1. 음향 세기(강도)를, 굳이, 음압 및 음압레벨에 의해, 표현하는 이유
※ 음의 강도[W/㎡]는,
- 매질의 압력 p(t) 및 매질 입자의 작은 변위 속도 v(t) 모두에 영향을 받음
- 그러나, 매질 입자 속도 v(t)의 측정이 어려우므로,
- 주로, 음압 p(t) [N/㎡] 만을 측정하여 나타냄
ㅇ 음압 (Sound Pressure)
- 음원이 발생시킨 대기 진동에 의해 야기된 순간 압력
ㅇ 음압 레벨 (Sound Pressure Level,SPL)
- 음의 크기의 동적범위는, 가장 크고 작은 것 간에, 무려 100만 배 이상 차이가 남
- 따라서, 소리의 크기(강도)에 대해 객관적 측정 및 비교가, 용이하도록,
- 주로, 기준음압과의 로그 스케일에 의한 레벨 차이로써 나타냄
- 특히, 로그에 의한 레벨 표현방식은, 매우 큰 수,극미한 수의 취급에 많은 편리함을 줌
2. 음압 = 압력 [μN/㎡]
ㅇ 순간 음압 : p(t)
- 대기압 하의 순간적 압력
. 대기압은 ≒ 1 [bar] (1 기압 = 1.0133 bar) 정도
ㅇ 제곱평균제곱근 음압 : p
[# p_{rms} = \sqrt{\frac{1}{T} \int^T_0 p^2 dt} #]
- p : 실효 음압 (RMS 음압)
- p : 순간 음압
ㅇ 음압 또는 압력 단위
- 파스칼 [pal,Pascal,Pa], 제곱미터 당 마이크로 뉴튼 [μN/㎡], 마이크로바 [μBar],
제곱센티미터 당 다인 [dyne/㎠,d/㎠] 등
* 단위 환산 例)
. 1 [dyne/㎠] = 1 [μBar] = 0.1 [Pa] = 0.1 [N/㎡] ≒ 10-6 대기압
. 1 [atm] = 1 [기압] = 760 [mmHg] = 760 [torr] = 101.3 [kPa] = 1.013 [bar]
ㅇ 인간의 음압 인식 정도 例)
- 통상, 인간의 음압 인식 범위가 대기압의 백만분의 1(10-6) 정도임
3. 음압 레벨 (SPL) [dB]
ㅇ 측정 음압(p)과 기준 음압(p。)과의 比에 대해 상용로그(log)를 취함
[# SPL = 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 또는 p : 측정 음압 또는 RMS 음압 [N/㎡]
. 순간 음압,평균 음압,최대 음압이 아닌 실효 음압(RMS 음압) p 을 사용함
- p。: 기준음압, 최소가청한계 (1 kHz)
. p。= 20 [μN/㎡ 또는 μ Pa] = 2 x 10-5 [N/㎡ 또는 Pa] = 2 x 10-10 [bar]
.. 거의 들리지 않을 작은 소리 레벨로써, 즉, 20대 성인의 최소가청한계
.. 즉, 1 kHz에서 20 μPa (0 dB SPL)
. 한편, 공기 중이 아닌 수중에서는, 1.0 [μ Pa]을 기준음압으로 함
※ [참고] 인간 가청 범위 내의 음압 레벨 측정기 ☞ 사운드 레벨 미터 참조
4. 인간의 청취 가능 음압 및 음압 레벨 例)
ㅇ 청취 가능 음압 범위 (Hearing Dynamic Range)
- 대략, 20 μPa ~ 200 Pa (1 : 10,000,000)
ㅇ 적당히 듣기 좋은 음압 및 음압레벨 例)
- 음압 : p = 103 p。
- 음압 레벨 : SPL = 20 log p/p。= 60 [dB SPL] 또는 2 x 10-7 [bar]
* 통상, 이 정도면 대면 회화에 적당한 평균 음압 레벨을 가리킴
ㅇ 음압 레벨 차이의 청감 정도
- 3 dB SPL : 소리 크기 변화를 감지 가능
- 5 dB SPL : 뚜렷한 차이로써 인식 가능
- 10 dB SPL : 2배 차이로 인식
- 20 dB SPL : 4배 차이로 인식