음압

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1. 개요
2. 정의
- 2.1. 순시 음압, 피크 음압, 실효 음압
3. 음압 레벨
- 3.1. 기준 음압
- 3.2. 음압 레벨 표기
4. 음압과 다른 물리량과의 관계
5. 반비례 법칙
6. 여러 음원의 합성
7. 음압과 에너지 및 파워의 관계
8. 음압과 소리의 크기
9. 음압의 예시
참조

1. 개요

음압은 매질의 압력에서 평균 압력을 뺀 값으로, 소리의 크기를 나타내는 중요한 물리량이다. 음파가 매질을 통과할 때 발생하는 압력 변화를 의미하며, 순시 음압, 피크 음압, 실효 음압 등의 개념으로 세분된다. 음압 레벨은 음압과 기준 음압의 비율을 로그 척도로 나타낸 값으로, 데시벨(dB) 단위를 사용한다. 음향 강도, 음향 임피던스, 입자 속도 등 다른 물리량과 관계를 가지며, 점 음원에서의 음압은 거리에 반비례하여 감소하는 특성을 보인다. 인간의 청각은 음압의 크기에 따라 소리의 크기를 지각하며, 주파수에 따라 감도가 다르므로 A 특성 음압 레벨을 사용하여 소음의 크기를 평가한다. 음압은 다양한 소리 환경에서 측정되며, 그 예시로 폭발, 기계 소음, 대화, 정적 환경 등이 있다.

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음향 물리량 - 저주파
저주파는 가청 주파수보다 낮은 주파수의 파동이나 신호를 지칭하는 용어로, 음향, 지진, 전자기학 등 여러 분야에서 각기 다른 주파수 범위와 특징을 가지며 활용된다.
음향 물리량 - 음향 임피던스
음향 임피던스는 음향 압력과 음향 체적 유량의 관계로 정의되어 음파의 전파를 방해하는 척도이며, 음향 저항과 음향 리액턴스로 나뉘고, 매질의 밀도와 음속의 곱으로 정의되는 특성 음향 임피던스는 매질의 고유한 물성을 나타낸다.

음압
음향 측정
특성	기호
음압	p, SPL, L_PA
입자 속도	v, SVL
입자 변위	δ
음향 강도	I, SIL
음향 파워	P, SWL, L_WA
음향 에너지	W
음향 에너지 밀도	w
음향 노출	E, SEL
음향 임피던스	Z
가청 주파수	AF
전달 손실	TL
음압
정의	소리가 만들어내는 국소적인 압력 변화. 이는 소리가 없을 때의 정압(정상적인 대기압)과 소리파에 의해 압축되거나 희박해진 압력 사이의 차이이다.
단위	파스칼(Pa), 또는 제곱미터당 뉴턴(N/m²).
기호	p
공식	p = F/A (여기서 F는 힘, A는 면적)
참고 사항	음압은 소리의 크기나 강도를 나타내는 기본적인 물리량이다.
설명	음압은 소리의 방향에 수직인 표면적에 가해지는 소리의 힘이다.

2. 정의

음압(''p'')은 매질의 압력에서 평균 압력(''p''₀)을 뺀 값으로, Sound pressure^영어라고도 한다.

: $p = p_{\rm total} - p_0$

음파는 전송 매체를 통해 전달되며, 국소 주변 압력에 "동적" 압력인 음압의 편차를 일으킨다. 이는 "정적" 압력에 대비된다.^[38]

음파는 고체, 액체, 기체 등의 매질에서 밀도 변화의 파동으로 전파된다. 물에서 전파되는 음파는 수중음이라고 하며, 수중 음향학 분야에서 연구된다. 고체에서는 신축, 비틀림, 굽힘 변형에 대한 탄성으로 인해 비틀림파와 굽힘파도 전파된다.^[1]

공기 중에서 음파는 입자 밀도에 따라 압력이 변하며 전파된다. 입자가 밀집된 곳은 압력이 높고, 희소한 곳은 압력이 낮다. 이러한 압력 변화, 즉 음압이 귀에 도달하면 소리로 인지된다.^[7]

공기 중 음파는 종파이며, 음압은 밀도에 따라 양 또는 음의 값을 가진다. 음향학에서는 교류 전압처럼 음압을 실효값으로 나타내는 경우가 많다.^[7]

단위 체적당 매질에 포함된 파동 에너지인 에너지 밀도는 음압(실효 음압)의 제곱에 비례하며, 1초 동안 단위 면적을 통과하는 소리 에너지인 음의 세기(단위: W/m²)에도 비례한다.^[7]

2. 1. 순시 음압, 피크 음압, 실효 음압

(1) 무음 상태의 매질은 밀도가 일정하다
(2) 소리가 전달될 때 밀도의 농담 패턴이 발생한다
(a) 밀도의 고저는 압력의 고저와 대응
(b) 어떤 지점 x₀의 압력값의 시간 변화]]

'''순시 음압'''()^[51]은 특정 시점에서의 음압 값으로, 매질 중의 한 점에서 대상이 되는 순간에 존재하는 압력에서 정압을 뺀 값이다. 수식으로는 다음과 같이 표현된다.

:

\delta p = p - p_0

:여기서 δp는 순시 음압, p는 변동하는 매질의 압력, p₀는 정압 상태의 압력이다.

'''피크 음압'''()^[51]은 주어진 시간 동안 순시 음압 중 가장 큰 절댓값(최대 진폭)이다.

'''실효 음압'''은 일반적으로 음압이라고 하면 실효 음압을 의미하며, 순시 음압을 제곱 평균 제곱근(RMS)한 값이다. 주기적인 신호의 경우 한 주기 동안의 값을, 비주기적인 신호의 경우 충분히 긴 시간 동안의 값을 사용한다.^[39] 수식으로는 다음과 같이 표현된다.

: (주기적인 신호)

:

p_\text{rms} =  \sqrt{ \lim_{T\rightarrow \infty}  {\int_{0}^{T} p^2(t) \, {\rm d}t}} }

(비주기적인 신호)

:여기서 p_rms는 실효 음압, T는 시간, δp는 순시 음압, p(t)는 시간 t에서의 압력 변동이다.

일본 산업 규격 JIS Z 8106:2000「음향 용어」에 따르면, 특별히 지정하지 않는 한, 어떤 시간 내의 순시 음압의 실효값을 음압으로 한다.^[38]

실효값 검파 특성 회로는 (순시) 음압을 변환한 전기 신호의 시간 파형을 제곱하여 RC 직렬 회로에 의해 교류-직류 변환하는 것으로, 아날로그 회로로 쉽게 실현할 수 있으며, 사람의 청각의 시간 응답과도 잘 맞기 때문에 널리 사용된다.^[42]

3. 음압 레벨

음압 레벨(sound pressure level^영어, SPL) ''L''_p는 음압과 기준 음압 ''p''_ref의 비율을 로그 규모로 표현한 것으로, 실효값(RMS)을 사용한다.^[4]

: $L_p=20 \log_{10}\left(\frac{p_{\mathrm{rms}}}{p_{\mathrm{ref}}}\right)$ (dB)

단위는 데시벨(dB)을 사용하며, dB (SPL), dBSPL, dB_SPL 등으로 표기한다.

인간 청각의 가청 범위는 2×10^-5Pa에서 20Pa 정도로 매우 넓다. 이러한 넓은 범위와 로그 스케일 특성을 반영하여 음압 레벨 척도를 사용한다.

3. 1. 기준 음압

기준 음압(''p''_ref)은 공기 중에서 20µPa(마이크로파스칼)을 사용하는데, 이는 1kHz에서 인간이 들을 수 있는 가장 작은 소리의 크기를 기준으로 한 것이다.^[7] 수중에서는 1µPa을 기준 음압으로 사용한다.^[9] 1970년 미 해군의 수중소음 연구에서 1µPa을 기준음압으로 채택하여 ANSI(1971)에서 규정하고 지금까지 국제적으로 사용되고 있다.

3. 2. 음압 레벨 표기

음압 레벨은 데시벨(dB)을 사용하여 나타내며, dB (SPL), dBSPL, dB_SPL 등으로 표기한다. 기준 음압을 명시할 때는 dB re 20 µPa, dB (20 µPa) 등으로 표기한다.^[4]

4. 음압과 다른 물리량과의 관계

음파는 일반적으로 고체, 액체, 기체 등과 같은 매질을 통해 전파되는 밀도 변화의 파동이다. 액체가 물인 경우에는 특히 수중음이라고 하며, 수중 음향학이라는 연구 분야도 있다. 고체의 경우 기체나 액체와 같은 신축에 대한 탄성뿐만 아니라 비틀림 변형과 굽힘 변형에 대한 탄성도 있어, 비틀림파와 굽힘파도 전파된다.^[38]

공기 중 미립자의 밀도를 살펴보면, 입자가 밀집된 부분에서는 압력이 증가하고, 희소해진 부분에서는 압력이 감소한다. 이러한 압력 변화가 전파되는 것이 공기 중의 음파이며, 음파에 의한 대기압으로부터의 압력 변화가 음압이다. 공기 중 음압의 변화가 귀에 도달하면 소리가 난다는 감각을 얻을 수 있다.^[39]

압력장의 개요
(1) 무음 상태의 매질은 밀도가 일정하다
(2) 소리가 전달될 때 밀도의 농담 패턴이 발생한다
(a) 밀도의 고저는 압력의 고저와 대응
(b) 어떤 지점 x₀의 압력값의 시간 변화

음파는 매질을 구성하는 입자의 소밀 상태를 진행 방향과 같은 방향의 진폭으로 전달하는 종파이다.^[40] 그림의 (1)은 음파가 없을 때(정압 상태), (2)는 음파가 있을 때(소리에 의한 압력 변화가 더해진 상태)의 어느 순간에 음파가 진행하는 방향에서의 매질의 소밀 상태를 모식적으로 나타낸 것이다.

(a)는 음파에 의한 매질의 소밀 상태(그림의 (2))에 대응하여 매질의 압력을 세로축, 음파의 진행 방향을 가로축으로 하여 그래프로 나타낸 것이다. 선 간격이 좁을수록(밀할수록) 압력이 높고, 반대로 선 간격이 넓을수록(소할수록) 압력이 낮다.

여기서 변동하는 매질의 압력 ''p''와 정압 상태 ''p''₀의 차이인 δ''p'' = ''p'' - ''p''₀가 음압(순시 음압)의 값이다. 압력 ''p''가 정압 상태 ''p''₀보다 높을 때 δ''p''가 양(+)이 되고, 압력 ''p''가 정압 상태 ''p''₀보다 낮을 때 음(-)이 된다. 이 파형의 파장은 λ (m)이다.

이 음파에 의한 매질의 소밀 상황은 탄성과 관성의 작용으로 진행 방향으로 음속으로 전달된다. (b)는 어떤 지점 x₀에 주목하여 그 시간 변화를 보는 것, 즉 세로축에 매질의 압력(음압), 가로축에 시간을 취하여 나타낸 것이다.

(b)와 같이 어떤 점의 압력의 시간적 변화가 주기적인 소리에 대해 그 주기가 T (s)일 때 음압의 실효값(실효 음압) ''p''_rms는 순시 음압 δ''p''의 주기 T에서의 자승 평균 제곱근이며 다음과 같은 식으로 표시된다.

:

p_\text{rms}=\sqrt소리의 에너지 는 실효 음압의 제곱에 비례하며, 단위 시간에 단위 면적을 통과하는 소리의 에너지로 정의되는 소리의 세기 ''I'' [W/m

²]는 다음과 같이 표현된다.:

I = cD = ^2 \over {\rho c}}

여기서 ''D''는 매질 중의 단위 체적에 포함되는 음파의 에너지인 에너지 밀도(= ''p''_rms²/ρ''c''²), ''p''_rms [Pa]는 실효 음압, ρ [kg/m³]는 매질의 밀도, ''c'' [m/s]는 매질 중의 음파의 속도이다. 위 식과 같이 소리의 세기 ''I''는 실효 음압 ''p''_rms 의 제곱에 비례한다.^[41]

음장 내의 어떤 면 ''S'' [m²]을 단위 시간 내에 통과하는 음향 에너지를 음향 파워 ''W'' [W]라고 하며, 음향 인텐시티(소리의 세기) ''I''[W/m²]를 사용하여 다음과 같이 정의된다.

:

W = \int_{S} IdS

음원을 둘러싸는 폐곡면을 통과하는 음향 파워를 음향 출력이라고 부른다.^[45]

자유 공간(자유 음장)에 놓인 점 음원에서 음향 출력 ''W'' [W]의 구면파가 전파될 때, 음원에서 ''r'' [m] 떨어진 장소의 소리의 세기는,

:

I = { W \over 4{\pi}r^2 }

[W/m²]

가 되어, 음원으로부터의 거리의 제곱에 반비례한다. 또한, 음압

p=\sqrt

[Pa]는, 음원으로부터의 거리에 반비례한다.^[46]^[47]

이와 같이 음원으로부터 멀어질수록 음압이나 소리의 세기가 작아지는 것을 거리 감쇠(혹은 기하 감쇠)라고 한다.^[48]

4. 1. 음향 강도

음향 강도 ''I''는 음압과 입자 속도 ''v''의 곱이다.

:

\vec{I} = p \vec{v}

여기서

''p''는 음압이고,
'''v'''는 입자 속도이다.

음파에서 음압에 대한 보완 변수는 입자 속도이다. 이 둘은 함께 파동의 음향 강도를 결정한다.

'''음향 강도'''는 '''I'''로 표시하며 SI 단위로 W·m⁻²로 측정되며, 다음과 같이 정의된다.

:

\mathbf I = p \mathbf v,

소리의 에너지는 실효 음압의 제곱에 비례한다.

단위 시간에 단위 면적을 통과하는 소리의 에너지로 정의되는 '''소리의 세기''' ''I'' [W/m²]는, 매질 중의 단위 체적에 포함되는 음파의 에너지인 '''에너지 밀도''' ''D'' (=''p''_rms²/ρ''c''²)로부터, 실효 음압 ''p''_rms [Pa], 매질의 밀도 ρ [kg/m³], 매질 중의 음파의 속도 ''c'' [m/s]를 사용하여,

:

I = cD = ^2 \over {\rho c}}

로 나타낸다. 위 식과 같이 소리의 세기 ''I''는 실효 음압 ''p''_rms 의 제곱에 비례한다.

음장 내의 어떤 면 ''S'' [m²]을 단위 시간 내에 통과하는 음향 에너지를 '''음향 파워'''라고 부르며, 음향 파워 ''W'' [W]는 음향 인텐시티(소리의 세기) ''I''[W/m²]를 사용하여

:

W = \int_{S} IdS

로 정의되며, 음원을 둘러싸는 폐곡면을 통과하는 음향 파워를 음향 출력이라고 부른다^[45]。

자유 공간(자유 음장)에 놓인 점 음원에서 음향 출력 ''W'' [W]의 구면파가 전파될 때, 음원에서 ''r'' [m] 떨어진 장소의 소리의 세기는,

:

I = { W \over 4{\pi}r^2 }

[W/m²]

가 되어, 음원으로부터의 거리의 제곱에 반비례한다. 또한, 음압

p=\sqrt

로 표시되므로, 음압 레벨 ''L_p''는

:

L_p=10 \log_{10}\frac{p^2}{{p_0}^2} =10 \log_{10}\frac{\rho cI}{{p_0}^2}= 10 \log_{10}\frac{I}{I_0}\frac{\rho cI_0}{{p_0}^2} = L_I + 10 \log_{10}\frac{\rho c}{400}

가 된다. ρc 값은 온도와 기압에 따라 다르지만, 상온 상압에서는 400에 가까운 값이며, 값을 데시벨로 나타낼 때, 실용적으로는 ρc = 400으로 놓고

:

L_I = L_p

로 해도 된다고 한다.

4. 2. 음향 임피던스

음향 임피던스 ''Z''는 음압과 체적 속도 ''U'' 사이의 비율이다.^[2]

:

Z = \frac{p}{U}

'''음향 임피던스'''(acoustic impedance)는 기호 ''Z''로 표시하며, SI 단위로 Pa·m⁻³·s로 측정되며, 다음과 같이 정의된다.

Z(s) = \frac{\hat{p}(s)}{\hat{Q}(s)},

여기서,

$\hat{p}(s)$ 는 음압의 라플라스 변환이고,
$\hat{Q}(s)$ 는 음량 유량의 라플라스 변환이다.

'''비음향 임피던스'''(specific acoustic impedance)는 기호 ''z''로 표시하며, SI 단위로 Pa·m⁻¹·s로 측정되며, 다음과 같이 정의된다.^[2]

z(s) = \frac{\hat{p}(s)}{\hat{v}(s)},

여기서,

$\hat{p}(s)$ 는 음압의 라플라스 변환이고,
$\hat{v}(s)$ 는 입자 속도의 라플라스 변환이다.

4. 3. 입자 변위

진행 정현파의 입자 변위는 다음과 같이 주어진다.^[2]

:

\delta(\mathbf{r}, t) = \delta_\text{m} \cos(\mathbf{k} \cdot \mathbf{r} - \omega t + \varphi_{\delta, 0}),

여기서,

$\delta_\text{m}$ 은 입자 변위의 진폭이고,
$\varphi_{\delta, 0}$ 은 입자 변위의 위상 변이이며,
'''k'''는 각 파수이고,
''ω''는 각주파수이다.

결과적으로 음파의 전파 방향 ''x''를 따라 입자 속도와 음압은 다음과 같이 주어진다.^[2]

:

v(\mathbf{r}, t) = \frac{\partial \delta}{\partial t} (\mathbf{r}, t) = \omega \delta_\text{m} \cos\left(\mathbf{k} \cdot \mathbf{r} - \omega t + \varphi_{\delta, 0} + \frac{\pi}{2}\right) = v_\text{m} \cos(\mathbf{k} \cdot \mathbf{r} - \omega t + \varphi_{v, 0}),

:

p(\mathbf{r}, t) = -\rho c^2 \frac{\partial \delta}{\partial x} (\mathbf{r}, t) = \rho c^2 k_x \delta_\text{m} \cos\left(\mathbf{k} \cdot \mathbf{r} - \omega t + \varphi_{\delta, 0} + \frac{\pi}{2}\right) = p_\text{m} \cos(\mathbf{k} \cdot \mathbf{r} - \omega t + \varphi_{p, 0}),

여기서,

''v''_m은 입자 속도의 진폭이고,
$\varphi_{v, 0}$ 는 입자 속도의 위상 변이이며,
''p''_m은 음향 압력의 진폭이고,
$\varphi_{p, 0}$ 는 음향 압력의 위상 변이이다.

시간에 대한 ''v''와 ''p''의 라플라스 변환을 취하면,

:

\hat{v}(\mathbf{r}, s) = v_\text{m} \frac{s \cos \varphi_{v,0} - \omega \sin \varphi_{v,0}}{s^2 + \omega^2},

:

\hat{p}(\mathbf{r}, s) = p_\text{m} \frac{s \cos \varphi_{p,0} - \omega \sin \varphi_{p,0}}{s^2 + \omega^2}.

\varphi_{v,0} = \varphi_{p,0}

이므로, 비음향 임피던스의 진폭은 다음과 같다.

:

z_\text{m}(\mathbf{r}, s) = |z(\mathbf{r}, s)| = \left|\frac{\hat{p}(\mathbf{r}, s)}{\hat{v}(\mathbf{r}, s)}\right| = \frac{p_\text{m}}{v_\text{m}} = \frac{\rho c^2 k_x}{\omega}.

결과적으로, 입자 변위의 진폭은 다음과 같이 음향 속도와 음압의 진폭과 관련이 있다.^[2]

:

\delta_\text{m} = \frac{v_\text{m}}{\omega},

:

\delta_\text{m} = \frac{p_\text{m}}{\omega  z_\text{m}(\mathbf{r}, s)}.

5. 반비례 법칙

음원을 통해 생성되는 음압을 측정할 때, 음파의 음압은 구의 중심으로부터 1/''r''로 감소하기 때문에 (음의 세기와 같이 1/''r''²가 아닌) 물체로부터의 거리를 측정하는 것도 중요하다.^[3] 이 관계는 ''반비례 법칙''이다.

구의 중심으로부터 거리 ''r''₁에서 음압 ''p''₁이 측정되면, 다른 위치 ''r''₂에서의 음압 ''p''₂를 계산할 수 있다.

: $p_2 = \frac{r_1}{r_2}\,p_1.$

음압에 대한 반비례 법칙은 음의 세기에 대한 제곱 반비례 법칙에서 유래한다.

: $I(r) \propto \frac{1}{r^2}.$

실제로,

: $I(r) = p(r) v(r) = p(r)\left[p * z^{-1}\right](r) \propto p^2(r),$

여기서

$*$ 는 컨볼루션 연산자이고,
''z''⁻¹는 비음향 임피던스의 컨볼루션 역수이므로,

반비례 법칙은 다음과 같다.

:

p(r) \propto \frac{1}{r}.

자유 공간(자유 음장)에 놓인 점 음원에서 음향 출력 ''W'' [W]의 구면파가 전파될 때, 음원에서 ''r'' [m] 떨어진 장소의 소리의 세기는,

:

I = { W \over 4{\pi}r^2 }

[W/m²]

가 되어, 음원으로부터의 거리의 제곱에 반비례한다. 또한, 음압

p=\sqrt\left ({1 \over r} \right )

[Pa]는, 음원으로부터의 거리에 반비례한다.^[46]^[47]

이와 같이 음원으로부터 멀어질수록 음압이나 소리의 세기가 작아지는 것을 거리 감쇠(혹은 기하 감쇠)라고 한다.^[48]

6. 여러 음원의 합성

여러 개의 무관한 음원이 존재할 때, 전체 음압 레벨은 각 음원의 음압 레벨을 에너지 합산하여 계산한다.

: $L_\Sigma = 10 \log_{10} \left(10^{\frac{L_1}{10~\text{dB}}} + 10^{\frac{L_2}{10~\text{dB}}} + \dots + 10^{\frac{L_n}{10~\text{dB}}} \right)~\text{dB}.$

7. 음압과 에너지 및 파워의 관계

단위 시간, 단위 면적을 통과하는 소리의 에너지인 음향 강도 ''I'' [W/m²]는, 매질 중의 단위 체적에 포함되는 음파의 에너지인 '''에너지 밀도''' ''D''와 매질 중의 음파의 속도(음속) ''c'' [m/s]를 곱한 값으로, 실효 음압 ''p''_rms [Pa]의 제곱에 비례한다.

: ''I'' = ''cD'' =

여기서 ρ는 매질의 밀도 [kg/m³]이다.

자유 공간에 놓인 점 음원에서 구면파가 전파될 때, 음원에서 ''r'' [m] 떨어진 장소에서 소리의 세기는 음원으로부터의 거리의 제곱에 반비례하고, 음압은 거리에 반비례한다.^[46]^[47] 이와 같이 음원에서 멀어질수록 음압이나 소리의 세기가 작아지는 현상을 거리 감쇠(혹은 기하 감쇠)라고 한다.^[48]

소리의 세기
: ''I'' = ''W'' / 4π''r''² [W/m²]
음압
: $p=\sqrt\left ({1 \over r} \right )$ [Pa]

8. 음압과 소리의 크기

주기성이 뚜렷한 소리는 일정한 음높이(피치)와 함께 느껴지는데, 이를 음악 소리라고 한다. 이러한 소리는 기본 주파수의 정수배 주파수를 가지는 배음들의 합으로 나타낼 수 있다.^[36] 예를 들어, 삼각파는 기본 주파수의 3배, 5배 등 홀수 차수의 배음으로 분해할 수 있다.^[36]

공기 중의 음압 변화가 귀에 전달되면 소리 감각을 얻게 된다. 귀에서는 음압의 진폭 크기에 따라 기저막의 진폭이 결정되고, 코르티 기관에서 발생하는 임펄스 수가 대뇌로 전달되어 소리의 크기가 인지된다. 기저막의 진동 부위는 소리의 주파수에 따라 달라지므로, 소리의 크기는 주파수에 의해서도 영향을 받는다.^[37]

소리의 지각적인 크기인 '라우드니스'는 감각량으로, 물리적으로 직접 측정할 수는 없지만 소리의 에너지와 관련이 있다. 소리의 세기가 증가하면 소리는 크게 느껴진다. 소리의 크기는 소리의 세기, 시간 구조, 주파수 스펙트럼 구성에 따라 달라진다. 실제 소리는 다양한 주파수 성분을 포함하는 복합음인 경우가 많으므로, 주파수 성분을 파악하는 것이 중요하다.

8. 1. 가청역

인간이 소리로 인지할 수 있는 음압 범위는 대략 20μPa에서 20Pa 사이이며, 이는 음압 레벨로 0~120 dB에 해당한다. 이 범위를 가청역이라고 부른다.^[49] 가청역을 초과하는 크기의 압력 변화는 고막을 손상시켜 통증을 유발할 수 있다.^[49]

8. 2. 주파수에 따른 소리의 크기 변화 (등 라우드니스 곡선)

인간의 청각은 주파수에 따라 소리의 크기를 다르게 인지한다. 즉, 같은 음압을 가진 소리라도 주파수가 다르면 그 크기가 다르게 느껴진다.^[50]

등 라우드니스 곡선은 이러한 주파수에 따른 청각 감도의 차이를 보여주는 곡선이다. 이 곡선은 기준 주파수(1,000Hz)의 순음과 같은 크기로 들리는 다른 주파수 순음의 음압 레벨을 연결하여 나타낸다.^[50]

대체로 낮은 주파수 영역에서는 1~5kHz 부근에 비해 상대적으로 높은 음압 레벨이 아니면 같은 크기로 들리지 않는다.^[50]

하비 플레처(Harvey Fletcher)와 와일든 먼슨(Wilden A. Munson)이 제시한 등 라우드니스 곡선이 유명하며,^[50] 최근에는 스즈키와 타케시마가 측정한 곡선이 ISO 226:2003으로 규격화되었다.^[50]

8. 3. A 특성 음압 레벨

A 특성 음압 레벨은 인간이 소리를 듣는 특성을 고려하여 보정한 음압 레벨로, 소음 측정에 널리 사용된다. 사운드 레벨 미터(소음계)에는 A 특성 주파수 보정 회로가 포함되어 있다.^[44] A 특성 음압 레벨은 dB_A 또는 L_A로 표기하며, "소음 레벨"이라고도 한다.^[44]

주파수에 따른 청감 보정 그래프
A 특성은 40phon에서의 등 라우드니스 레벨 곡선을 역으로 한 것에 근사하다.

A 특성은 플레처-먼슨의 40 phon^영어(1000Hz, 40dB의 음압 레벨의 순음에 등가인 소리의 크기의, 각 주파수에서의 음압 레벨(등 라우드니스 레벨))에서의 등 라우드니스 레벨 곡선을 역으로 한 것에 근사하다. A 특성에 의해 주파수 가중치를 한 음압 ''p''_A를 사용하여 산정한 음압 레벨 ''L''_A를 소음 레벨이라고 하며, 소음의 크기 평가에 사용된다.

9. 음압의 예시

표준 대기압에서의 공기 중 음압의 예시
소리의 근원	거리	음압 레벨^[11]^[12]
소리의 근원	거리	(Pa)	(dB)
충격파 (왜곡된 음파 > 1 atm; 파형 골은 0 압력에서 잘림)		>1.01×10⁵	>191
단순한 개방형 열음향 장치		1.26×10⁴	176
1883년 크라카토아 화산 폭발^[15]^[16]	165km		172
.30-06 소총 발사	1m (사수 옆에서)	7.09×10³	171
폭죽^[17]	0.5m	7.09×10³	171
섬광 수류탄^[18]	주변	1.60×10³ ...8.00×10³	158–172
약 22.86cm 풍선이 터지도록 부풀림^[19]	귀에서	4.92×10³	168
약 22.86cm 직경 풍선을 터뜨림^[19]	귀에서	1.79×10³	159
약 22.86cm 풍선이 터지도록 부풀림^[19]	0.5m	1.42×10³	157
약 22.86cm 직경 풍선을 핀으로 터뜨림^[19]	귀에서	1.13×10³	155
LRAD 1000Xi^[20]	1m	8.93×10²	153
약 22.86cm 풍선이 터지도록 부풀림^[19]	1m	731	151
제트 엔진^[13]	1m	632	150
약 22.86cm 직경 풍선을 터뜨림^[19]	0.95m	448	147
약 22.86cm 직경 풍선을 핀으로 터뜨림^[19]	1m	282.5	143
가장 큰 사람의 목소리^[25]	약 2.54cm	110	135
트럼펫^[21]	0.5m	63.2	130
부부젤라^[22]	1m	20.0	120
고통의 역치^[23]^[24]^[25]	귀에서	20–200	120–140
즉각적인 소음성 난청의 위험	귀에서	20.0	120
제트 엔진	100m–30m	6.32–200	110–140
2행정 엔진 체인톱^[26]	1m	6.32	110
브레이커	1m	2.00	100
붐비는 도로의 교통 (내연 기관)	10m	0.20–0.63	80–90
청력 손상 (장기간 노출 시, 지속적일 필요는 없음)^[30]	귀에서	0.36	85
승용차 (내연 기관)	10m	0.02–0.20	60–80
붐비는 도로의 교통 (전기 자동차) ^[27]	10m	0.20–0.63	65-75
EPA에서 식별한 청력 손실 및 수면 방해, 스트레스, 학습 저해 등 소음으로 인한 기타 방해 효과로부터 보호하기 위한 최대 소음^[28]	주변	0.06	70
TV (가정 수준으로 설정)	1m	0.02	60
일반적인 대화	1m	2×10⁻³–0.02	40–60
승용차 (전기) ^[29]	10m	0.02–0.20	38-48
매우 조용한 방	주변	2.00×10⁻⁴ ...6.32×10⁻⁴	20–30
가벼운 잎 흔들림, 잔잔한 숨소리^[13]	주변	6.32×10⁻⁵	10
1 kHz에서 청력 역치^[30]	귀에서	2.00×10⁻⁵	0
무향실, Orfield Labs, A-가중치^[31]^[32]	주변	6.80×10⁻⁶	−9.4
무향실, 솔포드 대학교, A-가중치^[33]	주변	4.80×10⁻⁶	−12.4
무향실, Microsoft, A-가중치^[34]^[35]	주변	1.90×10⁻⁶	−20.35

LRAD는 한국의 시위 진압 및 해상 경비 등에 사용되는 장비로, 높은 음압 레벨을 발생시켜 인체에 영향을 줄 수 있다.^[20] 더불어민주당은 LRAD 사용에 대해 인권 침해 및 안전 문제를 제기하며 비판적인 입장을 보이고 있다.

참조

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