음의 세기 (Intensity) - 음의 크기 정도를 세기 (intensity) 라고 부르며, 음 세기의 레벨 (sound intensity level)을 데시벨 (decibel, dB)로 나타낸다. 어떤 소리의 크고 작음은 주변 환경에 따라 매우 주관적이며 상대적으로 인식하게 된다. 그런데 이 소리의 크기를 측정하거나 조절할 때 사용하는 전력이나 전압을 직접 다루게 되면 수치 차이가 너무 크고 복잡하여 사용하기가 불편하다. 따라서 이 소리 크기에 관한 상대적인 비교값을 간단한 수치로 나타낼 수 있게 한 것이 데시벨이다. 데시벨 (decibel)의 "deci"는 1/10을 의미하고 "bel"은 전화를 발명한 알렉산더 그레엄 벨 (Alexander Graham Bell)의 이름을 딴 것이다. 벨을 구하는 수식이 다음과 같다. I는 "Intensity"의 약자로서 세기를 나타내며, I(0)은 기준 세기, I(1)은 비교하는 세기를 나타낸다.
Bell = log I(1)/I(0)
그러나 벨의 단위로 표시하면 값이 너무 작아 소수를 사용해야 하므로 1/10인 데시벨 (decibel, dB)을 사용한다.
dB = 10 log I(1)/I(0)
예를 들어 1W(와트, Watt)와 그 10배인 10W를 비교하면 9W의 차이가 나며, 70W와 그 10배인 700W를 비교하면 630W의 차이가 난다. 모두 10배이지만 W의 직접적인 비교는 당연히 복잡하고 곱셈을 해야 하는 불편함이 있다. 이를 위의 식을 이용하여 dB로 환산하여 사용한다면,
dB = 10 log 700W/70W
= 10 log 10W/1W
= 10 log 10 = 10 x 1 = 10
10배의 차이는 10dB이 된다. 좀 번거로운 수식이지만 간단히 덧셈으로 생각할 수 있게 해준다.
다음 표는 1W를 기준 세기 전력으로 가정한 음 세기의 레벨 dB 값을 계산한 표 이다.
위의 표에서 보면 전력이 두 배로 증가하면 세기의 레벨은 3dB 증가하고 반이 되면 3dB 감소하며, 10배가 증가하면 10dB 증가한다는 것을 알 수 있다. 보다 적은 수치로 쉬운 덧셈을 통해 비교할 수 있다.
이상과 같이 소리의 상대적인 크기는 dB라는 단위를 이용하여 표기한다. 하지만 이는 사람이 인식하는 소리의 크기를 절대적으로 나타내는 데는 부적절하기 때문에, 여기에는 음압 레벨 (Sound Pressure Level, SPL)을 사용한다. SPL은 사람의 청력에 관한 절대적인 기준 값을 갖는다. 음의 세기는 음압의 제곱에 비례하므로 음압 레벨(SPL)을 구하는 수식은 음 세기의 레벨을 구하는 식에서 얻을수 있다. I는 Intensity의 약자로서 "세기"를 나타내며, P는 "Pressure"의 약자로서 "음압"을 나타낸다.
10 log I(1)/I(0) = 10 log ( P(1)/P(0) )제곱 = 20 log P(1)/P(0)
SPL = 20 log P(1)/P(0)
위의 수식에서 보듯이 SPL은 음압 값에서 구하게 되나 결국 dB와 SPL의 값은 같다. 그러므로 여기서는 물리학이 아니므로 복잡한 압력의 단위를 사용하지 않고 음향 파워 레벨 (acoustic power level, PWL) 을 측정하는 와트(W)로 설명한다. 사람이 들을 수 있는 가장 큰 소리, 즉 고막이 파열될 수도 있는 고통을 느끼게 하는 한계점 (Threshold of pain)의 큰 소리를 1음향 와트 (acoustic watt)로 하면, 바람과 벌레 소리도 멈춘 적막한 벌판에서 저 멀리 나뭇잎 하나가 떨어지는 소리로 표현되는 소리라고 느끼기 시작하는 한계점 (Threshold of sound)의 소리는 10의 마이너스 12승 음향 와트 (0.000000000001 acoustic watt)가 된다. 이 음향 와트를 긴준 레벨 0dB SPL로 하면 가장 큰 소리는,
10 log (1/10의 마이너스 12승) = 10 log 10의 12승 =10 x 12 =120 dB SPL이 된다.
따라서 만일 자동차의 소리가 80dB SPL이라고 한다면 이 소리의 음압은 들을수 있는 가장 작은 소리보다 80dB크고, 고통을 느끼는 한계점에서 40dB 작은 소리를 의미하는 것이다. 다음 표는 SPL의 dB 레벨과 음향 와토 레벨 및 실제 상상할수 있는 개략적 소리 크기화의 관계를 보여준다.
'무대음향 3급 대비' 카테고리의 다른 글
| [무대음향] 소리의 발생과 주파수 (0) | 2020.07.31 |
|---|
