ANSI에 의하면 소음은 통상 원치 않는 음향(unwanted sound)이라고 정의된다. 이것은 심리적 작용과 물리적 성질을 고려하여 정의한 것이다. 음은 청기를 자극해서 자각적 음감을 일으키며, 젊은 사람의 가청주파영역은 20-20,000㎐정도이다. 가장 단순한 음향은 순음(pure tone)이라 하는데 이는 단일 주파수를 갖는 불규칙적 진동이며, 복합음은 음향이 집합한 것이다. 언어를 구성하는 주파수는 주로 250-3000㎐(회화음)의 범위이며, 언어음에 대한 청력상실이 일상활동에 대해서 가장 큰 영향을 미친다는 뜻에서 가장 중요한 주파수 범위이다.
1) 소리의 물리적 척도
음이 본질은 압력의 변화이며, 특정한 순음(pure tone)을 결정할 수 있는 것은 주파수, 진폭,위상이 정해질 때 가능하다. (P)음의 주파수는 소리의 고저를, 진폭은 소리의 크기을 좌우한다. 위상이 순음의 인식에 미치는 영향은 거의 없다. 그러나 여러 순음이 합쳐진 복합음(complex sound)의 경우에 각 성분의 위상이 음인식에 미치는 영향은 다양하다.
<순음에서의 주파수, 진폭, 위상>
음향(sound)은 신속하게 진동하는 물체로 말미암아 발생하는 정상 대기압의 주기적 증감, 즉 물리적 압력변동(physical pressure oscillation)이다. 음의 물리적 척도에는 음의 강도, 음압수준, 및 음원으로부터 단위시간 동안 방출되는 음에너지의 크기인 음력수준이 있다.
․주파수(Frequency, f): 단위시간동안 생기는 압력파동의 횟수, ㎐ (=cycle per second; cps) 가청음역: 20-20000㎐, 회화음: 250-3000㎐
․주기(periodic time, T): 소리의 압력파동이 1주기 도는데 걸리는 시간 (1/f), sec
․음속(Velocity, V): m/sec
․파장(wavelength, lamda): 1주기동안 음압이 전파된 거리
․진폭(amplitude, A): 진폭이 클수록 큰 소리, 음파의 진동폭, 단위 면적당 힘의 단위로 표시, N/㎡(Pa), dyne/㎠
*. Sound Power, Intensity, Pressure
|
음향파워 “P"를 갖는 어느 음원에서 소리가 발생될 때 소리에너지의 전달은 음원으로부터 인근 공기분자로 일어난다. 이 에너지는 주위에 있는 분자로 전달된다. 그러므로 에너지는 연못의 잔물결처럼 멀리 퍼져 나간다. 이 에너지가 특정지역을 통하여 특정방향으로 흐르는 비율을 소위 음향인텐서티 ”I"라 한다. 음원의 주변지역에 있는 특정지점에서 에너지의 통과는 그 지점의 음압 “P"를 증가시킨다. |
①음력(sound power W): 음원에서 발생되는 에너지. 음원에서 음을 전파할 수 있는 능력
|
음력수준(sound power level) Lw(㏈) = 10log |
W |
|
|
W0 |
(W0 = 10-12watt) |
②음강도(sound intensity I): 단위시간에 단위면적을 통과하는 음에너지
|
I(watt/㎡) = |
P2 |
(ρ: 공기밀도: 1.18 ㎏/㎥) |
LI = 10log |
I |
|
|
ρC |
(C: 공기에서의 음속: 344.4 ㎧) |
I0 |
|
I0 = 10-12W/㎡ ; 기준세기, 사람의 귀로 들을 수 있는 가장 작은 소리의 강도
청각역치에서의 소리의 세기는 0 ㏈이고, 통각역치에서의 소리의 세기는 120-130㏈이다.
③음압(sound pressure P): 음원으로부터 주어진 거리만큼 떨어진 위치에서 발생되는 음의 양
|
음압수준(sound pressure level) Lp(㏈) = 20log |
P |
|
|
P0 |
(P0 = 0.00002 N/㎡ = 2 ×10-5Pa) |
․소음을 측정할 때는 2 × 10-5Pa을 기준음압으로 삼고 있다. 이 기준은 임의로 택한 압력이며, 1,000㎐의 소리를 사람의 귀로 들을 수 있는 정상적인 역치로 보고 있다. 사람들이 들을 수 있는 음압은 0.00002 - 20N/㎡(0 - 120㏈, 이상이면 통증)이고, 대부분의 청력계기는 소리의 압력변화를 측정하여 데시벨로 환산하고 있다.
*. 청력보존 목적으로는 소리의 세기가 관계되지만 측정하기가 어렵기 때문에 대부분의 측정계기는 소리의 압력변화를 측정하여 데시벨로 환산하고 있다. 즉 ㏈은 음압을 대수변환한 것, 기준량에 대한 측정량의 비를 대수로 표시한 단위로 기준량이 정해지지 않으면 아무런 의미가 없다.(eg, 2 ×10-5Pa = 20 microPa) 사람의 귀는 외부자극에 비례하여 반응하는 것이 아니라 자극의 대수값에 비례하여 반응하므로 “음압 :기준 음압”의 비를 대수값으로 변환한다. 또한 음 강도는 음압의 제곱에 비례하므로 Lp(㏈ SPL)=10log10P2/Po2(Po= 2 ×10-5Pa) = 20log10P/Po 이다.
|
I = W ÷ S(=4πr2)
W = I ×4πr2 ←- P = N/㎡, 공기밀도 1.18㎏/㎥, 음속(344.4m/sec)
I = P2 ÷(매체의 밀도 ×음속)
W = (P2 ÷((매체의 밀도 ×음속)) ×4πr2
 (I ∝ P2) = W ÷S(=4πr2)
P: 음압의 실효치[Pa], φ: 공기의 밀도[㎏/㎥], c: 음속[m/s]
 I:음의 강도[Pa], I0: 기준음향 강도=10~12[W/㎡]
 W:음원의 음력[W], W0: 기준음력=10~12 [W]
Lp(㏈ SPL)=10log10P2/Po2(Po= 2 ×10-5Pa) = 20log10P/Po |
․ ★거리가 2배 증가시 소리세기는 4배 감소, 세기수준은 (P)6㏈ 감소
(∵ 음원으로부터 거리가 2배가 된다면, 면적이 4배가 되어야 통과하는 에너지의 양이 같아질 것이므로, I2는 (1/4) * I1이 된다)
․소리의 세기(Intensity)가 2배인 경우 소리세기 수준은 3㏈씩 증가 (∵ 10log102=3)
․★거리의 2배 증가시 음압은 2배 감소, 음압수준은 6㏈ 감소
(∵ 음향인텐서티가 1/4로 감소되면 음압은 1/2으로 감소된다)
․★음압(Pressure)이 2배 증가시 음압수준은 6㏈씩 증가(∵ 20log102=6)
․★같은 소음 두 개를 합치면 3㏈(A)씩 증가한다.
․소음의 차음효과는 벽체의 단위면적에 대하여 벽체의 무게를 2배로 증가시 6㏈ 증가
※ 경험상 데시벨 가감법칙
|
두 ㏈값을 합하는 경우
※ 0-1㏈ 차이 큰 값에 + 3㏈
※ 2-4㏈ 차이 + 2㏈ <P style='FONT-SIZE: 10 | |
