음압 수준을 측정하는 로그 단위

dB SPL(음압 수준)은 인간의 청각 역치인 20 µPa를 기준으로 음압을 측정합니다. 로그 스케일은 +10 dB = 10배의 압력 증가, +20 dB = 100배의 압력 증가를 의미하지만, 인간 청각의 비선형성으로 인해 인지된 음량은 2배에 불과합니다.

예: 60 dB에서의 대화는 0 dB의 청각 역치보다 1000배 더 큰 압력을 가지지만, 주관적으로는 16배 더 크게 들립니다.

음파에 의해 단위 면적당 가해지는 물리적 힘

음압은 음파로 인해 발생하는 순간적인 압력 변화로, 파스칼(Pa) 단위로 측정됩니다. 20 µPa(거의 들리지 않음)에서 200 Pa(고통스러울 정도로 큼)까지 다양합니다. 연속적인 소리의 경우 일반적으로 실효값(RMS) 압력이 보고됩니다.

예: 일반적인 말소리는 0.02 Pa(63 dB)를 생성합니다. 록 콘서트는 2 Pa(100 dB)에 도달합니다. 이는 100배 더 높은 압력이지만, 인지적으로는 6배 더 크게 들립니다.

단위 면적당 음향 전력

음의 강도는 표면을 통과하는 음향 에너지의 흐름을 와트/제곱미터 단위로 측정합니다. 이는 압력²과 관련이 있으며, 음향 전력 계산에 기본이 됩니다. 청각 역치는 10⁻¹² W/m²이며, 제트 엔진은 가까운 거리에서 1 W/m²를 생성합니다.

예: 속삭임의 강도는 10⁻¹⁰ W/m²(20 dB)입니다. 통증 역치는 1 W/m²(120 dB)로, 1조 배 더 강합니다.

축음기 발명

토마스 에디슨이 축음기를 발명하여 최초의 소리 녹음과 재생을 가능하게 했고, 이는 음량 수준을 정량화하는 데 대한 관심을 불러일으켰습니다.

데시벨 도입

벨 전화 연구소는 전화 케이블의 전송 손실을 측정하기 위해 데시벨을 도입했습니다. 알렉산더 그레이엄 벨의 이름을 따서 명명되었으며, 빠르게 오디오 측정의 표준이 되었습니다.

플레처-먼슨 곡선

하비 플레처와 와일든 A. 먼슨은 주파수에 따른 청각 민감도를 보여주는 등청감 곡선을 발표하여 A-가중치와 폰 스케일의 기초를 마련했습니다.

소음계

최초의 상업용 소음계가 개발되어 산업 및 환경 응용 분야의 소음 측정을 표준화했습니다.

손 스케일 표준화

스탠리 스미스 스티븐스는 손 스케일(ISO 532)을 공식화하여 인지된 음량의 선형 척도를 제공했습니다. 여기서 손 값을 두 배로 하면 인지된 음량도 두 배가 됩니다.

OSHA 표준

미국 산업안전보건청(OSHA)은 소음 노출 한계(85-90 dB TWA)를 설정하여, 소리 측정을 직장 안전에 매우 중요하게 만들었습니다.

ISO 226 개정

현대 연구에 기반한 업데이트된 등청감 곡선은 여러 주파수에 걸쳐 폰 측정과 A-가중치의 정확성을 개선했습니다.

디지털 오디오 표준

LUFS(전체 스케일에 대한 상대적 음량 단위)가 방송 및 스트리밍을 위해 표준화되어, 피크 측정만을 대체하고 인지 기반의 음량 측정으로 전환되었습니다.

• **+3 dB = 전력 2배** (대부분의 사람들에게 거의 감지되지 않음)
• **+6 dB = 압력 2배** (역제곱 법칙, 거리 절반)
• **+10 dB ≈ 2배 더 크게** (인지된 음량이 2배)
• **+20 dB = 10배 압력** (로그 스케일에서 2데케이드)
• **60 dB SPL ≈ 일반적인 대화** (1미터 거리에서)
• **85 dB = OSHA 8시간 한계** (청력 보호 역치)
• **120 dB = 통증 역치** (즉각적인 불편함)

• **동일한 음원:** 80 dB + 80 dB = 83 dB (160이 아님!)
• **10 dB 차이:** 90 dB + 80 dB ≈ 90.4 dB (더 조용한 음원은 거의 영향을 미치지 않음)
• **20 dB 차이:** 90 dB + 70 dB ≈ 90.04 dB (무시할 수 있는 기여)
• **음원 두 배로 늘리기:** N개의 동일한 음원 = 원래 값 + 10×log₁₀(N) dB
• **10개의 동일한 80 dB 음원 = 총 90 dB** (800 dB가 아님!)

• **0 dB SPL** = 20 µPa = 청각 역치
• **20 dB** = 속삭임, 조용한 도서관
• **60 dB** = 일반적인 대화, 사무실
• **85 dB** = 심한 교통, 청력 손상 위험
• **100 dB** = 나이트클럽, 전기톱
• **120 dB** = 록 콘서트, 천둥
• **140 dB** = 총성, 근처의 제트 엔진
• **194 dB** = 대기 중 이론적 최대값

• **dB를 산술적으로 더하지 마세요** — 로그 덧셈 공식을 사용하세요
• **dBA ≠ dB SPL** — A-가중치는 저음을 감소시키므로 직접 변환이 불가능합니다
• **거리 두 배** ≠ 레벨 절반 (-6 dB이며, -50%가 아님)
• **3 dB는 거의 감지되지 않음,** 3배 더 크지 않음 — 인지는 로그적입니다
• **0 dB ≠ 무음** — 기준점(20 µPa)이며, 음수가 될 수 있습니다
• **폰 ≠ dB** 1 kHz를 제외하고 — 주파수에 따라 달라지는 등청감

세 가지 이유로 로그 측정이 필수적입니다:

• 인간의 인지: 귀는 로그적으로 반응합니다. 압력을 두 배로 하면 +6 dB로 들리며, 2배가 아닙니다.
• 범위 압축: 0-140 dB 대 20 µPa - 200 Pa (일상 사용에 비실용적)
• 곱셈이 덧셈이 됨: 음원을 결합할 때 간단한 덧셈을 사용합니다.
• 자연스러운 스케일링: 10의 배수가 동일한 단계가 됩니다 (20 dB, 30 dB, 40 dB...)

로그 스케일은 직관적이지 않습니다. 다음 오류를 피하세요:

• 60 dB + 60 dB = 63 dB (120 dB가 아님!) — 로그 덧셈
• 90 dB - 80 dB ≠ 10 dB 차이 — 값을 뺀 후 역로그를 취하세요
• 거리를 두 배로 하면 레벨이 6 dB 감소합니다 (50%가 아님)
• 전력을 절반으로 줄이면 -3 dB가 됩니다 (-50%가 아님)
• 3 dB 증가는 2배의 전력 (거의 감지되지 않음), 10 dB는 2배의 음량 (명확하게 들림)

소음 수준 계산의 핵심 방정식:

• 압력: dB SPL = 20 × log₁₀(P / 20µPa)
• 강도: dB IL = 10 × log₁₀(I / 10⁻¹²W/m²)
• 전력: dB SWL = 10 × log₁₀(W / 10⁻¹²W)
• 동일한 음원 결합: L_total = L + 10×log₁₀(n), 여기서 n = 음원의 수
• 거리 법칙: L₂ = L₁ - 20×log₁₀(r₂/r₁) 점 음원의 경우

데시벨을 산술적으로 더할 수 없습니다. 로그 덧셈을 사용하세요:

• 두 개의 동일한 음원: L_total = L_single + 3 dB (예: 80 dB + 80 dB = 83 dB)
• 열 개의 동일한 음원: L_total = L_single + 10 dB
• 다른 수준: 선형으로 변환하고, 더하고, 다시 변환하세요 (복잡함)
• 경험 법칙: 10 dB 이상 차이 나는 음원을 더해도 총합은 거의 증가하지 않습니다 (<0.5 dB)
• 예: 90 dB 기계 + 70 dB 배경음 = 90.04 dB (거의 감지되지 않음)

1 kHz를 기준으로 하는 음량 수준 단위

폰 값은 등청감 곡선(ISO 226:2003)을 따릅니다. N 폰의 소리는 1 kHz에서 N dB SPL과 동일한 인지된 음량을 가집니다. 1 kHz에서는 폰 = dB SPL이 정확히 일치합니다. 다른 주파수에서는 귀의 민감도 때문에 크게 다릅니다.

• 1 kHz 기준: 60 폰 = 1 kHz에서 60 dB SPL (정의에 따라)
• 100 Hz: 60 폰 ≈ 70 dB SPL (동일한 음량을 위해 +10 dB 필요)
• 50 Hz: 60 폰 ≈ 80 dB SPL (+20 dB 필요 — 저음은 더 조용하게 들림)
• 4 kHz: 60 폰 ≈ 55 dB SPL (-5 dB — 귀의 민감도 최고점)
• 응용: 오디오 이퀄라이제이션, 보청기 보정, 음질 평가
• 제한: 주파수 의존적; 순음 또는 스펙트럼 분석 필요

주관적 음량의 선형 단위

손은 인지된 음량을 선형적으로 정량화합니다: 2 손은 1 손보다 두 배 더 크게 들립니다. 스티븐스의 멱법칙에 의해 정의되며, 1 손 = 40 폰입니다. 손 값을 두 배로 하면 +10 폰 = 1 kHz에서 +10 dB가 됩니다.

• 1 손 = 40 폰 = 1 kHz에서 40 dB SPL (정의)
• 두 배로 늘리기: 2 손 = 50 폰, 4 손 = 60 폰, 8 손 = 70 폰
• 스티븐스의 법칙: 중간 수준의 소리에 대한 인지된 음량 ∝ (강도)^0.3
• 실생활: 대화 (1 손), 진공 청소기 (4 손), 전기톱 (64 손)
• 응용: 제품 소음 등급, 가전제품 비교, 주관적 평가
• 장점: 직관적 — 4 손은 말 그대로 1 손보다 4배 더 크게 들림

전문 오디오에서는 신호 수준, 믹싱, 마스터링에 dB를 광범위하게 사용합니다:

• 0 dBFS (전체 스케일): 클리핑 전 최대 디지털 수준
• 믹싱: 헤드룸을 위해 피크 -6 ~ -3 dBFS, RMS -12 ~ -9 dBFS 목표
• 마스터링: 스트리밍용 -14 LUFS (음량 단위), 라디오용 -9 LUFS
• 신호 대 잡음비: 전문 장비용 >90 dB, 오디오 애호가용 >100 dB
• 다이내믹 레인지: 클래식 음악 60+ dB, 팝 음악 6-12 dB (음량 전쟁)
• 실내 음향: RT60 잔향 시간, -3 dB 대 -6 dB 롤오프 지점

직장 소음 노출 한계는 청력 손실을 방지합니다:

• OSHA: 85 dB = 8시간 TWA (시간 가중 평균) 조치 수준
• 90 dB: 보호구 없이 8시간 최대 노출
• 95 dB: 4시간 최대, 100 dB: 2시간, 105 dB: 1시간 (반감 법칙)
• 115 dB: 보호구 없이 15분 최대
• 140 dB: 즉각적인 위험 — 청력 보호구 필수
• 선량 측정: 소음 선량계를 사용한 누적 노출 추적

환경 규제는 공중 보건과 삶의 질을 보호합니다:

• WHO 지침: 낮 <55 dB, 밤 <40 dB 야외
• EPA: Ldn (주야 평균) <70 dB로 청력 손실 방지
• 항공기: FAA는 공항에 대한 소음 등고선 요구 (65 dB DNL 한계)
• 건설: 지역 한계는 일반적으로 부지 경계에서 80-90 dB
• 교통: 고속도로 소음 차단벽은 10-15 dB 감소 목표
• 측정: dBA 가중치는 인간의 성가심 반응을 근사함

음향 설계는 정밀한 소음 수준 제어가 필요합니다:

• 음성 명료도: 청취자에게 65-70 dB, 배경음 <35 dB 목표
• 콘서트 홀: 80-95 dB 피크, 2-2.5초 잔향 시간
• 녹음 스튜디오: NC 15-20 (소음 기준 곡선), <25 dB 주변 소음
• 교실: <35 dB 배경음, 15+ dB 음성 대 잡음비
• STC 등급: 음향 투과 등급 (벽 단열 성능)
• NRC: 흡음재의 소음 감소 계수

• 교정된 클래스 1 또는 클래스 2 소음계를 사용하세요 (IEC 61672)
• 각 세션 전에 음향 교정기로 교정하세요 (94 또는 114 dB)
• 마이크를 반사 표면에서 멀리 배치하세요 (일반적인 높이 1.2-1.5m)
• 안정적인 소리에는 느린 응답(1초), 변동하는 소리에는 빠른 응답(125ms)을 사용하세요
• 야외에서는 윈드스크린을 사용하세요 (바람 소리는 12 mph / 5 m/s에서 시작됩니다)
• 시간적 변화를 포착하기 위해 15분 이상 녹음하세요

• A-가중치 (dBA): 일반 목적, 환경, 산업 소음
• C-가중치 (dBC): 피크 측정, 저주파 평가
• Z-가중치 (dBZ): 전체 스펙트럼 분석을 위한 평탄 응답
• dBA ↔ dBC를 변환하지 마세요 — 주파수 내용에 따라 다릅니다
• A-가중치는 40-폰 등고선을 근사합니다 (보통 음량)
• 상세한 주파수 정보는 옥타브 밴드 분석을 사용하세요

• 항상 명시하세요: dB SPL, dBA, dBC, dBZ ('dB'만 사용하지 마세요)
• 시간 가중치를 보고하세요: 빠름, 느림, 충격
• 거리, 측정 높이, 방향을 포함하세요
• 배경 소음 수준을 별도로 기록하세요
• 변동하는 소리에 대해 Leq (등가 연속 수준)를 보고하세요
• 측정 불확실성을 포함하세요 (일반적으로 ±1-2 dB)

• 85 dB: 장시간 노출 (>8시간) 시 보호를 고려하세요
• 90 dB: 8시간 후 의무적으로 보호하세요 (OSHA)
• 100 dB: 2시간 후 보호구를 사용하세요
• 110 dB: 30분 후 보호하세요, 115 dB 이상에서는 이중 보호
• 귀마개: 15-30 dB 감소, 귀덮개: 20-35 dB
• 보호구를 착용해도 140 dB를 초과하지 마세요 — 신체적 외상 위험

푸른고래는 수중에서 최대 188 dB SPL의 울음소리를 냅니다. 이는 지구상에서 가장 큰 생물학적 소리입니다. 이 저주파 (15-20 Hz) 울음소리는 바다를 통해 수백 마일을 이동할 수 있어, 고래들이 광대한 거리에서 소통할 수 있게 합니다.

세계에서 가장 조용한 방(마이크로소프트, 레드먼드)은 -20.6 dB SPL을 측정합니다. 이는 청각 역치보다 조용합니다. 사람들은 자신의 심장 박동, 혈액 순환, 심지어 위에서 나는 소리까지 들을 수 있습니다. 방향 감각 상실로 인해 45분 이상 머무른 사람은 없습니다.

기록된 역사상 가장 큰 소리: 발생원에서 310 dB SPL, 3,000마일 떨어진 곳에서 들렸습니다. 압력파는 지구를 4번 돌았습니다. 40마일 떨어진 선원들은 고막이 파열되었습니다. 이러한 강도는 일반 대기에서는 존재할 수 없으며, 충격파를 생성합니다.

194 dB SPL은 해수면에서 지구 대기의 이론적 최대값입니다. 이를 초과하면 음파가 아닌 충격파(폭발)를 생성합니다. 194 dB에서 희박화는 진공(0 Pa)과 같아져, 소리가 불연속적이 됩니다.

개는 67-45,000 Hz(인간은 20-20,000 Hz)를 듣고, 4배 더 먼 거리의 소리를 감지합니다. 청각 민감도는 약 8 kHz에서 최고조에 달하며, 인간보다 10 dB 더 민감합니다. 이것이 개 호루라기가 작동하는 이유입니다: 23-54 kHz, 인간에게는 들리지 않습니다.

영화관은 평균 85 dB SPL(Leq)에 105 dB 피크(돌비 사양)를 목표로 합니다. 이는 가정에서 시청하는 것보다 20 dB 더 큽니다. 확장된 저주파 응답: 20 Hz 서브우퍼는 현실적인 폭발과 충격을 가능하게 합니다. 가정용 시스템은 일반적으로 40-50 Hz에서 잘립니다.

dBA는 저주파를 감쇠시키는 주파수 의존적 가중치를 적용합니다. 80 dB SPL의 100 Hz 톤은 ~70 dBA(-10 dB 가중치)로 측정되는 반면, 80 dB SPL의 1 kHz 톤은 80 dBA(가중치 없음)로 측정됩니다. 주파수 스펙트럼을 알지 못하면 변환이 불가능합니다. FFT 분석을 수행하고 역 A-가중치 곡선을 적용해야 합니다.

+3 dB는 전력 또는 강도가 두 배가 되는 것을 의미하지만, 압력은 1.4배만 증가합니다. 인간의 인지는 로그 응답을 따릅니다: 10 dB 증가는 약 2배 더 크게 들립니다. 3 dB는 대부분의 사람들이 통제된 조건에서 감지할 수 있는 가장 작은 변화입니다. 실제 환경에서는 5 dB 이상이 필요합니다.

데시벨을 산술적으로 더할 수 없습니다. 동일한 수준의 경우: L_total = L + 3 dB. 다른 수준의 경우: 선형으로 변환하고(10^(dB/10)), 더하고, 다시 변환하세요(10×log₁₀). 예: 80 dB + 80 dB = 83 dB(160 dB가 아님!). 경험 법칙: 10 dB 이상 조용한 음원은 총합에 <0.5 dB만 기여합니다.

dB SPL: 무가중 음압 수준. dBA: A-가중치(인간의 청력을 근사하며, 저음을 감쇠). dBC: C-가중치(거의 평탄하며, 최소한의 필터링). 일반 소음, 환경, 산업 소음에는 dBA를 사용하세요. 피크 측정 및 저주파 평가에는 dBC를 사용하세요. 이들은 동일한 소리를 다르게 측정하므로 직접적인 변환이 없습니다.

소리는 역제곱 법칙을 따릅니다: 거리를 두 배로 하면 강도가 ¼(½이 아님)로 감소합니다. dB 단위로: 거리가 두 배가 될 때마다 -6 dB입니다. 예: 1m에서 90 dB는 2m에서 84 dB, 4m에서 78 dB, 8m에서 72 dB가 됩니다. 이는 자유 음장에서의 점 음원을 가정하며, 실내에는 이를 복잡하게 만드는 반사가 있습니다.

네! 0 dB SPL은 기준점(20 µPa)이며, 무음이 아닙니다. 음수 dB는 기준보다 조용하다는 것을 의미합니다. 예: -10 dB SPL = 6.3 µPa. 무향실은 -20 dB까지 측정합니다. 그러나 열 잡음(분자 운동)은 실온에서 약 -23 dB의 절대 한계를 설정합니다.

정확도와 교정 때문입니다. 클래스 1 측정기는 IEC 61672(±0.7 dB, 10 Hz-20 kHz)를 충족합니다. 저렴한 측정기: ±2-5 dB 오차, 열악한 저/고주파 응답, 교정 없음. 전문적인 사용에는 추적 가능한 교정, 로깅, 옥타브 분석, 내구성이 필요합니다. 법적/OSHA 준수는 인증된 장비를 요구합니다.

1 kHz에서: 폰 = dB SPL이 정확히 일치합니다(정의에 따라). 다른 주파수에서는: 귀의 민감도 때문에 다릅니다. 예: 60 폰은 1 kHz에서 60 dB가 필요하지만, 100 Hz에서는 70 dB(+10 dB), 4 kHz에서는 55 dB(-5 dB)가 필요합니다. 폰은 등청감 곡선을 고려하지만, dB는 그렇지 않습니다.