(E)
ㅇ 소리의 크기 (Sound Volume, Sound Loudness)
* (에너지의 순간 전달율인 소리 세기가 여러 물리량에 의존하지만, 이를 압력으로 만 표현한 것)
- 물리음향적 크기 : 음압 레벨 (압력에 의한 소리의 크기 표현) [dB SPL]
. 기준음압과의 로그 스케일에 의한 레벨 차이로써 나타냄
- 심리음향적 크기 : 라우드니스 (청각을 고려한 주관적 소리의 크기) [phon, sone]
. 소리의 세기,주파수,지속시간 등에 따라, 감각적으로 다르게 느껴지는 음의 량(量)
2. 소리 세기(강도)의 표현 및 구성요소
ㅇ 소리 세기의 표현식
- I = E / (A t) [J/(㎡ s) 또는 W/㎡]
= (F x) / (A t) = (F / A) (x / t) = pU
= p(t) U(t) [Pa ㎥/s]
* (기계) 기계적 세기 = 힘과 물체 속도와의 곱 (일률,동력)
(음향) 음향 세기 = 음압과 입자 속도와의 곱
ㅇ 소리 세기의 표현 요소별 의미
- E : 에너지 [J 또는 N m] (유체의 변형과 관련된 에너지)
- A : 면적 [㎡], t : 시간 [sec] (단위 면적 당 단위 시간 당)
- F : 힘 [N], x : 거리 [m] (유체가 행하는 일 또는 운반하는 에너지)
- p : 음압 [N/㎡ 또는 Pa] (시간,공간의 스칼라 함수)
. 평형 음압과 순간 음압 간의 차이
- U : 매질 내 유체 입자의 체적속도 [㎥/s] (시간,공간의 스칼라 함수)
. 매질 입자가 진동하는 속도 [m/s]에 수직으로 면적분 [㎡] 한 것
. 단, 이때의 매질 입자의 진동 속도는 음파의 전파 속도와는 다름 ☞ 음속 참조
3. 소리 세기(강도)의 레벨 표현 => SIL (Sound Intensity Level)
ㅇ 기준되는 소리의 세기에 비교하여 로그적으로 나타냄
[# SIL = 10 \log \frac{I}{I_0} \quad [\text{dB}] #]
- I。(기준 세기) : 10-12 [W/㎡]
. 감각적으로, I。는, 1 kHz에서 사람이 들을수 있는 최소 음의 세기
. 한편, 가장 큰 소리의 세기는, 약 1.0 [W/㎡], 기준 세기의 1012 배, 120 [dB SIL] 임
. 따라서, 사람은 0 ~ 120 [dB SIL] 정도의 소리 세기의 범위를 감지 가능
4. 소리의 세기(강도)는, => 편의성 때문에, 음압(Sound Pressure) 만으로 표현
ㅇ 소리 세기(강도) [W/㎡] 는,
- 매질의 압력 p(t) 및 유체 체적속도 U(t) 모두에 영향을 받음
- 단, 유체 체적속도 U(t)의 측정이 어려우므로,
- 주로, 음압 p(t) [N/㎡] 만을 측정하여 나타냄
* [참고] 음압(Sound Pressure) 단위
. [μN/㎡], [microbar,μBar], [pal,Pascal,Pa], [dyne/㎠,d/㎠] 등
.. 1 [dyne/㎠] = 1 [μBar] = 0.1 [Pa] = 0.1 [N/㎡] ≒ 10-6 대기압
ㅇ 소리 세기(강도)의 레벨[dB]은,
- 음압 만을 측정하고, 이를 기준 음압과의 레벨 차이로써,
- 즉, 속도 관점은 제외하고, `음압 위주의 크기 레벨` 만을 사용하게 됨 (다음 5.항 참조)
5. 소리의 크기(음의 크기)는, => 음량 (Sound Volume), 음량 레벨 (Sound Volume Level)
※ `음압 위주의 크기 레벨` 만을 사용
ㅇ 물리음향적 소리의 크기 ☞ 음압 레벨 (Sound Pressure Level, SPL) 참조
- 기준 음압(최소가청한계) 대비 레벨 차이에 의해 크기를 표현 : [dB]
[# S P L = 10\log\frac{I}{I_0} = 10\log\frac{p^2_{rms}}{p^2_{rms,0}}
= 20\log\frac{p}{p_0} = 20\log\frac{p}{0.00002} \quad [\text{dB}] #]
. p。(기준 음압) : 0 [dB] SPL = 0.0002 [dyne/㎠ 또는 μbar] = 0.00002 [Pa] (1 kHz에서)
ㅇ 심리음향적 소리의 크기 ☞ 라우드니스 레벨 (Loudness Level) 참조
- 인간 청각을 고려한 (Weighted) 주관적 소리의 크기 (들리는 음의 크기) : [phon], [sone]
※ 측정 : Sound Level Meter (사운드 레벨 미터)
6. 음원(스피커 등)의 크기는, => 음향 파워/음향 출력 (Sound Power)
ㅇ 음향 파워/음향 출력 (Sound Power)
- 음원(스피커 등)으로부터, 단위 시간 당 발생되는 음파 에너지 : [W (Watt)] 또는 [Joule/sec]
[# W = I \times S \quad \text{[Watt]} #]
. I : 음향 세기 [W/㎡], S : 표면적 [㎡]
ㅇ 음향 파워 레벨 (Sound Power Level, PWL) : [dB]
- 음향 파워의 레벨
[# P W L = 10\log\frac{W}{W_0} \quad \text{[dB]} #]
. W。(기준 파워) : 10-12 [W]