음압 레벨, 데시벨(dB) 이론 원리

오디오 이론에 대해서 개인 공부용으로 포스팅합니다.
최소 일주일 단위로 하나씩 포스팅 예정입니다.
이번 포스팅 주제는 소리의 크기 단위인 데시벨(dB)과 음압레벨에 대해 포스팅합니다.

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소리는 공기의 진동입니다. 진동의 진행방향으로 진동하는 종파이며 공기를 통해 최종적으로 사람의 고막을 진동시켜 소리를 인지하게 됩니다. 공기가 진동하며 압력 변화를 일으키는데 이러한 변화량을 음압(sound pressure)라고 합니다. 압력이므로 기본단위를 파스칼(Pa)로 나타낼 수 있고, 1 Pa는 1N/m2 입니다. (N=뉴톤)

음압 레벨(sound pressure level: SPL)은 로그함수로 소리의 특징은 로그, 지수함수와 관계가 많으니 알아 두시길...

SPL = 20log(p/p0) [dB]
p0 = 2*E(-4)ubar (20micro bar)

그 중 한 예시로 나중에 포스팅 하겠지만, 사람은 주파수를 지수함수적으로 인식도 하고...이래저래 로그, 지수함수와 소리는 자주 보게 될 사이입니다. 

음압 레벨을 로그 함수로 나타내는 이유는 데시벨 포스팅에서 설명하겠지만, 로그함수 특성상 이득의 계산을 곱셈 나눗셈에서 덧셈 뺄셈으로 계산이 더 간편해 지기 때문입니다.

사람이 느끼는 소리의 크기를 대략적으로 나타낸다면

3dB: 소리크기 변화를 인지함
5dB: 크기변화를 확실하게 느낌
10dB: 소리크기가 2배 커졌다고 느낌
20dB: 소리크기가 4배 커졌다고 느낌.

사람이 느끼는 소리크기는 도서관정도의 소음 ~20dB
적당히 조용한 공간 ~40dB
일상대화 60~70dB
음악 청취: 70~90dB
지하철: 90dB
귀가 아픔 ~120dB 이상

이래서 지하철이나 야외에서 제대로 차음 안되는 이어폰으로 음악을 듣게 되면 청력 손상을 입게 되는 레벨까지 소리크기를 높이게 되어 위험합니다ㅠ, 그렇다고 너무 차음 잘되는 이어폰을 끼자니 외부상황 인지가 너무 힘들고...