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소음 dB 측정 방법

by lizard2019 posted May 25, 2020
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 종종 dB값은 기술적 이해 없이 사용 된다. 가령, 뉴스 제목에 어떤 공연에서 음량을 120dB로 재생 한경우 “ 끔찍한 동화 였다” 정도의 표현을 하는 것을 예로 들 수 있다.

 

요즈음 스마트폰 마다 dB를 측정하는 무료 앱을 탑제하여 많은 사람들이 dB를 측정할 수 있지만, 그런 측정 값이 유용한 정보를 제공할까? 

 

 우선, dB는 음량과 상관이 없는 단위이다. dB는 두개의 숫자 의 비율(ratio)를 표현하는 하나의 방법이다. dB 의 스케일은 로그형(logarithmic) 이기 때문에 일반적인 더하기와 나누기 방법을 쓸 수 없다. 다시 말해. 100 dB + 100 dB는 200dB가 아니다. 로그 계산 방법은 일반적인 대수 계산방법과 다르기를 하지만 쉽게 기억할 수 있다. 즉, 두배가 되면 3dB 가 늘어나는데, 그러므로 100 dB + 100 dB는 103dB가 된다. 10배를 키우면 10dB 가 되고 100배를 키우면 20dB 가 된다. 

음향의 측정 단위는 파스칼(Pascal) 이다. 사람이 들을 수 있는 음량의 폭은 아주 커서 가장 작은 음량의 크기는 0,0000020 Pa 혹은 20uPa 로 정의 되고 귀가 아플 정도의 큰 음량의 크기는 20 Pa 이 되어 두 값의 차이는 107 정도가 된다. 위에 dB를 소개한 데로, 이런 경우에 dB는 그 차이를 좀더 쉽게 이해하는데 도움을 준다. 만약 이 2개의 차이를 dB로 표현 한다면, 그 값은 120 dB 가 되는 것고 그러므로 귀가 아픈 정도의 큰 소리를 들을 수 있는 소리 보다 120dB 크다 라고 표현 할 수 있다. 

 

 이 예를 통해 얻을 수 있는 이해가 dB를 이해하는 다른 방법보다 훨씬 중요 하다. 예를 들어 첫해에 200명의 관객이 참석한 축제를 올해 했는데 내년에 2,000명이 참석 했다면, 관중이 10배 증가 했으므로 소음도 10dB 증가 할 것다. 다시 말해 이 값은 200명 참석했을 당시를 기준으로 계산 된 것이다. 그러므로 그냥 dB값을 말하는 것은 차이를 알려줄뿐 절대적인 크기를 알려주지는 않는다. 그러므로 음향에서는 가청역 최소 한계 음량 20uPa를 기준으로 비교하여 음량을 알려주어야하고 음량을 측정할때는 다음과 같이“xx dB ref 20uPa” 라고 표현 해야 한다. 하지만 기준치를 공식으로 정했으므로 ref 20uPa를 제외 하고 그냥 dB 로 쓰는 것이다. 

 

 dB는 여러가지 방법으로 측정할 수 있는데, 방법에 따라 아주 다른 결과를 보여준다. 주로 3가지 측정방법이 일반적으로 사용 된다. 3가치 측정방법 모두 유용한 정보를 제공한다. 하지만 기준치 없이 어떻게 무엇을 측정했는지 알 수 없다면, 해당 정보는 매우 제한 적일 수 밖에 없다. 

 

 

dB 측정 방법의 종류

 

피크 측정 (Peak measurements)

◦ 측정시 절대 피크(Peak) 값을 표시 한다. 이 값은 해당 피크(Peak) 의 지속 시간은 고려되지 않아, 측정값이 청각적으로 어떤 의미를 갖는지 파악 할 수 있는 것이 많지 않지만 아주 큰 피크(Peak) 음량은 항구적인 청각손상의 원인 이 될 수 있다고 알려져 있다. (예를 들어 가까운 거리에서 총소리 나 폭죽 소리를 들었을 경우 등). 

 

시간 가중 측정 (Time weighted measurements)

◦ 일반적으로 음량 측정에서 시간가중 “time weighting” 이란 것은 “Fast” 나 “Slow” 를 의미 한다.

시간 가중 (Time weighting) 이란 측정시 필터를 사용하여 음압의 증가에 대해 즉각적으로 반영하지 않게 된다. 그러므로 갑작스런 음압증가라 할 지라도 fast 가중방법에서는 Peak측정 방법의 측정 값 보다 더 작은 값으로 변동량이 난다. 

 

Leq 측정 (Leq measurements) 

◦ Leq 란 등가레벨(equivalent level)의 약어아다. 이 값은 특정시간동안 음량의 평균값을 표시 한다. 예를 들어 1분 이나 혹은 8시간 같은 특정한 시간을 의미한다. 그러므로 Leq 8h = 93 dB 라는 것은 8시간 동안 계속 측정한 평균 값이 93dB 라는 것을 의미 하는 것입니다. 측정시간 동안 어떤 구간에서는 93dB 보다 소리가 크지만, 어떤 구간에서는 93dB 보다 소리가 작아 결국 93dB 의 소음이 8시간 동안 계속 일정하게 발생된 것과 같다는 의미로 생각할 수 있다. 

 

간단한 예제를 살펴 보도록 하겠습니다. 스네어 드럼 의 경우, 아래의 그림은 같은 오디오 클립을 다른 3가지 방법으로 측정하였을때 결과가 어떻게 다르게 나타나는지를 보여 준다. 

 

소음측정

 

 

마지막으로 알아야 하는 내용은 주파수 가중 “frequency weighting” 이다.

 

 

dB 측정 지침

 

 사람의 청각은 주파수 에 대해서 선형(Linear)적이지 않다. 저음 과 고음에서 감도가 낮아 진다. 이 현상을 가장 쉽게 설명할 수 있는 것이 하이파이 시스템에 있는 “loudness” 버튼이다. 이 버튼을 누르면 저음과 고음을 사람의 귀 감도에 맞춰 보정하기 때문에 소리를 작게 듣더라도 더 좋음 음질을 즐길 수 있게 된다. 

 

가중치

 

 

  사람의 귀는 저음과 고음에서 감도가 낮아지기 때문에 1Khz에서 듣는 음량을 저음과 고음에서 똑같은 음량으로 소리를 재생 하더라도 귀에 덜 해롭다. 주파수 가중(frequency weighting)이라는 것은 이점을 감안하여 측정을 하는 방법이다.

 

이 그림은 “A- weighting” 이라고 불리는 주파수 가중 방법을 표시하고 있습니다. 다른 주파수 가중방법이 여럿 있으나 A-weighting 이 가장 많이 사용 된다.  이 필터는 dB값을 계산 하기 전에 사람의 귀를 상사(Mimic) 하기 위해 중음과 고음 주파수들의 음량을 많이 감소 시킨다. 그렇기 때문에 다른 가중치 보다도 사람의 귀에 위험한 신호를 예측하는데 질적으로 우수하다. 만약 일렉트릭 베이스 악기를 A-weighting 없이 측정하게 되면, 아마 상당히 다른 결과를 얻게 될 것아다. 따라서 dB 측정시 A-weighted 가중치를 사용하면, “dB(A)”로 표현한다.

 

요약: 

 

 dB는 V(전압) 이나 Km 단위와 다르고 2개의 값의 차이를 로그로 표현하는 방법이다. 만약 dB에서 기준값이 표시되지 않는다면 알수 있는 것이 재한적이 된다. 음량 측정시 공기를 기준으로 기준값은 언제나 20uPa. 아다. 이기준은 모두가 알고 있기 때문에 우리는 일반적으로 dB 혹은 dB(A) 라고 쓴다.

 

 3가지 음량측정방법이 일반적으로 사용 된다. Peak, Fast 그리고 Leq 입니다. 위에 언급한데로 같은 신호를 측정 하더라도 3가지 값이 다르게 나오기 때문에 어떤 경우에 어떤 측정법이 유용한지 아는 것은 중요 하다.

 

 마지막으로 사람의 귀의 청각 시스템과 유사하게 만들기 위해 주파수 가중(frequency weighting)법을 적용하고 일반적으로 A-weighting을 사용한다고 했다.  "공연이 120 dB 였어", 라고 하는 말은 어떤 유용한 정보를 제공 할까? 그렇지 않다. "공연이 측정시간 1 시간 Leq 101 dB(A)였고 , 최대 피크(peak) 는 120 dB(C) 였어” 라고 해야 정확한 정보를 표시할 수 있는 것입니다. 또 한가지 주의 하여야 할 것은 스마트폰의 음량측정 앱이 보여주는 결과역시 유용한 정보를 제공하지 못 한다. 그저 옆사람에게 소리를 질러 봐서 소리가 큰지 작은지 판단할 수 있는 수준의 정확도를 제공할 뿐이다.

 
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