음향 공학 분야에서 백색 잡음과 핑크 잡음은 매우 중요한 역할을 합니다. 두 잡음은 시험에서 제어된 여기 신호로 사용됩니다. 핵심은 주파수 스펙트럼으로, 이 스펙트럼이 정해진 주파수 대역에서 에너지가 고르게 분포하도록 보장합니다.
잡음은 실내 공간, 스피커, 건물 부재를 측정할 때 유용합니다. 특히 기록되는 소리가 음원과 피시험 시스템이 상호작용한 결과일 때 그렇습니다. 음원의 특성을 알면 피시험 시스템이 음향 에너지 분포를 어떻게 바꾸는지 정밀하게 파악할 수 있습니다.
음향 시험에서 시험 신호를 알고 있으면, 해당 공간이 특정 주파수를 어느 정도 감쇠시키거나 증폭시키는지 평가할 수 있습니다. 또한 잡음은 주파수 대역 전체를 포함하므로, 시험 신호를 한 번 재생하는 동안 모든 주파수를 시험할 수 있습니다.
가장 널리 쓰이는 시험 신호는 백색 잡음, 핑크 잡음, 사인파 신호, 스윕(sweep), MLS입니다. 음향 공학에서는 측정 목적에 따라 다양한 시험 신호를 사용합니다. 어떤 여기 신호를 고를지는 주파수 응답, 임펄스 응답, 차음 성능 또는 그 밖의 파라미터 중 무엇을 시험하는지에 따라 달라집니다.
사인파 신호는 단일 주파수의 신호입니다. 고조파 왜곡과 두 시스템 사이의 위상 편이를 파악하는 데 적합합니다.
스윕은 주파수가 변하는 사인파 신호로, 실내 임펄스 응답과 스피커 및 오디오 신호 경로의 응답을 측정할 때 사용됩니다.
MLS(maximum length sequence)는 백색 잡음에 가까운 의사 난수 시퀀스입니다. 백색 잡음과 달리 MLS는 정확히 반복되므로, 동기화와 손쉬운 결과 평균화가 필요할 때 큰 장점이 됩니다.
백색 잡음은 폭이 같은 모든 주파수 구간이 같은 신호 파워를 갖는 특별한 종류의 신호입니다. 파워 스펙트럼 밀도가 일정한 랜덤 잡음입니다.
이상적인 백색 잡음은 100–200 Hz 범위와, 예를 들어 1000–1100 Hz 범위에서 같은 평균 파워를 갖습니다. 각 구간의 폭은 100 Hz이므로 평균 파워도 같습니다. 백색 잡음의 시간 파형 자체는 불규칙하지만, 평균값의 기댓값은 정확하게 정해져 있습니다.
핑크 잡음은 파워 스펙트럼 밀도가 주파수에 반비례하여 감소하는 랜덤 신호입니다. 주파수가 높아질수록 폭이 일정한 각 구간에 해당하는 파워는 점점 작아집니다.
이 잡음에서 가장 중요한 점은 모든 옥타브 대역에 같은 파워가 담긴다는 사실입니다. 그래서 125–250 Hz 옥타브와 1000–2000 Hz 옥타브의 평균 파워는 같습니다.
핑크 잡음은 옥타브 대역과 1/3 옥타브 대역에서 스펙트럼이 평탄하므로 옥타브 및 1/3 옥타브 분석에 매우 적합합니다. 폭이 같은 주파수 구간으로 보면, 핑크 잡음에서는 저주파의 비중이 고주파보다 크게 나타나고, 백색 잡음에서는 그 비중이 같습니다.
핑크 잡음은 옥타브 대역 및 1/3 옥타브 대역 분석에 기반한 음향 측정에서 특히 유용합니다. 음원이 핑크 잡음을 발생시키고 피시험 시스템의 주파수 응답이 평탄하다면, 출력에서는 연속된 옥타브 대역마다 비슷한 레벨이 나타날 것입니다.
음원과 측정 계통의 응답을 고려한 뒤에도 출력이 평탄하지 않다면, 이는 피시험 시스템의 주파수 응답을 반영합니다. 입력 신호를 알고 출력 신호를 측정하면 시스템의 주파수 응답을 구할 수 있습니다.
이 레벨은 평탄한 주파수 가중에서만 같다는 점을 기억해야 합니다. 일반적으로 사용하는 A 가중을 적용하면 대역별 레벨이 같지 않습니다. 또한 생성된 잡음은 이상적이지 않으며, 스피커와 측정 계통의 다른 구성 요소가 이 신호에 영향을 미칩니다.
핑크 잡음과 달리, 백색 잡음은 측정 시 연속된 옥타브마다 레벨이 높아지는데, 대역폭이 넓어지기 때문입니다.
잡음은 실내 음향에서 잔향시간 측정에 자연스럽게 선택되는 신호입니다. 단속적인 잡음 방법으로 잔향시간을 측정할 때는 실내에 충분한 음향 에너지를 공급하고, 음원을 끈 뒤 음압 레벨이 감쇠하는 시간을 기록합니다. 이 감쇠 속도가 각 주파수 대역의 잔향시간을 결정합니다.
이때 핑크 잡음이 유용한 이유는 에너지가 연속된 옥타브에 고르게 분포하기 때문이며, 덕분에 여러 대역에서 동시에 적절한 레벨을 얻을 수 있습니다. 여기 신호가 랜덤하므로 이 절차를 여러 번 반복하고 결과를 통계적으로 분석합니다.
단속적인 잡음 방법은 ISO 3382-2에 규정된 두 가지 방법 중 하나입니다: “음향- 실내 공간의 음향 변수 측정 방법 – 제2부 : 일반공간의 잔향시간”.
잡음은 차음 성능 측정에도 사용됩니다. 건물 부재의 차음 성능은 주파수에 크게 의존합니다. 벽이나 문은 어떤 주파수 대역에서는 소리를 더 효과적으로 차단하고, 다른 대역에서는 덜 차단할 수 있습니다.
전체 대역에서 차음 효과를 평가하려면 음원실을 적절한 잡음 신호로 여기한 다음, 두 실 모두에서 음압 레벨을 측정합니다. 백색 잡음 또는 핑크 잡음을 사용하며, 수음실에서 고주파의 신호 대 잡음비가 너무 낮으면 신호의 스펙트럼을 그에 맞게 조정할 수 있습니다. 음원실 신호와 수음실 신호의 레벨 차이가 두 실을 나누는 건물 부재의 차음 효과를 나타냅니다.
현장 측정에 대해서는 ISO 16283 시리즈가 측정 방법을 자세히 설명합니다(“음향 – 건물 및 건물 부재의 차음 성능 현장 측정 방법”). 실험실 측정은 ISO 10140 시리즈(“음향 — 건물 부재의 차음 성능 실험실 측정방법”)가 자세히 설명합니다. 실험실 측정에 대해서는 ISO 10140 시리즈의 제5부(ISO 10140-5)가 백색 잡음 사용을 권장합니다. 차음 성능의 단일 수치 평가량은 표준마다 다른 절차를 따릅니다. ISO 717-1은 Rw(실험실)와 R’w 또는 DnT,w(현장)를 규정하고, 미국의 ASTM E413은 STC(실험실)와 NIC 또는 ASTC(현장)를 규정합니다. 각 결과는 시험에 사용한 표준의 평가량으로 표기하며, 다른 평가량으로 환산하지 않습니다.
잡음 신호는 스피커와 전기음향 시스템을 시험할 때에도 사용됩니다. 잡음은 주파수 응답을 측정하는 효과적인 방법입니다. 스피커 자체의 응답을 올바르게 해석하려면 측정 결과에 미치는 다른 영향을 줄이거나 고려해야 합니다. 잡음은 스피커 내구성 시험에도 사용됩니다.
백색 잡음은 제어된 배경 소음으로도 사용됩니다. 시스템에 잡음을 넣으면 장치나 알고리즘이 음향 간섭에 어떻게 반응하는지 평가할 수 있습니다. 이는 음성 인식, 소음 저감, 통신 시스템을 시험하는 방법 중 하나입니다.
음성 명료도 시험에서는 잡음 성분을 기반으로 한 특수 신호를 사용합니다. 실제 음성은 시간에 따른 진폭 변조를 포함하므로, 변조되지 않은 잡음으로는 이러한 시험에 충분하지 않습니다.
STI(음성 전송 지수, Speech Transmission Index) 측정에는 스펙트럼이 적절히 형성되고 진폭 변조가 알려진 잡음 반송 신호를 사용합니다. 기본 신호는 핑크 잡음으로 만들 수 있으며, 이를 옥타브 대역으로 나눈 뒤 음성 스펙트럼에 맞도록 형성합니다. 이 대역들에 진폭 변조를 적용하고, 측정기는 시험 대상 음성 전송 경로를 통과한 뒤 변조가 얼마나 유지되는지 분석합니다.
형성된 스펙트럼과 변조 덕분에 시험 신호는 실제 음성의 스펙트럼과 포락선 변화를 모두 재현합니다. 따라서 음성 명료도 측정에 적합합니다. 음성 경보 시스템과 비상 통신 시스템은 IEC 60268-16에 따른 STI 측정의 대표적인 적용 분야입니다.
잡음 신호 측정을 위한 음향 시험 표준에는 국제, 유럽, 국가 표준 번호가 붙습니다. ISO와 IEC는 국제 측정 방법을 발행하고, 유럽 표준(EN ISO, EN IEC)은 이를 동일하게 채택합니다. 영국의 BSI와 독일의 DIN은 이 유럽 표준을 각각 BS EN과 DIN EN이라는 접두어로 발행합니다. 미국은 차음 성능에 대해 자체 ASTM 방법을 사용하며, 소음계와 필터에 관한 IEC 규격은 ANSI/ASA 표준으로 채택합니다. 아래 표는 측정별 국제 표준과 지역별 국가 발행본 또는 대응 표준을 정리한 것입니다.
| 측정 | 국제 및 유럽 | 미국 | 영국 | 독일 |
|---|---|---|---|---|
| 일반공간의 잔향시간 | ISO 3382-2(단속적인 잡음 방법 또는 임펄스 응답 적분 방식) | 미국 대응 표준 없음; ANSI/ASA S12.60(학교)은 현장 점검 지침으로 ISO 3382-2를 참조 | BS EN ISO 3382-2 | DIN EN ISO 3382-2 |
| 공기 전달음 차음 성능, 현장 | ISO 16283-1(백색 잡음 또는 핑크 잡음 권장); 평가: ISO 717-1(R’w, DnT,w) | ASTM E336(현장 측정 방법); 평가: ASTM E413(NIC, ASTC) | BS EN ISO 16283-1; 평가: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 16283-1; 평가: DIN EN ISO 717-1 |
| 공기 전달음 차음 성능, 실험실 | ISO 10140-2(측정 방법) 및 ISO 10140-5(시험 시설 및 시험 신호; 백색 잡음 권장); 평가: ISO 717-1(Rw) | ASTM E90(실험실 측정 방법); 평가: ASTM E413(STC) | BS EN ISO 10140-2 및 BS EN ISO 10140-5; 평가: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 10140-2 및 DIN EN ISO 10140-5; 평가: DIN EN ISO 717-1 |
| 음성 명료도(STI, STIPA) | IEC 60268-16 | IEC 60268-16 | BS EN IEC 60268-16 | DIN EN IEC 60268-16 |
| 클래스 1 소음계 및 옥타브 필터 | IEC 61672-1 및 IEC 61260-1 | ANSI/ASA S1.4/Part 1 및 ANSI/ASA S1.11/Part 1(IEC 61672-1 및 IEC 61260-1을 그대로 채택한 표준) | BS EN 61672-1 및 BS EN 61260-1 | DIN EN 61672-1 및 DIN EN 61260-1 |
약어: Rw — 가중 음향감쇠지수; R’w — 가중 겉보기 음향감쇠지수; DnT,w — 가중 표준화 음압레벨차; STC — 음향 투과 등급(Sound Transmission Class); NIC — 소음 차단 등급(Noise Isolation Class); ASTC — 겉보기 음향 투과 등급(Apparent Sound Transmission Class).
SVAN 979는 신호 발생기를 내장한 클래스 1 소음계 겸 진동 분석기입니다. 신호 발생기는 핑크 잡음, 백색 잡음, 사인파 신호를 생성합니다.
신호 발생기는 잔향시간 RT60 측정 기능과 연동됩니다: 단속적인 잡음 방법에서 측정기는 음원을 구동할 핑크 잡음을 출력하고, 신호를 끈 뒤에는 1/3 옥타브 대역에서 레벨 감쇠를 기록합니다. SVAN 979는 임펄스 방법으로도 잔향시간을 측정합니다. 차음 성능 측정은 BA Assistant 앱이 단계별로 안내합니다.
SVANTEK 대리점이 잔향시간 및 차음 성능 측정에 맞는 측정기, 음원, 앱 선택을 도와드립니다.
