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소리

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목차

1. 개요

소리는 종파의 형태로 매질을 통해 전파되는 역학적 에너지의 변동으로, 다양한 물리적 특성을 가지며, 음향학은 이러한 소리의 특성을 연구하는 학문이다. 소리는 주파수, 진폭, 음속, 음색 등의 특성을 가지며, 인간은 약 20Hz에서 20kHz 사이의 주파수를 소리로 인지한다. 소리는 음악과 소음으로 구분되며, 소리의 높낮이, 세기, 음색은 음악의 중요한 요소로 작용한다. 소리는 공명 현상을 일으키기도 하며, 음향 심리학은 인간의 청각 특성을 연구한다. 소리는 인간의 청각 기관을 통해 감지되며, 소리의 측정에는 음압 레벨(SPL)이 사용된다. 소리는 사회 문제 및 다양한 기술 분야와도 관련이 있으며, 초음파와 저주파수, 음문과 같은 개념도 존재한다.

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소리

2. 소리의 물리학적 특성

소리는 종파의 형태로 공기, 물, 고체와 같은 매질을 통해 전파되며, 고체에서는 횡파로도 전파될 수 있다. 음파는 스테레오 스피커의 진동판과 같은 음원에서 발생하며, 주변 매질에 진동을 일으켜 음속으로 전파된다. 이때 매질의 입자 자체가 이동하는 것이 아니라, 진동이 전달되는 것이다.[5]

소리 전파는 일반적으로 다음 세 가지 요인의 영향을 받는다.


  • 매질의 밀도와 압력 사이의 관계: 이 관계는 온도에 영향을 받으며, 매질 내 음속을 결정한다.
  • 매질 자체의 움직임: 매질이 움직이면 음파의 절대 속도가 증가하거나 감소할 수 있다. 예를 들어, 바람의 방향에 따라 음속이 달라진다.
  • 매질의 점성: 매질의 점성은 소리의 감쇠 속도를 결정한다. 대부분의 매질에서 점성으로 인한 감쇠는 무시할 수 있다.[5]


소리는 물질 상태에 관계없이 기체, 액체, 고체, 플라즈마를 통해 전달될 수 있지만, 진공 상태에서는 전달될 수 없다.[6][7]

구형 압축(종) 파동


음파는 포물면 거울과 소리를 내는 물체를 사용하여 관찰할 수 있다.[9] 진동하는 음파가 전달하는 에너지는 위치 에너지와 운동 에너지 사이에서 상호 변환된다.

소리는 주파수 (또는 파장), 진폭, 음속, 방향 등의 특성을 가진 정현파 평면파로 단순화하여 설명할 수 있다. 인간은 약 20Hz에서 20,000Hz 사이의 주파수를 가진 소리를 감지할 수 있으며, 공기 중 음파의 파장은 약 17m에서 17mm 사이이다.

소리는 다양한 주파수의 구성 정현파의 혼합으로 표현될 수 있다. 아래쪽 파동은 위쪽 파동보다 더 높은 주파수를 갖는다. 수평축은 시간을 나타낸다.


소리의 속도는 매질에 따라 다르며, 아이작 뉴턴과 라플라스의 연구를 통해 매질의 체적 탄성률과 밀도의 비율의 제곱근에 비례한다는 것이 밝혀졌다. 소리의 속도는 주변 환경, 특히 온도에 따라 달라진다. 예를 들어 20°C의 해수면 공기에서 소리의 속도는 약 343m/s이다.

2. 1. 높낮이 (음고)

소리의 높낮이는 진동수에 의해서만 결정되며 파장과는 관련이 없다. 진동수가 높으면 높은 소리, 진동수가 낮으면 낮은 소리로 느낀다.[9] 소리의 속도가 일정하다고 가정할 때, 파장은 진동수에 반비례한다. 인간이 들을 수 있는 진동수의 영역은 16에서 20,000 Hz까지이다. 특히 진동수가 높은 소리와 낮은 소리는 들을 수 있는 범위가 좁다.

음높이 인지. 청취 과정에서 각 소리는 반복되는 패턴(주황색 화살표)에 대해 분석되고 결과는 특정 높이(옥타브)와 음색(음 이름)의 단일 음높이로 청각 피질로 전달된다.


음높이(Pitch (music))는 소리가 얼마나 "낮은" 또는 "높은"지에 따라 인식되며 소리를 구성하는 진동의 주기적이고 반복적인 특성을 나타낸다. 단순한 소리의 경우 음높이는 소리에서 가장 느린 진동의 주파수(기본 하모닉이라고 함)와 관련이 있다. 복잡한 소리의 경우 음높이 인식이 달라질 수 있다. 때로는 개인의 특정 사운드 패턴에 대한 개인적인 경험에 따라 동일한 소리에 대해 다른 음높이를 식별하기도 한다. 특정 음높이의 선택은 주파수와 그 사이의 균형을 포함하여 진동에 대한 사전 의식적인 검사에 의해 결정된다. 잠재적 하모닉을 인식하는 데 특별한 주의를 기울인다.[24][25] 모든 소리는 낮은 음에서 높은 음까지 음높이 연속체에 배치된다.

예를 들어, 백색 소음 (모든 주파수에 균등하게 퍼져 있는 임의의 소음)은 분홍색 소음 (옥타브에 균등하게 퍼져 있는 임의의 소음)보다 음높이가 더 높게 들리는데, 백색 소음은 더 많은 고주파 콘텐츠를 가지고 있기 때문이다.

사람이 지각할 수 있는 소리의 주파수(가청 주파수)는 20 Hz부터 20 kHz까지이다. 다만, 이는 연령, 성별, 과거에 겪은 청각 장애 등에 따라 차이가 있다. 대다수의 사람은 10대에는 이미 20,000 Hz를 지각하지 못하며, 나이가 들수록 높은 주파수를 듣는 능력이 쇠퇴한다. 인간의 대화는 대부분 200-8,000 Hz 사이에서 이루어지며, 인간의 귀는 1,000-3,500 Hz에서 가장 민감하다. 청각의 한계보다 주파수가 높은 소리는 초음파, 낮은 소리는 저주파음이라고 불린다.

2. 2. 세기 (음량)

소리의 세기는 음파의 압력(음압)으로 결정되며, 데시벨(dB) 단위를 사용하여 상대적인 크기를 나타낸다.[9] 데시벨은 절대적인 기준 수치가 아닌 상대적인 값이며, 0dB를 기준으로 10dB가 증가할 때마다 음압은 10의 거듭제곱 꼴로 커진다. 예를 들어 10dB는 0dB보다 10배, 20dB는 0dB보다 100배 크다.

인간의 귀는 주파수나 데시벨에 따라 음압을 정확하고 순차적으로 인식하지 못하기 때문에, 인간이 느끼는 음의 상대적인 크기를 고려하여 폰(Phon)이나 손(Sone)이라는 척도를 사용하기도 한다.[9] 같은 진폭의 소리라도 약 4,000 Hz 부근의 소리가 가장 잘 들리며, 가청주파수의 상한/하한에 가까운 소리는 진폭이 크더라도 잘 들리지 않는다.

음압은 주어진 매질에서 평균 국소 압력과 음파 내 압력 간의 차이를 의미한다. 인간의 귀는 넓은 범위의 진폭을 가진 소리를 감지할 수 있기 때문에, 음압은 종종 데시벨 척도의 레벨로 로그 척도로 측정된다. 음압 레벨(SPL) 또는 ''L''p는 다음과 같이 정의된다.

:

L_\mathrm{p}=20\, \log_{10}\left(\frac{p}{p_\mathrm{ref}}\right)\mbox{ dB}\,



여기서 ''p''는 제곱평균제곱근 음압이고 p_\mathrm{ref}는 기준 음압이다. 일반적으로 사용되는 기준 음압은 공기 중에서는 20 μPa, 물 중에서는 1 μPa이다.

인간의 귀는 평탄한 스펙트럼 응답을 가지고 있지 않기 때문에, 측정된 레벨이 인지된 레벨과 더 가깝게 일치하도록 음압은 종종 주파수 가중치를 부여한다. A-가중은 소음에 대한 인간 귀의 응답을 일치시키려고 시도하며, A-가중 음압 레벨은 dBA로 표시된다. C-가중은 피크 레벨을 측정하는 데 사용된다.

소리의 크기 예시
음원음압 (Pa)음압 레벨 (dB re 20 µPa)
단기간에 청각 장애를 일으키는 강도20약 120[46]
제트기 (거리 100m)6 - 200110 - 140
공압 드릴 (거리 1m) / 디스코2약 100
장기적으로 청각 장애를 일으키는 강도0.6약 90
주요 도로 (거리 10m)0.2 - 0.680 - 90
여객 철도 (거리 10m)0.02 - 0.260 - 80
일반 가정의 텔레비전 (거리 1m)0.02평균 60
일반적인 대화 (거리 1m)0.002 - 0.0240 - 60
매우 조용한 방0.0002 - 0.000620 - 30
부드러운 바람에 흔들리는 나뭇잎0.0000610
2 kHz에서의 청각의 한계0.000020



역사상 가장 큰 소리로 여겨지는 것은 1883년 크라카타우 화산의 대폭발에 의한 것으로[47], 160km 떨어진 지점에서의 음압 레벨은 180 dB였다.

2. 3. 전파 속도 (음속)

소리의 전파 속도, 즉 음속은 소리가 매질을 통해 얼마나 빨리 전달되는지를 나타내는 물리량이다. 음속은 매질의 종류와 온도에 따라 달라진다. 15°C의 공기 중에서 음속은 약 340m/s이며, 온도가 높을수록, 매질의 밀도가 낮을수록 빨라진다.[5]

음속은 다음 요인에 영향을 받는다.

  • 매질의 밀도와 압력: 온도에 영향을 받는 이 관계는 매질 내 음속을 결정한다. 밀도가 낮을수록, 온도가 높을수록 음속은 빨라진다.
  • 매질의 움직임: 매질 자체가 움직이면, 음파의 절대 속도는 움직이는 방향에 따라 증가하거나 감소한다. 예를 들어, 바람과 같은 방향으로 소리가 움직이면 전파 속도가 증가하고, 반대 방향이면 감소한다.
  • 매질의 점성: 점성은 소리가 감쇠되는 속도를 결정한다. 공기나 물처럼 점성이 낮은 매질에서는 감쇠가 거의 일어나지 않는다.[5]


소리는 다양한 물질 상태를 통해 전달될 수 있다. 기체, 액체, 고체, 심지어 플라즈마까지 소리를 전달할 수 있다. 그러나 소리는 진공 상태에서는 전달될 수 없다.[6][7]

아이작 뉴턴은 소리의 속도를 측정하려는 초기 연구를 진행했으며, 이후 라플라스가 이를 수정하여 뉴턴-라플라스 방정식을 만들었다. 이 방정식에 따르면, 소리의 속도는 매질의 체적 탄성률과 밀도의 비율의 제곱근에 비례한다.

소리의 속도는 주변 환경에 따라 달라진다. 예를 들어, 기체의 경우 온도에 따라 속도가 변한다. 20°C의 해수면 공기에서 소리의 속도는 약 343m/s이다. 담수에서는 약 1482m/s, 강철에서는 약 5960m/s로, 매질에 따라 큰 차이를 보인다.

2. 4. 위상

진폭과 주파수가 같더라도 위상이 다르면 서로 다른 소리로 인식될 수 있다. 진폭과 주파수가 같고 위상이 반대인 파동은 서로 상쇄된다.

2. 5. 음색

바이올린과 플루트 소리를 구별할 수 있는 것은 소리를 이루는 파동의 모양이 다르기 때문이다. 자연계에는 순수하게 사인파로만 이루어진 소리는 없으며, 음압이 다른 배음의 배치나 다른 주파수들의 소리가 합쳐져 전체적인 음색을 결정한다.[10][11][12]

예를 들어 현악기는 정수배, 관악기는 홀수배에 배음 스펙트럼이 등차적으로 나타난다. 사람 목소리를 구분할 수 있는 것도 고유한 스펙트럼을 가지고 있기 때문이다. 푸리에의 이론은 간단한 사인파의 합으로 자연계의 어떤 소리든지 구현할 수 있다는 것으로, 서로 다른 파장의 모임은 새로운 음색을 결정한다.

음색 지각, 소리가 시간에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. 유사한 파형에도 불구하고 시간에 따른 차이가 분명합니다.


음색은 서로 다른 소리의 품질(예: 떨어진 돌의 둔탁한 소리, 드릴의 윙윙거리는 소리, 악기의 음색 또는 목소리의 품질)로 인식되며, 소리에 음향적 정체성을 부여하는 전의식적 과정을 나타낸다(예: "오보에 소리다!"). 이러한 정체성은 주파수 과도 현상, 잡음, 불안정성, 지각된 음높이, 소리의 배음 확산 및 강도에 대한 정보를 기반으로 한다. 소리가 시간에 따라 변화하는 방식은 음색 식별에 대한 대부분의 정보를 제공한다. 각 악기 파형의 작은 부분은 매우 유사해 보이지만, 클라리넷과 피아노 사이의 시간에 따른 변화 차이는 음량과 배음 내용 모두에서 분명하게 나타난다. 덜 눈에 띄는 것은 클라리넷의 공기 소리나 피아노의 해머 타격과 같이 들리는 다른 소리이다.

3. 공명

어떤 진동수의 음과, 진동수가 배수에 있는 음의 관계를 배음이라고 한다. 물체는 고유의 진동수를 지니고 있는데 전달된 소리가 물체의 고유 진동수와 배수 관계에 있으면 진폭이 증가하게 된다. 이러한 현상을 공명이라 한다. 1800년대 영국에서 한 부대가 다리를 건너다가 우연히 그 부대가 건너가는 소리 중, 다리의 고유 진동수와 일치한 진동수가 있어, 그 다리에서는 엄청난 진폭이 발생되고, 결국 무너지고 말았다.[1] 이처럼 고유진동수가 맞아 진폭이 증가하는 경우는 성악가들이 유리와 진동수가 일치한 목소리를 내어 유리를 깨는 데에도 이용한다.[1]

4. 음향학

음향학은 진동, 소리, 초음파, 저주파수 등을 포함하여 기체, 액체, 고체 내의 기계적 파동을 연구하는 학제간 과학이다.[3] 음향학의 응용 분야는 매우 다양하며, 주요 분야는 다음과 같다.[4]

분야
공기음향학
오디오 신호 처리
건축 음향학
생물 음향학
전자 음향학
환경 소음
음악 음향학
소음 제어
심리 음향학
음성
초음파
수중 음향학
진동



두 개의 음차가 일반적으로 동일한 주파수로 음향 진동하는 실험. 한쪽 음차를 고무 망치로 치면, 공기의 압력과 밀도가 주기적으로 변하여 발생하는 진동으로 인해 다른 쪽 음차가 눈에 띄게 흥분하게 된다. 이는 음향 공명이다.

5. 소리의 전달

소리는 종파의 형태로 공기, 물, 고체와 같은 매질을 통해 전파되며, 고체에서는 횡파로도 전파될 수 있다. 음파는 스테레오 스피커의 진동하는 진동판처럼 음원에서 발생한 진동이 주변 매질에 전달되면서 발생한다. 음원이 매질을 계속 진동시키면 진동은 음속으로 음원에서 멀어져 음파를 형성한다. 음원으로부터 고정된 거리에서 매질의 압력, 속도, 변위는 시간에 따라 변한다.[5] 전파 중에 파동은 매질에 의해 반사, 굴절, 또는 감쇠될 수 있다.[5]

소리로 해석될 수 있는 기계적 진동은 기체, 액체, 고체, 플라즈마와 같은 모든 물질 상태를 통해 이동할 수 있다. 소리를 지지하는 물질을 매질이라고 하며, 소리는 진공을 통과할 수 없다.[6][7]

진동하는 음파가 전달하는 에너지는 물질의 추가적인 압축에 의한 위치 에너지(종파의 경우) 또는 측면 변위 변형률(횡파의 경우)과 매질 입자의 변위 속도에 의한 운동 에너지 사이에서 상호 변환된다.

5. 1. 소리 전달에 영향을 미치는 요인

소리 전파는 일반적으로 다음 세 가지 요인의 영향을 받는다.[5]

  • 매질의 밀도와 압력 사이의 관계: 이 관계는 온도에 의해 영향을 받으며, 매질 내에서 음속을 결정한다.
  • 매질 자체의 움직임: 매질이 움직이면(예: 바람) 이 움직임은 움직임의 방향에 따라 음파의 절대 속도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 소리와 바람이 같은 방향으로 움직이면 전파 속도가 바람의 속도만큼 증가하고, 반대 방향이면 바람의 속도만큼 감소한다.
  • 매질의 점성: 매질의 점성은 소리가 감쇠되는 속도를 결정한다. 공기나 물과 같은 많은 매질의 경우 점성으로 인한 감쇠는 무시할 수 있다.

6. 소리의 종류

소리는 크게 악음과 소음으로 나눌 수 있다. 음악에서는 듣기 좋은 아름다운 소리와 그렇지 않은 소리를 구별하는데, '''악음'''(musical tone영어)과 '''소음'''(unpitched sound)이 있다.

6. 1. 악음

악음은 규칙적이고 일정한 주기로 지속되는 소리로, 음악에 사용되는 소리 전반을 의미한다. 좁은 의미로는 음높이를 분명하게 인식할 수 있는 소리를 가리킨다. 예를 들어 사람의 '''노래'''나 '''피아노''', '''바이올린''', '''기타''' 등의 '''악기''' 소리는 악음이다.

6. 2. 소음

소음은 불규칙한 진동, 또는 서로 관련 없는 주기의 진동이 동시에 일어나는 소리이다.[42] 좁은 의미로는 악음이 아닌 소리를 가리키며, 넓은 의미로는 바람직하지 않은 소리(소음)와 진폭이나 주파수가 불규칙하게 변동하는 소리(잡음)를 모두 포함한다.[41]

  • 소음(騒音): 바람직하지 않은 소리. 악음이라도 듣는 사람이 불쾌하거나 방해된다고 느끼는 소리는 소음이라고 불린다.[41] 예를 들어 신칸센이나 제트기 소음은 사회 문제가 되고 있으며, 사람들에게 심한 불쾌감을 주거나 건강을 해치는 경우도 있다.[42]
  • 잡음(雑音): 진폭이나 주파수가 불규칙하게 변동하는 소리.[41] 예를 들어 바람 소리, 파도 소리는 잡음이다. 전철 주행 소리, 물건이 부서지는 소리 등은 잡음이기도 하고 소음이기도 하다.[41] 단, 자연과학이나 공학에서는 소리 외에도 유의미한 정보를 포함하지 않고 필요한 신호를 추출하는 데 방해가 되는 성분을 잡음이라고 부른다.[41]

7. 음향 심리

음향 심리는 인간의 청각 특성을 연구하는 분야로, 심리음향학이라고도 불린다. MP3와 같은 음성 데이터 압축 기술은 인간의 청각 특성을 이용한다. 예를 들어, 사람이 들을 수 있는 영역의 공기 진동이라 하더라도, 특정 주파수의 음압이 강하면 그 바로 옆 주파수 대역에서 음압이 작은 진동은 잘 느껴지지 않는다. 즉, 사람에게는 그 소리(감각)가 사실상 없는 것처럼 느껴지는 현상이 일어나는데, 이를 이용하여 해당 대역의 데이터 기록을 생략하는 방법을 사용한다.[21][22][23]

8. 인간과 소리

소리는 진동으로, 압력, 응력, 입자 변위, 입자 속도 등에서 내력이 있는 매질에서 전파되는 현상, 또는 그러한 전파된 진동의 중첩으로 정의된다.[2] 소리는 공기 또는 기타 탄성 매질에서의 파동 운동으로 볼 수 있으며, 자극이나 청각 메커니즘의 흥분으로도 볼 수 있다.[2]

물리학에서 사용되는 "소리"와는 별개로, 생리학과 심리학에서는 뇌에 의한 지각의 대상을 "소리"라고 칭하며, 심리음향학 분야에서 이를 연구한다. 웹스터 사전은 소리를 "청각의 감각, 즉 들리는 것"으로 정의하며, 심리물리학적으로는 청각 신경과 뇌의 청각 중추를 자극하여 발생하는 감각, 물리학적으로는 그러한 감각을 유발하는 진동 에너지로 정의한다.[17]

인간은 일반적으로 약 20 Hz에서 20,000 Hz(20 kHz) 사이의 소리 주파수를 듣지만,[18] 상한선은 나이가 들면서 감소한다. 다른 종들은 다른 청각 범위를 가지며, 예를 들어 개는 20 kHz보다 높은 진동을 감지할 수 있다.

소리는 주요 감각 중 하나로, 많은 종들이 위험 감지, 항해, 포식, 의사소통에 사용한다. 지구의 대기, 물, 화재, 비, 바람, 파도, 지진과 같은 물리 현상은 고유한 소리를 생성한다. 개구리, 새, 해양 및 육상 포유류와 같은 많은 종들은 소리를 생성하는 특별한 기관을 가지고 있으며, 일부 종에서는 노래와 말을 생성한다. 인간은 소리를 생성, 녹음, 전송 및 방송할 수 있는 문화와 기술(예: 음악, 전화, 라디오)을 개발했다.

소음은 원치 않는 소리를 지칭하는 용어이다. 과학 및 공학에서 소음은 원하는 신호를 모호하게 하는 바람직하지 않은 구성 요소이지만, 소리 지각에서 소음은 종종 소리의 근원을 식별하는 데 사용될 수 있으며 음색 지각의 중요한 구성 요소이다. 소리 환경은 인간이 지각할 수 있는 음향 환경의 구성 요소이다.

역사적으로 소리의 음파를 분석하는 데는 음높이, 지속 시간, 소리 크기, 음색, 음향 질감 및 공간적 위치의 여섯 가지 방식이 있다.[20]

인간은 도구를 만들어내는 능력이 뛰어나다는 특징이 있는데, 기계류에서도, 예를 들어 선박에는 소리를 이용하여 지형과 물고기의 존재를 탐지하는 장치(소나 겸 어군탐지기)가, 잠수함에는 적함의 존재와 해저 지형을 탐지하는 장치(패시브 소나나 액티브 소나)가 탑재되어 있다.

8. 1. 가청 주파수

인간이 지각할 수 있는 소리의 주파수(가청 주파수)는 20 Hz부터 20 kHz까지이다.[17] 다만, 이는 연령, 성별, 과거에 겪은 청각 장애 등에 따라 차이가 있다.[18] 대다수의 사람은 10대 때 이미 20,000 Hz를 지각하지 못하며, 나이가 들수록 높은 주파수를 듣는 능력이 쇠퇴한다.[18] 인간의 대화는 대부분 200-8,000 Hz 사이에서 이루어지며, 인간의 귀는 1,000-3,500 Hz에서 가장 민감하다. 청각의 한계보다 주파수가 높은 소리는 초음파, 낮은 소리는 저주파음이라고 불린다. 따라서 아무리 공기가 진동하더라도, 각 개인에게 들리지 않는 주파수 대역은 소리(청각의 내용)로 존재하지 않는다.

8. 2. 음압 레벨

소리의 세기는 파동의 압력으로 계산되며, 음압은 '데시벨(dB)' 단위를 사용한다.[39] 데시벨은 상대적인 값으로, 0dB를 기준으로 10dB 증가할 때마다 음압은 10의 거듭제곱으로 커진다. 예를 들어 10dB는 0dB보다 10배, 20dB는 0dB보다 100배(10²) 크다.

사람이 들을 수 있는 가장 작은 소리는 약 20µPa(0dB re 20µPa)이다. 85dB 이상의 소리에 장기간 노출되면 이명이나 난청 등의 청각 장애를 유발할 수 있으며,[44] 130dB 이상의 소리는 심각한 통증이나 영구적인 장애를 유발할 수 있다.[44]

음압 레벨(SPL)은 *L*p로 표기되며, 다음 공식으로 정의된다.

:

L_\mathrm{p}=10\, \log_{10}\left(\frac{{p}^2}{{p_0}^2}\right) =20\, \log_{10}\left(\frac{p}{p_0}\right)\mbox{ dB}



여기서 *p*는 음압의 RMS, *p*0는 기준 음압이다. 일반적인 기준 음압은 대기 중에서 20µPa, 수중에서 1µPa이다. (ANSI S1.1-1994)

인간의 귀는 주파수에 따라 감도가 다르므로, 음압 레벨은 주파수에 따라 가중치를 부여하기도 한다. 국제 전기 표준 회의(IEC)는 여러 가중치 부여 방법을 정의하고 있다. 「A 특성 주파수 가중치」는 잡음에 대한 감도와 일치하며, dBA로 표기된다. 「C 특성 주파수 가중치」는 피크 레벨을 측정하는 데 사용된다.

음원음압 (Pa)음압 레벨 (dB re 20 µPa)
통각의 역치100134
단기간에 청각 장애를 일으키는 강도20약 120[46]
제트기 (거리 100m)6 - 200110 - 140
공압 드릴 (거리 1m) / 디스코2약 100
장기적으로 청각 장애를 일으키는 강도0.6약 90
주요 도로 (거리 10m)0.2 - 0.680 - 90
여객 철도 (거리 10m)0.02 - 0.260 - 80
일반 가정의 텔레비전 (거리 1m)0.02평균 60
일반적인 대화 (거리 1m)0.002 - 0.0240 - 60
매우 조용한 방0.0002 - 0.000620 - 30
부드러운 바람에 흔들리는 나뭇잎0.0000610
2kHz에서의 청각의 한계0.000020



역사상 가장 큰 소리는 1883년 크라카타우의 대폭발로,[47] 160km 떨어진 지점에서 180dB의 음압 레벨을 기록했다.

8. 3. 청각 기관

인간과 많은 동물은 귀를 통해 소리를 들으며, 청각 기관의 청각 세포가 소리에 의해 자극됨으로써 소리를 느낀다.[44] 다만, 낮은 주파수의 큰 소리는 신체의 다른 부분을 통해 촉각에 의해 진동으로 지각된다.

9. 소리와 관련된 사회 문제

소음은 신칸센이나 제트기와 같은 기계류 및 장치류에 의해 사회 문제가 되고 있다.[42] 소음은 사람들에게 심한 불쾌감을 주고, 컨디션이 나빠지거나 건강을 해치는 사람들까지 나오게 한다.

10. 소리와 관련된 기술

소리를 발생시키거나 다루는 장치로는 악기, 보청기, 소나, 음향 기기 등이 있다. 이 장치들은 대부분 마이크와 스피커를 사용하여 소리와 전기 신호를 서로 변환한다.[1]

소리를 발생시키는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.[1]


  • 물체를 진동시키는 방법: 물체를 문지르거나(바이올린 등), 공기의 흐름으로 진동시키거나(사람의 성대나 하모니카 등), 튕기거나(기타 등), 물체끼리 부딪치거나(타악기, 피아노 등), 전기적으로 진동시키는 것(스피커 등)이 있다.
  • 공기의 흐름을 이용하는 방법: 특정 방향으로 강한 공기의 흐름을 만들어 공기를 진동시킨다. 동굴에서의 바람 소리나 피리 소리가 이에 해당한다.

10. 1. 소리 측정

음압은 주어진 매질에서 평균 국소 압력과 음파 내 압력 간의 차이를 나타낸다. 인간의 귀는 넓은 범위의 진폭을 가진 소리를 감지할 수 있기 때문에, 음압은 종종 데시벨(dB) 척도의 레벨로 로그 척도로 측정된다. 음압 레벨(SPL) 또는 ''L''p는 다음 공식으로 정의된다.

:L_\mathrm{p}=20\, \log_{10}\left(\frac{p}{p_\mathrm{ref}}\right)\mbox{ dB}\,

여기서 ''p''는 RMS 음압이고, p_\mathrm{ref}는 기준 음압이다. 일반적으로 사용되는 기준 음압은 ANSI S1.1-1994 표준에 정의되어 있으며, 공기 중에서는 20μPa, 물 중에서는 1μPa이다. 기준 음압이 지정되지 않으면, 데시벨로 표현된 값은 음압 레벨을 나타낼 수 없다.

인간의 귀는 모든 주파수에 대해 동일한 감도를 가지지 않기 때문에, 측정된 레벨이 인지된 레벨과 더 가깝게 일치하도록 음압은 종종 주파수 가중치를 부여한다. IEC는 여러 가중 방식들을 정의했다. A-가중은 소음에 대한 인간 귀의 응답을 일치시키려고 시도하며, A-가중 음압 레벨은 dBA로 표시된다. C-가중은 피크 레벨을 측정하는 데 사용된다.

10. 2. 초음파와 저주파음

초음파는 20,000 Hz 이상의 주파수를 가진 음파이다. 물리적 특성 면에서 사람이 들을 수 있는 소리와 다르지 않지만, 인간은 들을 수 없다. 초음파 장치는 20 kHz에서 최대 수 기가헤르츠에 이르는 주파수로 작동한다. 의료 초음파는 진단 및 치료에 일반적으로 사용된다.[35]

초음파에 해당하는 대략적인 주파수 범위, 일부 응용 분야의 대략적인 안내


저주파수(초저주파)는 20Hz 미만의 주파수를 가진 음파이다. 이러한 낮은 주파수의 소리는 인간이 음높이로 들을 수 없을 정도로 낮지만, (아이들링 오토바이의 '펑' 소리와 같이) 개별적인 펄스로 들린다. 고래, 코끼리 및 다른 동물들은 초저주파를 감지하여 의사 소통에 사용할 수 있다. 화산 폭발을 감지하는 데 사용할 수 있으며 일부 유형의 음악에도 사용된다.[35]

10. 3. 음문

음문(音紋)은 선박이나 잠수함 등 특정 대상의 고유한 소리 패턴을 의미한다. 음문 분석을 통해 소리의 발생원을 특정할 수 있으며, 웨이블릿 변환이나 단시간 푸리에 변환이 음문 계산에 사용된다.

이와 유사한 현상으로 지문이 있다.

10. 4. 소리 관련 장치

소리를 발생시키거나 다루는 장치로는 악기, 보청기, 소나, 음향 기기 등이 있다. 대부분의 장치는 마이크와 스피커를 사용하여 소리와 전기 신호를 변환한다.[1]

소리를 발생시키는 방법은 다음과 같다.

  • 물체를 다양한 방법으로 진동시켜 그 진동을 공기에 전달한다.
  • 특정 방향으로만 강한 공기의 흐름을 만들어 공기의 진동을 발생시킨다.


물체를 진동시키는 방법은 다음과 같다.

강한 공기의 흐름으로부터 공기의 진동을 발생시키는 현상은 동굴에서의 바람소리나 피리 등에서 나타난다.[1]

참조

[1] 서적 Fundamentals of Telephone Communication Systems Western Electrical Company 1969
[2] 문서 ANSI/ASA S1.1-2013
[3] 문서 ANSI S1.1-1994. American National Standard: Acoustic Terminology. Sec 3.03.
[4] 웹사이트 PACS 2010 Regular Edition—Acoustics Appendix http://www.aip.org/p[...] 2013-05-22
[5] 웹사이트 The Propagation of sound http://pages.jh.edu/[...] 2015-06-26
[6] 웹사이트 Is there sound in space? http://www.qrg.north[...] Northwestern University
[7] 웹사이트 Can you hear sounds in space? (Beginner) http://curious.astro[...] Cornell University
[8] 웹사이트 Beyond cloning: Harnessing the power of virtual quantum broadcasting https://phys.org/new[...]
[9] 웹사이트 What Does Sound Look Like? https://www.youtube.[...] YouTube 2014-04-09
[10] 서적 Timbre perception and auditory object identification 1995
[11] 논문 The role of acoustic signal partitions in listener categorization of musical phrases 1986
[12] 서적 Introduction to timbre The MIT press 1999
[13] 웹사이트 Polarization http://labman.phys.u[...] The University of Tennessee, Department of Physics and Astronomy 2024-03-04
[14] APOD A Sonic Boom 2007-08-19
[15] 웹사이트 Scientists find upper limit for the speed of sound https://phys.org/new[...] 2020-10-09
[16] 저널 Speed of sound from fundamental physical constants
[17] 서적 Sound. In Webster's Collegiate Dictionary The Riverside Press 1936
[18] 서적 Music, Physics and Engineering https://archive.org/[...] Dover Publications 1967
[19] 웹사이트 The American Heritage Dictionary of the English Language http://www.bartleby.[...] Houghton Mifflin Company 2000
[20] 논문 The elements of music: what are they, and who cares? The Australian Society for Music Education Inc. 2015
[21] 서적 Time Analysis Springer New York 1993
[22] 저널 Temporal information in speech: acoustic, auditory and linguistic aspects 1992-06-29
[23] 저널 The Role of Temporal Fine Structure Processing in Pitch Perception, Masking, and Speech Perception for Normal-Hearing and Hearing-Impaired People 2008-10-15
[24] 논문 Pitch perception models 2005
[25] 저널 Neuromagnetic evidence for a pitch processing center in Heschl's gyrus
[26] 저널 Auditory evoked potentials to abrupt pitch and timbre change of complex tones: electrophysiological evidence of streaming?
[27] 저널 Echoic memory: Investigation of its temporal resolution by auditory offset cortical responses
[28] 웹사이트 The auditory system http://www.medicine.[...] 2009
[29] 저널 Preperceptual images, processing time, and perceptual units in auditory perception
[30] 저널 Temporal summation of loudness: an analysis
[31] 저널 Gestalt phenomena in musical texture https://www.research[...] 1997
[32] 서적 Music: an appreciation McGraw-Hill 1980
[33] 서적 The Human Auditory Cortex
[34] 서적 Memory for musical attributes The MIT press 1999
[35] 저널 What is infrasound? 2007-01-01
[36] 서적 音響と音声と音韻 ... 三者ともが ... 「音響」（sound）という現象であり
[37] 웹사이트 音とは - Google 検索 https://www.google.c[...] 2021-07-25
[38] 서적 広辞苑 岩波書店
[39] 서적 大辞林 http://dictionary.go[...] 三省堂
[40] 서적 新編　音楽中辞典 音楽之友社
[41] 서적 学習百科大事典 学研
[42] 백과사전 音
[43] 문서 ある音の性質は、大きさ（音圧・SPL）・高さ（周波数）・音色（波形）という音の三要素によって特徴付けられる 2011-11
[44] 논문 Computation Provides a Virtual Recording of Auditory Signaling https://doi.org/10.1[...] Public Library of Science 2023-12-14
[45] 서적 基礎音響学 講談社サイエンティフィク
[46] 웹사이트 H.E.A.R. Hearing Education http://www.hearnet.c[...]
[47] 서적 クラカトアの大噴火 : 世界の歴史を動かした火山 早川書房


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