사운드 프레셔(음압) 레벨(SPL)
데시벨(dB)로 표시되는 음압 레벨(SPL)은 음향학에서 일반적으로 사용됩니다. 마이크로폰을 사용하여 공기 중에서, 수중청음기(하이드로폰)를 사용하여 물속에서 측정할 수 있습니다.
데시벨(dB)로 표시되는 음압 레벨(SPL)은 음향학에서 일반적으로 사용됩니다. 마이크로폰을 사용하여 공기 중에서, 수중청음기(하이드로폰)를 사용하여 물속에서 측정할 수 있습니다.
음압 레벨은 기준값에 대한 소리의 유효 압력을 로그 단위로 측정한 값으로 데시벨(dB)로 정의됩니다. 일반적으로 사용되는 공기 중 기준 사운드 프레셔(음압)는 20μPa이며, 이는 종종 사람의 가청 임계값으로 간주됩니다. 가청의 하한은 0dB의 음압 레벨 SPL로 정의됩니다. 왜곡되지 않은 음파가 지구 대기에서 가질 수 있는 가장 큰 압력 변화는 1기압(194dB 피크 음압 또는 191dB SPL)입니다.
사운드 프레셔(음압)는 음파에 의해 발생하는 주변 기압과의 국부적인 편차입니다. 음압은 마이크로폰을 사용하여 공기 중에서, 수중청음기(하이드로폰)를 사용하여 물속에서 측정할 수 있습니다. 사운드 프레셔(음압)는 파스칼(Pa) 단위로 측정됩니다. 사운드 프레셔(음압)의 수학적 정의는 정압과 동압을 더한 총 압력입니다. 음파에서 사운드 프레셔(음압)의 상보적인 변수는 입자 속도이며, 입자 속도와 함께 음파의 음향 강도를 결정합니다.
SPL 음압 레벨 측정은 청각 손상 가능성을 나타낼 수 있습니다. 85dB 이상의 음압 레벨에 장시간 노출되면 청각 손상이 발생할 수 있으며, 120dB 이상의 레벨에 노출되면 즉각적이고 영구적인 청각 손상이 발생할 수 있습니다. 따라서 SPL 수준을 측정하고 귀마개나 귀마개를 착용하는 등 소음 노출로부터 자신을 보호하기 위한 적절한 조치를 취하는 것이 중요합니다.
사람의 귀는 주파수마다 감도가 다르기 때문에 소리의 주파수는 음압 레벨(SPL) 측정에 영향을 미칩니다. 따라서 소음계는 A, B 및 C 가중 필터와 같은 주파수 가중 필터를 사용하여 다양한 주파수에서 사람의 귀의 감도에 맞게 음압 레벨 SPL 측정을 조정합니다. A-가중 필터는 중간 주파수 소리에 대한 사람의 귀 감도와 가장 잘 일치하기 때문에 환경 소음을 측정하는 데 일반적으로 사용됩니다. B-가중 필터는 더 높은 주파수를 강조하고 C-가중 필터는 더 낮은 주파수를 강조합니다.
음압 레벨(SPL) 계산
SPL을 계산하려면 기준 음압 레벨에 대한 음압의 비율을 구한 다음 그 비율의 로그(기본 10)를 구한 다음 20을 곱하면 됩니다. 이렇게 하면 데시벨(dB) 단위의 SPL이 나옵니다.
예를 들어 음압이 20µPa인 경우, 기준 음압 레벨에 대한 RMS 음압의 비율은 20/20 = 1입니다. 이 비율의 로그(기본 10)를 취하면 0이 되고, 20을 곱하면 0dB의 SPL이 됩니다. 이는 가능한 가장 낮은 SPL로, 가청 임계값에 해당합니다.
반면에 음압이 200µPa이면 기준 음압 레벨에 대한 RMS 음압의 비율은 200/20 = 10입니다. 이 비율의 로그(기본 10)를 취하면 1이 되고, 20을 곱하면 20dB의 SPL이 됩니다. 이는 가청 임계값보다 훨씬 크지만 여전히 비교적 조용합니다.
사운드 프레셔(음압)가 증가하면 SPL도 증가합니다. SPL이 120dB이면 통각 임계값에 해당하는 소리로 간주되며, 이보다 큰 소리는 영구적인 청력 손실을 유발할 수 있습니다.
사운드 프레셔(음압)를 Pa 단위로 측정할 때 dB 레벨에 20dB를 더하면 음압에 10을 곱하는 것과 같습니다. 예를 들어 200µPa는 20dB(다시 20µPa)에 해당하고, 2000µPa는 40dB에 해당합니다.
음압 레벨(SPL)의 기준값은 무엇인가요?
SPL(음압 레벨)의 기준값은 사람의 귀로 인지할 수 있는 최소 음압 레벨로, 0dB SPL과 같습니다. 이는 가청 임계값이라고도 하는 20µPa(마이크로 파스칼)의 사운드 프레셔(음압)에 해당합니다. 이 기준은 측정된 음압과 최소 가청 음압 사이의 음압 레벨 차이를 계산하는 데 사용됩니다. 음압 레벨은 기준 압력에 대한 음압 레벨의 로그 측정값인 dB SPL로 표시되며, 이는 기준 압력에 대한 음압 레벨의 로그 측정값입니다.
ISO 1999에서는 다음 공식으로 음압 레벨(Lp)을 정의합니다:
Lp=10lg (p/p0)2
여기서 p는 파스칼 단위의 사운드 프레셔(음압)이며, 기준 음압 p0은 ISO 1683에 따라 20μPa입니다.
A-가중 음압 레벨 LpA
LpA=10lg(pA/p0)2
여기서 pA는 파스칼(Pa) 단위의 사운드 프레셔(음압) 가중치입니다.
인간은 음압 레벨을 로그 데시벨(dB) 단위로 인식하는데, 이는 사람이 들을 수 있는 최저 음압인 약 20μPa(20 마이크로 파스칼), 즉 0dB와 관련이 있습니다. 사람이 청각할 수 있는 가장 낮은 음압 레벨은 일반적으로 3000~4000Hz 사이에서 발생합니다. 약 60 Pa의 사운드 프레셔(음압)는 정상적인 사람의 귀에 통증을 유발할 수 있습니다.
음압 진폭 변화가 크기 때문에 파스칼 단위가 아닌 데시벨(dB) 단위의 음압 레벨이 사용됩니다. Lp=10lg (p/p0)2 공식을 사용하는데, 여기서 p는 파스칼 단위의 음압이고 p0은 기준 음압인20μPa입니다 . 이 공식은 사운드 프레셔(음압) 레벨을 기준 압력에 대한 음압 비율의 로그 함수로 표현합니다. 음압을 파스칼 단위로 두 배로 늘리면 데시벨(dB) 단위의 음압 레벨이 6dB 증가합니다.
데시벨 단위에서 들리는 소리의 범위는 청각 임계값인 0dB부터 통증 임계값인 130dB 이상까지입니다. 사운드 프레셔(음압)를 두 배로 늘리는 것은 6dB의 증가에 해당하지만, 주관적으로 소리가 두 배로 크게 느껴지려면 약 10dB의 증가가 필요합니다. 사람이 청각할 수 있는 가장 작은 변화는 약 3dB입니다.
음압 레벨(SPL)은 데시벨(dB) 눈금을 기준으로 주관적으로 설명할 수 있습니다. 0~40dB 범위는 조용함에서 매우 조용한 것으로 간주되며, 60~80dB은 일반적으로 시끄러운 것으로 묘사됩니다. 사운드 프레셔(음압) 레벨이 100dB이면 매우 시끄러운 것으로 인식되며, 120dB 이상이면 참을 수 없는 수준으로 인식됩니다.
사람의 귀는 주파수마다 감도가 다르며, 가장 민감한 범위는 2kHz에서 5kHz 사이입니다. 즉, 소리의 주관적인 라우드니스(소리 크기)는 음압 레벨에 의해서만 결정되는 것이 아니라 다른 복합적인 요인에 의해서도 결정됩니다. 또한 이러한 주파수 감도의 차이는 높은 음압 레벨보다 낮은 음압 레벨에서 더 뚜렷하게 나타납니다. 그림의 등가 라우드니스 윤곽선은 1kHz 톤과 동일한 겉보기 라우드니스(소리 크기)를 내기 위해 어떤 주파수에서 필요한 음압 레벨을 보여줍니다. 예를 들어, 50Hz 톤은 70dB 레벨에서 1kHz 톤보다 15dB 높아야 주관적 라우드니스(소리 크기)가 동일합니다.
반면에임펄스 사운드는 라우드니스(소리 크기)를 평가할 때 어려움을 겪습니다. 임펄스 사운드는 지속 시간이 1초 미만인 소리입니다. 이러한 소리는 지속 시간이 짧기 때문에 귀가 라우드니스(소리 크기)를 감지하는 감도가 떨어집니다. 예를 들어 타자기 소리와 망치질 소음이 충격 소음의 예입니다. 연구자들은 일반적으로 70밀리초 미만의 짧은 소리는 같은 음압 레벨의 긴 지속 시간 소리보다 인지되는 라우드니스(소리 크기)가 낮다는 데 동의합니다.
일부 음원의 음압 레벨은 음원과 청취자 사이의 거리에 따라 달라질 수 있습니다. 이 표의 값은 일반적인 지침으로 제공됩니다:
| 소스 | 음압 레벨(dB) |
|---|---|
| 가청 임계값 | 0 |
| 바스락거리는 나뭇잎 소리 | 20 |
| 조용한 속삭임(1m) | 30 |
| 조용한 사무실 | 40 |
| 1m에서 일반 대화 | 60 |
| 자동차 내부 | 65-80 |
| 큰 소리로 노래하기 | 70 |
| 진공 청소기(3m) | 75 |
| 버스, 디젤 트럭, 오토바이(15m) | 80 |
| 잭해머 (15m) | 90 |
| 지하철(내부) | 94 |
| 잔디 깎는 기계(1m) | 107 |
| 청각 장애, 인간의 고통 한계 | 120 |
| 제트 비행기(30m) | 130 |
| 통증 임계값 | 140 |
| 군용 제트기 이륙(30m) | 150 |
| 대형 군용 무기 | 180 |
SPL 음압 레벨은 일반적으로 음압 레벨 미터를 사용하여 측정합니다. 소음계에는 마이크로폰, 처리부, 디스플레이가 포함되어 있습니다. 음압파는 마이크 멤브레인을 움직이게 하고, 이는 소음계에서 전기 신호로 변환되어 음압 레벨 미터로 전달됩니다. 다음으로 SLM은 전기 신호를 디지털 신호로 변환하여 데시벨(dB) 형태로 표시할 수 있도록 합니다.
A-가중 음압 레벨(LpA)을 계산하기 위해 SLM은 주파수 가중 필터를 사용하여 사람의 귀가 다른 주파수에 얼마나 민감한지에 맞게 음압 수치를 조정합니다. A-가중 필터는 사람이 가장 잘 들을 수 있는 주파수에 더 많은 가중치를 부여합니다. 또한 SLM은 일정 시간 동안의 소리의 평균 에너지인 등가 소음도(Leq) 형태로 시간에 따른 음압을 통합할 수 있습니다.
소리를 측정할 때는 급격하게 변동하는 음압 레벨의 변화를 정확하게 포착하는 것이 중요합니다. 과거에는 아날로그 사운드 미터가 이러한 변동을 따라잡지 못해 판독값이 부정확했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 두 가지 감지기 응답 특성이 표준화되었습니다: 빠른(F) 및 느린(S). 빠른 감지기 응답은 125밀리초의 시간 상수를 가지므로 빠르게 반응하는 디스플레이 응답을 통해 너무 급격하게 변동하지 않는 음 레벨을 정확하게 측정할 수 있습니다. 반면에 느린 감지기 응답은 1초의 시간 상수를 가지 므로 아날로그 미터의 디스플레이 변동을 평균화하는 데 도움이 되는 느린 응답을 제공합니다.
디지털 디스플레이가 장착된 최신 소음계는 디스플레이 변동 문제를 극복했습니다. 그러나 측정의 기준이 되는 표준에 따라 달라지기 때문에 여전히 고속 및 저속 감지기를 사용합니다.
A, C 및 Z 가중치는 소음계에서 측정된 음압 레벨(SPL)을 사람의 소리 지각에 더 잘 맞도록 조정하기 위해 사용되는 주파수 가중치입니다.
A-가중 곡선은 사람의 귀가 다양한 음압 레벨에 어떻게 반응하는지를 보여주며, 환경 및 산업 현장에서 소음을 측정하는 데 자주 사용됩니다. A-가중 곡선은 저주파 및 고주파 음압 레벨을 감쇠시켜 인간의 청각이 가장 감도가 높은 500Hz에서 10kHz 사이의 주파수에 더 많은 가중치를 부여합니다.
C-가중 곡선은 감쇠 없이 모든 주파수에 걸쳐 전체 음압 레벨을 측정합니다. 록 콘서트나 공항 활주로와 같이 소음 수준이 높은 환경에서 소리를 측정하는 데 사용됩니다.
Z-가중 곡선은 “선형” 또는 “플랫” 가중치라고도 하며 SPL 측정에 주파수 가중치를 적용하지 않습니다. 모든 주파수에서 음압 레벨을 측정하며 과학적 측정이나 기기 교정에 사용됩니다.
LAF와 LAS는 IEC 61672와 같은 최신 음향학 표준에서일반적으로 사용되는 가중 음압 레벨입니다.
LAF와 LAS는 모두 작업장 소음 노출 측정 및 환경 소음 평가에 일반적으로 사용됩니다. 전반적으로 SPL, LAF 및 LAS의 관계는 LAF와 LAS가 특정 A-가중 주파수 가중치를 사용하여 SPL을 측정하는 두 가지 다른 방법이라는 것입니다.
소리는 에너지의 한 형태이며, 소리 환경에 노출되어 발생하는 청각 손실의 정도는 노출 수준과 지속 시간 모두에 따라 달라집니다. 소리가 사람의 청각에 영향을 미치는지 확인하려면 음압 레벨과 지속 시간을 측정해야 합니다. 등가 소음도(Leq)는 사람이 얼마나 많은 에너지에 노출되었는지에 대한 정보를 제공합니다. LEQ 측정은 건축 음향, 환경 소음, 작업장 소음 등 다양한 유형의 음향 측정에 사용됩니다. LEQ는 주어진 기간 동안의 사운드 프레셔(음압)를 제곱한 선형 평균값이며 시간 가중치를 사용하지 않습니다. LEQ는 시간에 따른 등가 사운드 에너지 수준을 나타내는 데 유용하며, 일반적으로 작업장 및 기타 환경에서 소음 노출 수준을 나타내는 데 사용됩니다.
LEQ 측정은 적분 시간이라고 하는 적절한 시간 동안 수행할 수 있는 반면, SPL은 특정 시점의 순간 음압 레벨을 측정합니다. 스반텍 소음계는 시간 기록 로거 파일에 연속 적분 시간 형태로 음압 레벨과 LEQ를 모두 기록합니다.
음향학에서 라우드니스(소리 크기)와 강도는 SPL(음압 레벨)과는 다른 측정치입니다. SPL은 기준 레벨에 대한 음파의 압력 레벨을 측정한 것으로, 일반적으로 데시벨(dB)로 표시됩니다. 이는 음파의 물리적 강도를 측정한 것입니다.
음파의 음압 레벨(SPL)은 음원으로부터의 거리가 멀어질수록 감소합니다. 이는 음파가 음 원에서 멀어질수록 사방으로 퍼져나가고 음파의 에너지가 점점 더 넓은 영역에 분산되기 때문입니다. 거리에 따른 SPL의 감소를 사운드 감쇠라고 합니다.
소리 감쇠율은 음파의 주파수, 소스의 크기와 모양, 소리가 이동하는 환경 등 여러 가지 요인에 따라 달라집니다. 그러나 일반적으로 소스에서 거리가 두 배가 될 때마다 SPL은 6 데시벨(dB) 감소합니다.
예를 들어 1미터 거리에서 음파의 SPL이 80dB인 경우 2미터 거리에서는 74dB, 4미터 거리에서는 68dB이 되는 식입니다. 즉, 소리가 얼마나 크게 들리는지는 음원에 얼마나 가까이 있느냐에 따라 크게 달라집니다. 여러 장소에서 소음 수준을 측정하고 제어할 때는 이 점을 염두에 두는 것이 중요합니다.
음압 레벨(SPL)은 다음과 같은 다양한 용도로 사용됩니다:
환경 소음 모니터링: SPL은 도시 지역의 소음 공해, 산업 소음 및 교통 소음과 같은 환경 소음의 수준을 측정하고 모니터링하는 데 사용됩니다.
직업 소음 모니터링: SPL은 작업장의 소음 수준을 측정하여 작업자의 청각 손상을 방지하고 산업 보건 및 안전 규정 준수 여부를 모니터링하는 데 사용됩니다.
오디오 엔지니어링 및 프로덕션에서는 녹음 스튜디오, 콘서트홀 및 기타 오디오가 만들어지는 장소에서 음 레벨을 측정하고 주시하여 음질과 볼륨이 항상 최상의 상태로 유지되도록 하는 데 SPL이 사용됩니다.
제품 테스트: SPL은 스피커와 헤드폰의 사운드 출력 테스트와 같은 제품 테스트에 사용됩니다.
연구 및 과학 연구: SPL은 동물의 의사소통, 소음 공해가 야생동물에 미치는 영향, 소음이 인체 건강에 미치는 영향 등 소음 수준을 측정하고 분석하는 과학 연구에 사용됩니다.
오디오와 관련하여 SPL은 오디오 신호의 라우드니스(소리 크기)를 설명하는 데 사용됩니다. SPL은 스피커 및 헤드폰과 같은 오디오 장비의 설계 및 테스트에 사용되어 안전하고 적절한 수준의 사운드를 생성하는지 확인합니다. 또한 녹음 스튜디오와 라이브 사운드 환경에서 오디오 신호의 볼륨을 모니터링하고 연주자와 청취자의 청각 손상을 방지하기 위해 사용됩니다.
소음계가 정확하고 정밀한 측정값을 제공하려면교정이 필요합니다. 소음계를 교정하려면 휴대용 음향 교정기를 마이크 위에 올려놓습니다. 교정기는 소음계가 조정할 수 있는 정의된 음압 레벨을 제공합니다. 교정에 사용되는 일반적인 음압 레벨은 94dB 또는 114dB입니다(선택은 음향 배경에 따라 다름).
