phon, sone   Loudness   라우드니스, 라우드네스

1. 소리의 세기/강도 및 그 크기

  ㅇ 소리의 세기/강도 (Sound Intensity) 
     - 음파에 의한 음향 에너지의 순간 전달량 [W/㎡]

  ㅇ 소리의 크기 (Sound Volume, Sound Loudness)
     * (비록, 에너지의 순간 전달율인 소리의 세기가, 여러 물리량에 의존하지만,
        이를 단순하게 압력의 크기 만으로 표현한 것)
     - 물리음향적 크기 : 음압 레벨 (물리적 압력에 의한 소리의 크기 표현) [dB SPL]
     - 심리음향적 크기 : 라우드니스 (청각 자극 압력으로 느끼는 주관적 소리의 크기) [phon,sone]


2. 라우드니스 (Loudness)  :  인간이 느끼는 소리의 크기 (심리량)

  ㅇ 소리의 세기,주파수,지속시간 등에 따라 감각적으로 다르게 느껴지는 음의 량(量)/세기
     - 인간 청각의 지각 정도를 고려한 소리의 청감 세기를 말함
        . 다소 주관적인 요소로써, 소리 크기가 크거나 작거나 하는 판단기준의 역할
           .. 음의 세기에 관계된 청각상의 성질, 지각되는 음의 세기를 모두 고려함

  ㅇ 과학화(정량화) 역사
     * Barkhausen에 의해 최초로 소개
     * 1933년 Bell 연구소의 Fletcher, Munson에 의해 연구 실행
     * 1957년, Robinson-Dudson이 라우드니스 곡선을 발전시킴 
     * 1987년, ISO에서 ISO 226 표준으로써 라우드니스 곡선을 정함 

  ※ 주파수에 따라 들리는 소리 크기가 달라지는 곡선(등청감곡선) 모양을 취함


3. 한편, 라우드니스 크기의 음량,지속시간 등에 대한 의존성

  ㅇ 음량 자체가 작으면, 저음 및 고음 청취가 악화되며 명료성도 떨어짐
  ㅇ 음량 자체가 커지면, 커브가 평탄해지는 특성을 보임
  ㅇ 음의 지속시간이 길어지면, 라우드니스 크기도 커짐 (단, 300 ms 이상이면 더이상 증가 안함)

  ※ 결국, 라우드니스 크기는, 소리의 지속시간, 발생시간, 스펙트럼 특성 등에 따라 달라짐


4. 라우드니스 레벨(Loudness Level)의 측정 및 그 결과 곡선   ☞ 등청감곡선 참조

  ㅇ 1 kHz의 기준 음압과 같은 크기로 들리는 다른 주파수에서의 음의 크기를 곡선 레벨화한 것

  ㅇ 측정 방식 : 사람이 1 kHz 톤(Tone)을 정면에서 받을 때(지각할 때)를 기준으로 함

  ㅇ 측정 결과 곡선 : 등청감곡선


5. 라우드니스 레벨 단위  :  [phon], [sone]

  ㅇ 기준 음압과 비교하여 나타낸 단위 척도 => (등청감곡선을 고려하여 객관화시킨 척도) 
     * 주파수에 따라 달라지는 곡선 커브 모양을 함 ☞ 등청감곡선 참조

  ㅇ [phon]
     - 기준 주파수에서의 기준 값으로는,
        . 최소가청한계 음압의 기준이 되는 주파수 1 kHz에서,
        . 소리 세기의 기준인 2 x 10-5 [Pa]에 대한 dB SPL 값을 기준으로 함
        . 즉, 1 kHz 순음의 음압레벨 1 [dB SPL] = 1 [phon]
     - 그 밖의 주파수에 대해서는,
        . 기준 주파수 1 kHz에서와 동일한 소리 크기로 느껴지는 음압 수준으로써,
        . 이는 등청감곡선에 따라 그대로 구해짐
     - 수치 例)
        . 1 [phon] = 1 kHz 순음의 음압레벨 1 [dB SPL]
        . 10 [phon]이면, 1 kHz에서 10 [dB SPL]인 소리 크기와 같은 크기로 들리는 소리 레벨
        . 사람의 가청 한계는, 0 ~ 130 [phon] 정도 (최소가청한계 ~ 최대가청한계 사이)

  ㅇ [sone]
     - phon 데시벨 값을 `선형 척도`화한 단위
        . 상대적으로 느끼는 주관적 소리 크기를 phon 처럼 `데시벨 로그 척도`가 아닌,
        . 40~100 사이의 phon 데시벨 값을 대략적으로 `선형 척도`화한 단위
     - 대략적으로,
        . 라우드니스 크기 차이가 2배 일 때, `음압레벨(SPL) 상에서 10 dB 정도 씩 차이`를 보이므로,
        . 다음 3점을 이으면서 선형적인 단위 척도로 삼음
     - 수치 例)
        . 1 [sone]은, 라우드니스 레벨 40 [phon] 을 기준으로 삼고, (즉, 1 [sone] = 40 [phon])
        . 2 [sone]은, 소리 크기(라우드니스 크기)가 2배로 증가하고, (50 [phon])
        . 0.5 sone은, 소리 크기(라우드니스 크기)가 1/2로 감소하도록 척도화 함 (30 [phon])

  ※ 1 kHz 순음에서의, 음압레벨[dB SPL], 폰[phon], 손[sone] 관계
      

  ※ [참고 그림/도표] ☞ Audio/Acoustics Conversion 관련