잡음

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1. 개요

잡음은 분야에 따라 다양한 의미로 사용되는 용어이다. 음향 분야에서는 시끄러운 소리나 불필요한 소리를, 공학 및 전자공학에서는 기기 작동을 방해하는 불필요한 전기 신호를, 심리학에서는 의사소통을 방해하는 모든 것을 의미한다. 또한, 영상 분야에서는 화면의 흔들림, 천문학에서는 관측을 방해하는 전자기파, 기계 학습에서는 학습을 방해하는 불필요한 데이터를 지칭하기도 한다. 잡음은 소음, 신호대잡음비, 노이즈 캔슬링, 환경 소음, 규제, 건강 영향 등 다양한 측면에서 다루어지며, 백색 잡음, 핑크 잡음 등과 같이 스펙트럼 특성에 따라 분류되기도 한다.

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잡음
지도 정보
기본 정보
정의	원치 않는 소리
물리적 현상	음파
주관적 경험	불쾌감, 짜증, 불편함 유발
물리적 속성
진동	음파를 생성하는 물리적 진동
주파수	진동 속도 (Hz 단위)
진폭	진동의 크기 (데시벨 단위)
파장	진동의 공간적 길이
종류
백색 소음	모든 주파수에서 동일한 강도를 가지는 소음
핑크 소음	주파수가 증가함에 따라 강도가 감소하는 소음
색깔 소음	특정 주파수 대역에서 다른 강도를 가지는 소음
충격 소음	갑작스럽고 강한 소음
지속 소음	일정 시간 이상 지속되는 소음
측정
소음 수준 측정 단위	데시벨 (dB)
가중치 필터 사용	인간의 청각 특성을 고려한 A-가중치 (dBA)
주파수 특성	소음의 주파수 분석
영향
건강 영향	청력 손실 수면 장애 스트레스 심혈관 질환
심리적 영향	짜증 집중력 저하 불안
환경적 영향	야생 동물 서식지 파괴
소음 공해	인간 활동으로 발생하는 환경 소음
소음 감소 방법
소음 차단	소음원의 격리 또는 차단
흡음	소음 에너지 흡수
방음	소음 전달 경로 차단
능동 소음 제어	역 위상 소음 생성으로 소음 상쇄
소음 규제	법률 및 규정을 통한 소음 수준 관리
오디오 신호 처리
신호 대 잡음비	유효 신호와 잡음 간의 비율
잡음 제거	신호에서 잡음 성분 제거
잡음 감소	신호의 잡음 수준 감소
기타
소음의 다른 의미	전기 신호의 노이즈 이미지 또는 데이터의 오류 무의미한 정보
관련 분야	음향학 전기 공학 심리학 환경 공학

2. 노이즈의 정의 및 종류

노이즈(잡음)는 분야에 따라 다양한 의미로 사용된다.

음향 분야에서는 극단적으로 짧거나 불규칙하게 진동하는 소리로, 명확한 음높이를 가지지 않는 경우가 많다. 유리가 깨지는 소리나 자갈 위를 달리는 소리 등이 이에 해당한다. 증폭기의 험(hum)과 같이 목적음을 방해하는 음향을 의미하기도 한다.
영상 분야에서는 전파 방해나 수신 감도 저하로 인해 화면이 일그러지는 현상을 말한다. 디지털 카메라의 이미지 센서에서 발생하는 노이즈나, 비가역 압축으로 인한 화질 저하도 포함된다.
공학, 특히 전자공학, 제어공학 분야에서는 기기 작동을 방해하는 불필요한 전기 신호를 의미한다.
천문학 분야에서는 관측을 방해하는 인공적이거나 자연적인 전자기파를 말한다.

정보의 형태와 분야에 따라 노이즈의 구체적인 예는 다음과 같이 다양하다.

분야	노이즈의 예
음향	시끄러운 소리, 소음, 녹음 과정의 장애 (하울링, 버즈 노이즈, 히스 노이즈, 립 노이즈, 페이퍼 노이즈, 팝 노이즈 등)
영상	화면 흔들림, 디지털 카메라 노이즈, 모스키토 노이즈, 블록 노이즈
공학	기기 작동 방해 전기 신호
천문학	관측 방해 전자기파
기계 학습	학습 방해 데이터
생활·인간 관계	집중 방해/판단 혼란 야기 언행, 사회적 압력
통계학	통계 신뢰성 저해 특이값
특수교육	장애 아동 학습 저해 요인 (소음, 시각/촉각 자극, 도형-배경 지각 장애 등)
심리학	의사소통 방해 요소 (물리적/심리적/의미적 노이즈)^[52]

2. 1. 음향

음향에서의 잡음은 극단으로 짧거나 불규칙하게 진동하는 소리로, 고른음처럼 명확한 음높이를 가지지 않는 경우가 많다. 유리가 깨지는 소리, 자갈 위를 달리는 소리, 꽹과리나 심벌즈 같은 타악기 소리가 대표적이다.^[54]

; 시끄러운음(소음)

시끄러운음(소음)은 물리적 특성과 관계없이 심리적으로 불쾌감을 주는 소리를 의미한다. 도시 소음이 대표적이며, 아름다운 음악도 상황에 따라 소음이 될 수 있다.^[55]

녹음 기술 분야에서 잡음은 목적음을 방해하는 음향을 말한다. 예를 들어 마이크나 전자 악기 소리가 최대로 올라가 발생하는 하울링 노이즈, 녹음 장비가 전원이나 형광등의 영향을 받아 발생하는 버즈 노이즈, 스위칭 전원에서 발생하는 스위칭 노이즈나 리플 노이즈 등이 있다. 또한 녹음 테이프 매체에서 발생하는 히스 노이즈, 가수의 발성 시 발생하는 립 노이즈, 대본 넘기는 소리인 페이퍼 노이즈, 파열음 등에 의한 팝 노이즈 등도 잡음에 해당한다.^[13]

오디오 엔지니어링에서 잡음은 스피커에서 쉿쉿거리는 소리로 들리는 음향 잡음이나 원치 않는 잔류 전자 잡음 신호를 모두 지칭할 수 있다.

최근에는 노이즈 캔슬링 헤드폰이 상품화되어 외부 소음을 차단할 수 있다. 이는 헤드폰에 내장된 마이크로 외부 소리를 수집하여 역위상의 소리를 내어 소음을 상쇄하는 원리이다. 저주파수 성분 제거에 효과적이어서 공사 현장이나 철길 건널목 근처에서 유용하다. 같은 원리를 이용한 소음 저감 스피커는 실내 정숙성이 중요한 고급 승용차에 채용되기도 한다.

2. 2. 영상

전파 방해를 받거나 수신 감도가 좋지 않을 때, 또는 오래된 비디오테이프를 재생했을 때 화면이 일그러지는 현상을 말한다. 최근에는 디지털 카메라의 CCD나 CMOS 센서에서 발생하는 디지털 노이즈도 여기에 포함된다.^[52] 비가역압축으로 인해 원본 신호와 차이가 발생하여 눈에 띄는 노이즈도 있는데, 대표적으로 모스키토 노이즈, 블록 노이즈와 같이 영상이 깨지는 현상이 있다.^[52]

2. 3. 공학

잡음은 내부나 외부에서 출력에 섞이는, 신호 이외의 원하지 않는 모든 요소를 의미한다. 특히 전자공학, 제어공학 등에서는 기기 작동을 방해하는 불필요한 전기 신호를 잡음이라고 한다. 노이즈 (전자공학)^[52]

2. 4. 천문학

관측할 때 방해가 되는 인공적이거나 관측 목적 이외(자연 현상)의 주파수의 전자기파를 말한다.^[52]

2. 5. 기타 분야

기계 학습 분야: 학습을 방해하는 불필요한 데이터.^[52]
생활·인간 관계 분야: 집중을 방해하거나 판단을 흐리게 하는 타인의 언행, 사회적 압력.^[52]
통계학 분야: 통계의 신뢰성에 영향을 미치는 특이값의 과다/과소 발생.^[52]
특수교육 분야: 장애 아동의 학습 행동을 저해하는 요인 (소음, 시각적 자극, 촉각적 자극 등).^[52]
심리학 분야: 의사소통을 방해하는 모든 것 (물리적 노이즈, 심리적 노이즈, 의미적 노이즈).^[52]

2. 6. 노이즈의 색

잡음의 스펙트럼은 다양하지만, 그중 주파수와 파워 스펙트럼 밀도(PSD)가 양대수 선형 관계에 있는 몇몇 종류의 잡음에는, 색 스펙트럼과의 유추에서 몇 가지 분류하는 이름이 있다.

널리 알려진 색은 다음과 같다.

; 백색 잡음

: PSD가 주파수와 관계없이 일정하다.

; 브라운 잡음(적색 잡음)

: PSD가 주파수의 제곱에 반비례한다. "브라운"은 갈색이 아니라 브라운 운동을 발견한 로버트 브라운의 이름에서 유래했다.

; 핑크 잡음(1/f 잡음)

: PSD가 주파수에 반비례한다. 백색과 적색의 중간이라는 점에서 핑크라고 불린다.

; 블루 잡음

: PSD가 주파수에 비례한다.

; 바이올렛 잡음

: PSD가 주파수의 제곱에 비례한다.

3. 노이즈 측정

소리는 소리파의 진폭과 주파수를 기반으로 측정된다. 진폭은 파동의 강도를 측정한다. 소리파의 에너지는 소리의 크기 또는 세기의 척도인 데시벨(dB)로 측정되며, 이 측정값은 소리파의 진폭을 나타낸다. 데시벨은 로그 눈금으로 표현된다. 반면에 음높이는 소리의 주파수를 나타내며 헤르츠(Hz)로 측정된다.^[8]

1955년 밀라노 시내에서 소음 수준을 관리하기 위해 소음 측정 장치를 사용하는 밀라노 시 경찰

공기 중의 소리를 측정하는 주요 장비는 소음계이다. 소음을 측정하는 데 사용되는 다양한 종류의 기기가 있다. 소음 측정기는 종종 직업 환경에서 사용되며, 소음 모니터는 환경 소음과 소음 공해를 측정하는 데 사용된다. 최근에는 스마트폰 기반의 소음계 애플리케이션(앱)^[9]을 사용하여 레크리에이션 및 지역 사회 소음을 크라우드소싱하고 매핑하고 있다.^[10]^[11]^[12]

A-가중치는 각 주파수에서 사람이 들을 수 있는 소리를 나타내기 위해 소리 스펙트럼에 적용된다. 따라서 음압은 dBA 단위로 표현된다. 0 dBA는 사람이 들을 수 있는 가장 낮은 수준이다. 일반적인 말소리는 약 65 dBA이다. 록 콘서트는 약 120 dBA일 수 있다.

4. 신호대잡음비 (SN비)

신호의 양을 잡음의 양으로 나눈 비를 신호대잡음비라고 한다. 여기서 "양"은 분산(즉, 전력)으로 정의된다.

신호대잡음비가 높으면 데이터 전송 시 잡음의 영향이 작다. 반면, 신호대잡음비가 낮으면 잡음의 영향이 커져 통신 효율이 저하된다.

5. 측정 기기의 잡음

측정 기기의 잡음은 측정값의 작은 변동을 일으키는 원인이다. 연속해서 측정하면 라인이 변동하는 것으로 나타난다. 신호를 증폭하면 잡음도 함께 증폭되기 때문에, 신호가 잡음에 비해 충분히 크지 않으면 신호를 알아보기 힘들어진다. 이는 측정 기기의 감도를 제한하는 요인이 된다.^[53]

잡음은 측정값과의 관계에 따라 다음과 같이 세 가지로 나눌 수 있다.

# 측정값과 관계없는 잡음 (열잡음, 기계적 또는 전기적 잡음 등)

# 측정값의 제곱근에 비례하는 잡음 (예: 광측정에서 광전자의 방출이 확률적 과정이기 때문에 발생하는 샷잡음)

# 측정값에 비례하는 잡음 (예: 광측정에서 광원의 변동에 의한 플리커 잡음)

독립적인 여러 잡음이 겹쳐진 경우에는, 각 잡음을 rms 잡음으로 나타낸 값의 제곱의 합의 제곱근으로 나타낸다.

잡음은 불규칙하게 변동하지만, 컴퓨터를 이용해 푸리에 변환을 하면 잡음에 포함된 파동의 주파수와 에너지의 관계를 그래프(표)로 나타낼 수 있다. 이 관계를 파워 스펙트럼이라고 하며, 잡음의 특성을 보여준다.

모든 파동이 같은 에너지로 겹쳐져 있는 잡음을 백색 잡음이라고 한다. 하지만 실제 잡음은 낮은 주파수 성분일수록 에너지가 큰 경향이 있다. 그래서 핑크 잡음, 마르코프 과정 등 낮은 주파수 부분의 에너지가 큰 모델을 백색 잡음에 겹쳐서 잡음을 근사적으로 나타내기도 한다. 이러한 잡음의 특성은 기기를 설계하거나 사용할 때 주의할 점, 잡음을 줄이는 방법 등을 생각할 때 유용하다. 잡음 분석을 통해 측정의 표준편차를 예측하는 소프트웨어도 있다.

잡음을 줄이는 방법은 다음과 같다.

기기 반응성 억제 - 고주파수 성분이 줄어든다.
시간 적분 - 일정 시간 동안의 출력을 적분하면 주기가 적분 시간보다 짧은 성분은 크게 억제된다.
광원 보상 - 플리커 잡음을 줄인다.
디지털 필터

6. 노이즈 캔슬링

최근에는 노이즈 캔슬링 헤드폰이 상품화되어 외부 소음을 차단할 수 있다. 일반적인 원리는 헤드폰에 내장된 마이크로 외부 소리를 수집하여 역위상의 소리를 내어 소음을 상쇄하는 것이다. 저주파 성분 제거에 높은 효과가 있으며, 공사 현장이나 철길 건널목 근처에서는 특히 유용하다고 여겨진다. 같은 원리를 이용한 것으로 소음 저감 스피커가 있으며, 실내 정숙성이 중요시되는 고급 승용차에 채용된 사례가 있다.

7. 아날로그 전송계에서의 잡음

금속 케이블을 사용한 아날로그 전송계에서의 잡음은 일반적으로 전송계 내부에서 발생하는 잡음과 외부에서 유입되는 잡음으로 나뉜다. 전송계 내부 발생 잡음은 신호를 전송하지 않는 경우에도 존재하는 기본 잡음과 신호 전송에 따라 발생하는 준누화 잡음으로 나눌 수 있다. 기본 잡음은 통화 유무와 관계없으므로 신호 레벨이 낮은 곳에서 문제가 되며, 일반적으로 큰 방해가 되는 것은 증폭기에서 발생하는 잡음이다. 잡음의 주요 성분 중 하나는 주파수에 대해 균일하게 분포하는 열잡음이다.

한편, 전송계의 입력계 입력 측에 가해진 신호 파형과 출력 측에 나타나는 신호 파형이 다른 현상은 왜곡이라고 한다. 위상 왜곡은 전송계의 위상량이 주파수에 대해 비례 관계가 아니므로, 즉 군지연 시간이 주파수에 따라 다르기 때문에 발생하는 왜곡이며, 전송 품질에 영향을 미친다. 비선형 왜곡은 전송계의 입력과 출력이 비례 관계가 아니기 때문에 발생하는 왜곡이다. 전송로 중의 증폭기 등의 비선형 왜곡에 의한 고조파 및 혼변조파의 발생은 잡음의 원인이 된다.

8. 환경 소음

환경 소음은 특정 환경에 존재하는 모든 소음의 총합이다. 환경 소음의 주요 원인은 자동차, 항공기, 기차 및 산업 시설이다.^[14] 이러한 소음원으로 인해 수백만 명이 소음 공해에 노출되고 있으며, 이는 단순한 불쾌감뿐만 아니라 청력 손실, 심혈관 질환 등 심각한 건강 문제를 유발한다.^[15]^[16]^[17] 도시 소음은 일반적으로 청력 손실을 유발할 정도의 강도는 아니지만, 수면을 방해하고 의사소통을 어렵게 하며 기타 인간 활동에 지장을 준다.^[18] 소음 수준을 줄이기 위해 다양한 완화 전략과 관리 방법이 있다. 여기에는 소음원 강도 감소, 토지 이용 계획 전략, 방음벽, 소음 차단 장치, 시간대별 사용 규정, 차량 운영 제어 및 건축 음향 설계 방안 등이 포함된다.

9. 노이즈 규제

소음 규제는 국가, 주, 지방 자치 단체 차원에서 음향 전달과 관련된 법규 또는 지침을 포함한다. 환경 소음은 주거 지역, 뛰어난 자연미 지역, 학교와 같이 특정 토지 이용에 대한 최대 권장 소음 수준을 설정하는 법률 및 표준에 따라 규제된다. 이러한 표준은 대부분 A-가중치를 사용하는 가중 필터를 사용한 측정을 지정한다.^[19]^[20]

9. 1. 미국

1972년 소음규제법(Noise Control Act)은 모든 미국인을 위한 건강한 생활 환경을 조성하고 소음이 인체 건강에 위협이 되지 않도록 하기 위해 미국에서 통과되었다. 이 법의 주요 목표는 다음과 같다.^[21]^[22]

소음 관리 분야의 연구 조정
상업용 제품의 소음 배출에 대한 연방 표준 설정
소음 배출 및 감소에 대한 대중 인식 제고

1978년 조용한 공동체 법(Quiet Communities Act of 1978)은 주 및 지방 차원의 소음 관리 프로그램을 장려하고 소음 관리에 대한 연구 프로그램을 개발했다.^[23] 두 법 모두 미국 환경보호청(Environmental Protection Agency)에 소음의 영향을 연구하고 소음 관리에 관한 규정을 평가할 권한을 부여했다.^[24]

미국 국립 직업 안전 보건 연구소(National Institute for Occupational Safety and Health)(NIOSH)는 직장 내 소음 노출에 대한 권고안을 제공한다.^[25]^[26] 1972년(1998년 개정) NIOSH는 직장에서의 노출과 관련된 영구적인 청력 손실 위험을 줄이기 위한 목적으로 직업적 소음 노출과 관련된 권장 표준을 설명하는 문서를 발표했다.^[27] 이 출판물은 3dB 교환율(소음 수준이 3dB 증가할 때마다 노출 기간이 절반으로 줄어듦, 즉 88dBA는 4시간, 91dBA는 2시간, 94dBA는 1시간 등)을 사용하여 직업 환경에서 소음의 권장 노출 한계(REL)를 8시간 동안 85dBA로 설정했다. 그러나 1973년 미국 직업 안전 보건청(Occupational Safety and Health Administration)(OSHA)은 8시간 평균 90dBA의 요구 사항을 유지했다. 그 이듬해 OSHA는 8시간 평균 85dBA에 노출되는 근로자에게 청력 보존 프로그램(hearing conservation program)을 제공할 것을 고용주에게 요구했다.^[28]

9. 2. 유럽

유럽환경청(European Environment Agency)은 유럽 연합 내에서 소음 관리 및 감시를 규제한다.^[29] 환경소음지침(Environmental Noise Directive)은 소음 노출 수준을 결정하고, 환경 소음에 관한 정보에 대한 대중의 접근성을 높이며, 환경 소음을 줄이기 위해 설정되었다.^[30]^[31] 또한 유럽 연합에서는 해양전략프레임워크지침(Marine Strategy Framework Directive, MSFD)에 따라 수중 소음이 오염 물질로 간주된다.^[32] MSFD는 EU 회원국이 양호한 환경 상태(Good Environmental Status)를 달성하거나 유지할 것을 요구하는데, 이는 "수중 소음을 포함한 에너지의 유입이 해양 환경에 악영향을 미치지 않는 수준"이라는 것을 의미한다.^[32]

10. 노이즈의 건강 영향

소음 노출은 여러 가지 부정적인 건강 결과와 관련이 있다. 노출 기간과 수준에 따라 소음은 난청, 고혈압, 허혈성 심장 질환, 수면 장애, 손상을 유발하거나 그 가능성을 높일 수 있으며, 학업 성취도 저하까지도 초래할 수 있다.^[35] 소음이 장기간 지속되면 심장 박동수 증가와 급속한 호흡 등 신체의 스트레스 반응이 유발될 수 있다.^[15] 또한 소음과 불쾌감, 정신 질환, 심리사회적 안녕에 대한 영향과 같은 심리적 영향 사이에는 인과 관계가 있다.^[35]

소음 노출은 특히 직업 환경에서 공중 보건 문제로 인식되고 있으며, 직업상의 위험으로 판명되었다.^[36]^[37] 직장에서의 소음 노출과 관련된 소음성 난청은 직업성 난청이라고도 한다. 예를 들어, 일부 직업 연구에서는 85데시벨 이상의 소음에 정기적으로 노출되는 사람들이 노출되지 않는 사람들보다 고혈압일 가능성이 더 높다는 것을 보여주었다.^[15]^[38]

10. 1. 청력 손실 예방

소음성 난청(소음성 난청)은 영구적이지만 예방 가능하다.^[39] 특히 직장에서는 소음에 대한 허용 노출 한계(허용 노출 한계)를 제한하는 규정이 있을 수 있다. 이는 음악가(음악가), 음악 교사 및 오디오 엔지니어(오디오 엔지니어)와 같이 지속적으로 큰 소음에 노출되는 환경에서 일하는 전문직 종사자에게 특히 중요하다.^[40] 직장에서 소음성 난청을 예방하기 위해 취해지는 조치의 예로는 소음 제어 기술, Buy Quiet(Buy-Quiet) 이니셔티브,^[41]^[42] Safe-In-Sound 어워드(Safe-In-Sound award) 제정 및 소음 감시가 있다.^[43]

미국 직업안전보건청(OSHA)은 보청기 사용을 요구한다. 그러나 개별 선택, 훈련 및 착용 검사 없이 개인 보호 장비(HPD)를 사용하는 것은 난청 위험을 크게 줄이지 않는다.^[44] 예를 들어, 1만 9천 명이 넘는 근로자를 대상으로 한 한 연구에서는 일부 근로자는 일반적으로 보호구를 사용하고 일부 근로자는 전혀 사용하지 않았다. 소음성 난청 위험에 통계적으로 유의미한 차이는 없었다.^[45]

11. 문학적 관점

롤랑 바르트는 생리적 잡음과 심리적 잡음을 구분한다.^[46] 생리적 잡음은 잡음(소리) 파동이 신체와 물리적으로 상호 작용하면서 무의식적으로 느껴지는 반면, 심리적 잡음은 의식이 그 잡음에 주의를 기울일 때 인지된다.

초기 잡음 음악 작곡가 중 한 명인 루이지 루솔로는^[47] “소음의 예술(The Art of Noises)”이라는 에세이를 썼다. 그는 청중이 기술 발전으로 인한 잡음에 더 익숙해짐에 따라 어떤 종류의 잡음도 음악으로 사용될 수 있다고 주장했다. 잡음이 너무 두드러져 순수한 소리가 더 이상 존재하지 않게 되었다는 것이다.^[48]

아방가르드 음악 작곡가인 헨리 카웰은 기술 발전이 기계에서 발생하는 원치 않는 잡음을 줄였지만, 아직 완전히 제거하지는 못했다고 주장했다.^[49]

펠릭스 어반은 잡음을 문화적 상황의 결과로 본다. 그는 도시의 소리와 잡음에 대한 비교 연구에서 잡음 규제가 유해한 것으로 간주되는 것의 한 가지 지표일 뿐이라고 지적한다. 소리가 어떻게 인지되는지는 사람들이 (음향적으로) 생활하고 행동하는 방식에 따라 결정된다.^[50]

참조

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_[3] 웹사이트 What's The Difference Between Acoustical And Electrical Noise In Components? http://electronicdes[...] 2012-10-03
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