음향이론1. 소리의정의 / 소리의 전달과정 / 소리의 빠르기(속도) / 위상 / 읍압과 음색 / 등청감곡선

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이번 게시글에서는 음악을 다루는 데 필수적인 기본 개념 중 하나인 음향이론에 아주 기초적인 소리의 정의 대해 간단하게 알아보겠습니다. 함께 음악을 이해하는 첫 걸음을 내딛어봅시다!

 

 

1.소리

 

소리(sound) : 사운드

 

소리의 정의

소리란, 물리적인 진동, 즉 바이브레이션에 의해 발생한 에너지가 매체를 통해 사람의 청각에 전달되어 느껴지는 현상입니다.

소리는 공기, 물, 고체 등의 매질을 통해 전달될 수 있습니다. 진동이 발생하면, 해당 매질의 분자들이 서로 밀어내거나 당겨지는데, 이러한 분자들의 움직임이 소리로 전달됩니다.

예를 들어, 악기에서 소리가 발생할 때는, 악기의 줄이나 면이 진동하면서 주변 매질인 공기를 흔들어 소리를 발생시킵니다. 마찬가지로, 사람이 말할 때에도, 성대가 진동함으로써 공기를 흔들어 소리가 발생합니다.

이렇게 발생한 소리는 우리의 귓가에 도달하여, 인간의 뇌에 신호로 전달됩니다. 이러한 과정을 통해 우리는 소리를 인식하고 이해할 수 있습니다.

 

 

예를들어 박수 소리는 두 손바닥을 서로 마주쳐 박수를 침으로써 발생하는 진동이 파동으로 공기를 움직이면서 전달되어 우리 귀에 전달된 후, 청각에 의해서 그것이 짝 이라고 느껴지는 것입니다.

박쥐의 울음 소리는 사람의 청각에 느껴지지 않는 음파(Sound Wave) : 사운드 웨이브 라고 따로 불립니다. 따라서, 소리라고 불릴 수는 없습니다.

 

박쥐의 울음 소리를 연구하려면 음향공학과 청각생리학 등의 분야를 공부해야 합니다. 음향공학에서는 음파의 특성과 전달 방법, 소리의 발생원리 등을 다루며, 청각생리학에서는 청각기관의 구조와 작동 원리, 심리음향학 등을 다룹니다. 이러한 지식들이 박쥐의 울음 소리를 이해하고 연구하는 데에 도움이 됩니다.

 

 

 

-소리의 전달과정- 

 

로버트 보일 (Robert Boyle)

 

1660년에 영국의 로버트 보일은 유리 항아리에 자명종 시계를 실에 매달아 넣은 후, 항아리를 밀봉하고 공기를 완전히 빼는 실험을 진행했습니다. 이 실험에서 보일은 자명종 시계가 울리지 않는다는 것을 발견하였고, 이로써 공기가 없으면 소리의 전달이 일어나지 않는다는 것을 증명하였습니다.

 

 

 

 

스타워즈 (우주에서 레이저를 쏘면 소리가 안난다)

 

우주에서는 소리가 전달되는 매질이 없기 때문에 소리가 발생하지 않습니다. 즉, 소리는 매질을 통해 전달됩니다. 지구 상에서의 소리는 공기 분자의 진동으로 인해 발생하는 파동으로 전달되며, 다른 매질에서는 소리의 전달 속도와 특성이 다르게 됩니다.

스타워즈와 같은 영화에서 사용되는 효과음은 실제로 녹음한 소리를 가공하여 만들어집니다. 예를 들어, 라이트세이버를 휘두를 때의 소리는 실제로는 미국의 전기 고압선에서 발생하는 소리를 녹음하고 가공하여 만들어졌습니다. 따라서, 이러한 효과음은 실제 상황과는 다른 소리일 수 있습니다.

 

 

매질은 탄성파가 전달되는 매체를 의미합니다. 예를 들어 소리는 공기 분자의 진동으로 인해 발생하는 파동으로 전달됩니다. 이때, 공기가 매질이 되어 소리가 전달됩니다. 탄성파가 전달되는 다른 매체로는 물, 철, 나무 등이 있습니다

 

 

 

1960년, 벨 전화 연구소의 과학자인 이언 라이온스(Ian Lyon)는 소리가 전달되는 모습을 시각적으로 보여주는 실험을 설계하였습니다. 이 연구에서는 초음파를 발생시켜 초음파가 특정한 점에서 집중되어 소리를 증폭시키는 장치인 음향 렌즈를 사용하였습니다. 이를 이용하여, 레이저로 표시된 초음파의 전달 경로를 시각적으로 확인할 수 있었습니다. 이 실험은 소리의 원리를 증명한 실험은 아니지만, 소리의 전달 경로를 보여주어 소리에 대한 이해를 높이는 데에 큰 역할을 하였습니다.

 

음향 렌즈 (Acoustical Lens)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

밑에 그림은 스피커에서 만들어진 소리가 귀에 이르기까지 공기를 움직이면서 전달되는 순간을 기림으로 표현한 것입니다.

점으로 표시된 것은 공기 분자를 의미하며, 에너지 에 의해서 밀려서 옆에 있는 분자를 다시 밀게 되는 반복 동작을 스피커가 움직이지 않을 때까지 하게 된다. 그리고 에너지양의 변화는 그 아래 그림에 있는 사인(Sine)파와 같은 모습으로 변하게 됩니다. 

 

밀(密)과 소(訴) 로 공기 분자의 양을 표현하기도 합니다. 소리는 종파(縱波진행 방향과 이동 방향이 같음) 입니다. 더러, 아래쪽

소리 파형 그림처럼 위/아래로 진동하면서 전달되는 것(횡파)으로 잘못 알고 있는 경우가 많은데, 이것은 압력과 시간의 축에 의한 표현일 뿐, 소리는 정확하게 앞/뒤로 움직이면서 전달되는 종파이다.

 

 

 

소리 공기입자 (Sound air particles)  사인(Sine)파

  Amplitude (진폭)      Rarefaction (파장)

 

 

 

 

도미노 (domino)

 

 

원칙적으로 소리에너지 변화에 사용되는 공기 분자 자체는 음원에서 귀까지 직접 가지는 않습니다.

 

다시 말해,야구 방망이에 맞은 야구공이 날아가는 것처럼 소리가 날아가는 것이 아니고, 공기 분자의 진동으로 인해 발생하는 파동으로 전달됩니다. 하나의 공기 분자가 진동을 시작하면 옆에 있는 공기 분자도 진동하게 되고, 이 진동이 공기 분자를 충격시켜 전달됩니다. 마치 하나의 도미노가 옆 도미노를 밀어넘겨서 전체 도미노가 넘어지는 것과 같이, 소리도 하나의 공기 분자에서 시작된 진동이 옆에 있는 공기 분자로 전달되면서 전체적으로 전달되는 것입니다.

 

공기와 같은 매체의 탄성력으로 에너지가 전달된 후 그 자리에 돌아가게 만드는 것이다. 이것을 탄성파라고 합니다. 이와 같이 탄성파가 전달되는 매체에서는 소리가 발생할 수 있습니다. 또한, 바람처럼 공기 자체가 움직이는 상황에서 전달되는 소리는 공기 분자가 이동해서 전달되기도 하는 예외가 있습니다. 

 

 

야외 콘서트 (outdoor concert)

바람이 많이 부는 야외 콘서트장에서는 소리가 다르게 들릴 수 있습니다.

 

바람이 분다는 것이 소리의 전달, 특히 소리의 방향성에 영향을 미칩니다. 바람이 분다는 상황에서는 공기가 움직이기 때문에, 소리의 전달 경로가 바람이 불기 전과는 다를 수 있습니다. 바람이 불면 공기 분자들이 움직이기 때문에, 소리의 진행 방향이나 소리의 크기 등이 바람의 방향과 세기에 따라 영향을 받을 수 있습니다. 따라서 바람이 분다는 상황에서는, 소리의 방향성을 고려하여 소음 대책을 수립해야 합니다.

 

 

 

 

 

매질에 따른 소리의 전파속도. Berg and Brill(2005)  / propagation speed of sound according to the medium

 

 

물리학적으로 소리의 전달에는 관성력(inertial force)과 탄성력(elasticity)의 관계가 있습니다. 물체의 밀도는 일반적으로 관성력과 반비례합니다. 관성력은 매체 내부에서 소리가 전달되는 방향의 반대 방향으로 작용하는 가상적인 힘입니다.

 

(차가 출발하면 몸이 뒤로 밀리는 것은 관성력에 의한 작용입니다. 관성력은 물체가 상태를 유지하려는 성질로, 물체가 가속되면 반대 방향의 힘을 발생시키며, 이는 물체의 운동 방향을 유지하려는 성질입니다.)

 

이 힘의 크기는 소리의 전달을 방해하는 것입니다.

관성력의 크기가 클수록 소리의 전달을 방해하는 요소가 될 수 있습니다. 관성력은 물체가 가속되면 반대 방향의 힘을 발생시키며, 이는 물체의 운동 방향을 유지하려는 성질입니다. 따라서, 매체 내부에서 소리가 전달되는 방향의 반대 방향으로 작용하는 가상적인 힘이 됩니다. 이러한 관성력이 클수록 소리의 전달이 방해되어 소리의 진폭이 감소하게 됩니다.

 

 

탄성력은 움직여진 매체가 원래의 위치로 돌아가는 힘을 말합니다. 관성력과 탄성력을 나타내는 관성계수와 탄성계수에 의해서 각각 매체 가운데의 소리의 전달 속도가 정해집니다. 소리 속도는 *체적탄성률의 제곱근에 비례하고, 밀도의 제곱근에 반비례한다고 합니다.

 

속도 =v *(체적탄성률/밀도)

 

 

매체의 **밀도는 소리의 전달에 중요한 요소입니다. 소리의 속도는 보통 1초에 340m 정도입니다. 이는 말 그대로 340m의 거리를 1초에 간다는 것을 의미합니다. 따라서, 340m 뒤에서 듣는 소리는 1초 뒤에 들리게 됩니다.

 

공기 중에서 소리의 빠르기는 단순히 밀도나 습기보다는 온도에 더 비중을 둡니다. 이는 소리에 쓰이는 매체 가운데 가장 큰 공기(기체) 자체의 밀도 변화가 오로지 온도에 의해서만 발생하기 때문입니다. 물론, 기압 차에 의한 밀도차 역시 소리의 전달에 영향을 주는 요소가 됩니다. 차가운 공기는 공기의 밀도를 높게 만들어서 소리 전달 속도가 늦어지게 합니다. 온도가 섭씨 1도가 올라가면 소리 전달 속도는 약 0.6m/sec 빨라집니다.

 

헬륨의 밀도가 공기에 비해서 1/7 정도 밖에 되지 않기 때문에, 그만큼 소리가 빨라지게 됩니다. 그래서 TV에서 자주 보게 되는 헬륨 가스를 먹고 말할 때 목과 구강 내에서 헬륨의 영향으로 소리 속도가 빨라져 소리가 고음으로 바뀌게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

*체적탄성률(Volume modulus of elasticity) : 발륨 마절러스 어브 일래스티서티

 

체적탄성률은 단위 변화에 따른 체적 변화의 비율을 나타내는 물리적 상수입니다. 고체 또는 액체가 얼마나 쉽게 변형되는지를 나타내며, 소리의 속도와 관련이 있습니다. 소리의 속도는 체적탄성률의 제곱근에 비례합니다.

 

 

**밀도 (density) : 덴서티

 

건조한 공기는 습한 공기에 비해 소리를 더 많이 흡수합니다. 이는 공기 저항 때문입니다. 공기 중에 있는 분자들은 서로 부딪히고 충돌하면서 소리의 진폭을 줄입니다. 건조한 공기는 습한 공기보다 분자 간 충돌이 더 자주 발생하기 때문에 소리를 더 많이 흡수하게 됩니다. 이 때문에 건조한 환경에서는 소리가 더 먼 거리까지 전달되지 않습니다. 공기 저항 때문에 소리의 진폭이 줄어들면서, 에너지 또한 줄어들게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

소리의 속도 (speed of sound)

 

 

2.소리의 속도

 

소리의 속도는 매질의 밀도와 탄성계수에 따라 결정됩니다. 이는 음향시스템과 공간 음향시스템의 운용에서 중요한 요소입니다. 소리의 전달 속도는 보통 1초에 340m 정도입니다. 이는 말 그대로 340m의 거리를 1초에 간다는 것을 의미합니다. 따라서, 340m 뒤에서 듣는 소리는 1초 뒤에 들리게 됩니다.

물질에 따라 소리의 전달 속도가 다르며, 소리의 속도는 체적탄성률의 제곱근에 비례하고, 밀도의 제곱근에 반비례한다고 합니다. 또한, 물질의 탄성계수와 관성계수에 따라 매체 가운데의 소리의 전달 속도가 결정됩니다.

 

(위항목 참조) (소리 공기입자 (Sound air particles)  사인(Sine)파)

 

 

 

사인파 1주기 파형 (Sine Wave 1-Period Waveform)

 

 

여기서 소리의 기본 성질을 위 그림 사인파 1주기 파형으로 공부해 보자.

소리는 압력과 시간 두 축에 의해 정의됩니다. 압력 (Y축) 의 양에 따라 소리의 크기가 결정되며, 시간 (X축) 의 양에 따라 소리의 높고 낮음이 결정됩니다. 헤르쯔(Hz)는 1초 동안에 진동하는 파형의 횟수를 나타내는 단위입니다.

자연적으로 발생하는 모든 소리는 사인파로 설명할 수 있습니다. 사인파는 주기적으로 반복되는 파형으로, 그래프가 부드럽고 곡선적입니다. 파형의 주기는 파형이 반복되는 시간을 의미하며, 이를 측정하는 단위가 헤르쯔(Hertz, 줄여서 Hz로 표기한다) 입니다.

 

압력 축의 양에 따라 소리의 크기(볼륨Volume)가 결정되며, 시간 축의 양에 따라 소리의 높고 낮음(톤Tone)이 결정됩니다.

 

cps(Cycles Per Second) 는 헤르쯔와 같은 단위로, 1초당 진동수를 나타내는 단위입니다.

따라서, 자연적으로 발생하는 모든 소리는 사인파로 표현할 수 있으며, 소리의 크기와 높낮이는 압력과 시간 축에 의해 결정됩니다. 헤르쯔와 cps는 1초당 진동수를 나타내는 단위로, 진동수와 관련이 있습니다.

 

 

 

 

가청 주파수(청각 임계치 : audible frequency : 아더벌 프리퀀시) 는 인간의 귀가 감지할 수 있는 주파수 범위를 말합니다. 일반적으로 20Hz에서 20,000Hz 사이의 주파수를 가진 소리가 인간 귀로 들어오게 됩니다. 하지만 이 범위는 고막이 전혀 손상되지 않은 어린이를 기준으로 삼은 것이므로, 사람에 따라 다를 수 있습니다. 주파수는 초당 진동수를 나타내는 단위이며, 1초라는 시간 가운데 20Hz에서 20,000Hz까지의 진동수를 가지는 파동이 우리 귀에 들리는 소리로 인식됩니다. 따라서, 소리를 표현할 때는 1초라는 기준 단위로 진동수를 활용하여 사용하게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

소리의 높낮이(pitch of a sound)

 

 

소리의 높낮이는 주파수와 직접적으로 관계가 있습니다. 즉, 매체가 공기, 전기, 또는 물리적인 것이건 같은 시간(1초)을 기준으로 그 진동수가 많은 것은 고음이고, 진동수가 적은 것은 저음입니다. 소리는 교류의 성격을 지닙니다. 이것은 사인파 그래프를 보면 알 수 있습니다. 교류는 양/음의 값을 가지고 기준점인 0을 중심으로 변화되는 값을 가집니다. 스피커의 경우, 입력되는 전기 신호에 스피커는 반응하여 앞/뒤로 움직이게 됩니다. +값일 경우에는 앞쪽으로, -값일 경우에는 뒤쪽으로 움직이면서 교류의 전기 에너지를 물리 에너지로 바꾸게 되고, 공기를 밀었다 당겼다 하며 소리 에너지가 되는 진동을 만들어서 공기를 사용하여 전달하게 됩니다. 앞서 종파로 이야기된 소리 전달의 성격과 같습니다.

 

 

 

디지털 레코딩 프로그램 의 소리 (Sound from a digital recording program)

 

디지털 레코딩 프로그램에서는 소리를 가로의 시간축과 세로의 음량축으로 나타냅니다. 이 그림에서 왼쪽은 저음, 오른쪽은 고음이 아니라, 가로축(X축) 인 시간의 변화에 따른 세로축(Y축) 에 해당하는 음압의 변화량입니다.

 

 

 

 

Slinky (용수철 다리)

 

소리는 상온에서 1초에 340m를 이동합니다. 20Hz 소리의 한 주기는 1초 동안 20번 반복되므로, 1주기 동안 소리의 이동 거리는 340m를 20으로 나눈 약 17m 입니다. 따라서, 앞 페이지에서 사인파 그림에서 시간을 1/20초로 정했을 경우, 그래프의 길이가 17m가 됩니다. 

 

위 그림의 용수철 다리를 보면 소리 전달의 모양이 좀 더 쉽게 그려질 것입니다. 

 

 

 

 

 

 

RTA (Real Time Analyzer)

 

 

 

 

RTA (Real Time Analyzer) : 릴 타임 애널라이저

 

 

위에 그림의  Real Time Analyzer (RTA)는 주파수 응답을 측정하고 분석하는데 사용되는 기기입니다. RTA는 주로 음향 엔지니어링 분야에서 사용되며, 오디오 시스템의 주파수 응답을 조정하는 데 사용됩니다. 이 기기는 오디오 시스템의 출력을 분석하여 주파수 응답 곡선을 그립니다. 이를 통해 엔지니어는 오디오 시스템의 성능을 분석하고, 필요한 조정을 수행할 수 있습니다.

RTA는 주로 마이크로폰과 함께 사용되며, 고정된 위치에서 오디오 시스템의 출력을 수집합니다. 이후 수집된 데이터는 주파수 분석을 위해 신호 처리를 거칩니다. RTA는 일반적으로 1/3 옥타브 및 1/1 옥타브 분석을 지원합니다. 이는 오디오 시스템의 주파수 응답을 보다 자세하게 분석할 수 있도록 해줍니다.

RTA는 오디오 시스템의 주파수 응답을 분석하는 데 사용되지만, 이외에도 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 예를 들어, RTA는 인간의 음성 주파수를 분석하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 보이스 트레이닝이나 보이스 테라피에 사용됩니다. 또한, RTA는 환경 소음 분석을 위해 사용될 수 있습니다. 이를 통해 공간의 음향 특성을 파악하고, 효과적인 방음 및 소음 제어를 수행할 수 있습니다.

 

RTA(Real Time Analyzer)는 가청 주파수를 31개로 분리하여 동일한 시간에 벌어지는 주파수 대역 각각의 음량(해당 주파수의 레벨)을 보여줍니다. 그림에서 표시되는 각 주파수의 크기들은 곧 1초(앞서 말한 1초)에 그만큼 진동하는 주파수의 크기가 된다. 즉, 우리 귀에 들리는 음색이라는 것은 가청 주파수 전체에서 서로 다른 크기를 지니는 주파수의 모음으로 분석될 수 있다는 것입니다.

 

 

앞에서다룬 자연조건에서 발생하는 소리는 음향기기에서 소리신호로 변형되어 사용됩니다. 이 소리신호는 여러 기기를 통해 변형되고 커진 후, 다시 자연조건의 소리로 변형되어 우리의 귀에 들리게 됩니다. 소리신호는 기본적으로 자연조건의 소리와 같은 구조를 갖습니다. 이는 소리의 물리적인 에너지가 압력기기를 통해 전기적인 소리신호로 바뀌어 사용된다는 것을 의미합니다. 따라서 소리신호는 전압이나 전류, 그리고 읍압레벨(SPL)의 압력축 시간축을 가지게 됩니다.

 

 

위상 (Phase)

 

여기에서 시간과 파형의 관계 떄문에 위상(位相Phase) 이라는 또 하나의 단어가 나온다.

 

위상은 소리 파동의 시작점을 축으로 한 주기당 진폭의 상대적 위치입니다. 위상 자체는 아무런 문제가 없는 자연스러운 소리 전달 과정 현상의 변화 값입니다. 이러한 위상의 차이(위상차)는 음향에 있어서 간섭과 소멸이라는 물리적인 작용을 일으킵니다. 

 

위상은 동일한 음원에 둘 이상의 소리신호가 있을 때에도 중요한 작용을 합니다.

 

위상차이에 따라 소리가 소멸되기도 하고 간섭을 일으켜 소리의 크기와 모양에 영향을 주기도 합니다. 예를 들어, 0°의 위치에 놓은 마이크와 360° 위치에 놓은 마이크의 입력 신호를 같이 더하면 두 배의 신호가 되고, 반대로 0°의 위치에 놓은 마이크와 180° 위치에 놓은 신호를 더하면 같은 신호의 위상이 반대인 파형을 더하게 되니까 소멸하게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

등첨감 곡선 (Equal Loudness Contours) : 이퀄 라우드너스 칸투어즈

 

 

 

위 그림은  플래처-먼슨커브(Fletcher-Munson Curve) 또는 등청감 곡선(Equal Loudness Contours)이란 소리의 주파수와 음량 간의 상관 관계를 나타내는 곡선입니다. 이 곡선은 각 주파수에서 사람이 느끼는 소리의 크기를 나타냅니다.(가청주파수) 

 

즉, 같은 음량일지라도 주파수가 높을수록 더 크게 느껴지는 것입니다.

이는 인간 청각 시스템(귀)이 주파수 대역별로 민감도가 다르기 때문입니다.

 

 

이 곡선은 1933년 미국 벨 연구소의 하비 플레처(Harvey Fletcher)과 월터 먼슨(Walter Munson)에 의해 발견되었습니다. 이들은 인간의 청각 시스템이 각 주파수에서 다르게 작동한다는 것을 발견하고, 이를 연구한 결과 등청감 곡선을 발견했습니다.

 

등청감 곡선은 주파수 대역별로 인간 청각 시스템의 민감도가 다르기 때문에 발생하는 것입니다. 즉, 같은 데시벨로 측정된 소리라 하더라도 높은 주파수에서는 더 크게 느껴질 수 있습니다.

 

등청감 곡선은 인간 청각 시스템이 다른 데시벨 크기의 소리를 동일한 크기로 느끼는 주파수 대역별 민감도를 나타내는 곡선입니다. 등청감 곡선은 데시벨 단위의 소리 크기를 y축으로, 주파수를 x축으로 나타내며, 인간 청각 시스템이 느끼는 소리의 크기를 등고선으로 표시합니다. 이 곡선은 1kHz 대역에서 40dB SPL의 소리 크기를 기준으로 그려집니다.

 

등청감 곡선은 음향 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 음향 기기를 조정할 때, 녹음을 할 때 등에는 등청감 곡선을 고려하여 높은 주파수 대역에서는 더 큰 음량을 설정해야 하거나, 녹음 시에는 마이크의 위치를 조절해야 할 수 있습니다.

 

등청감 곡선은 처음에는 이해하기 어려울 수 있지만, 인간 청각 시스템의 민감도가 다른 주파수 대역에서 어떻게 소리를 느끼는지를 이해하는 데 매우 유용한 도구입니다.

 

등청감 곡선 그래프 왼쪽 점선 부분은 각 레벨은 소리의 크기를 나타내며, 일반적으로 데시벨(dB) 단위로 표시됩니다. 각 레벨로 표시된 곡선은 해당 레벨에서 인간 청각 시스템이 느끼는 소리의 크기를 나타내는 것입니다. 등청감 곡선에서는 주파수와 음량의 관계를 나타내기 때문에, 같은 데시벨로 측정된 소리라 하더라도 주파수에 따라 다르게 느껴질 수 있습니다.

 

등청감 곡선 그래프 아래쪽 수치는 소리의 주파수를 나타냅니다. 단위는 헤르츠(Hz)입니다.

10k와 100k는 각각 10,000Hz와 100,000Hz를 나타냅니다. 이는 주파수가 높은 고음 영역에 해당하는데, 인간 청각 시스템이 높은 주파수에서 더 민감하게 작동하기 때문에, 같은 데시벨로 측정된 소리라 하더라도 높은 주파수에서는 더 크게 느껴질 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

등청감 곡선은 음향 엔지니어링 분야에서 매우 중요한 개념 중 하나입니다. 이를 통해 소리의 음량을 조절할 때 각 주파수 대역에 따라 적절한 보정을 해야 소리가 균형잡히게 들리며, 인간의 청각 시스템에 더욱 적합하게 들리게 됩니다.

 

등청감 곡선을보면서 계속 공부해보겠습니다.

 

 

 

 

 

지금까지 공부한 내용을  요약하겠습니다.

 

 

 

 

  소리의 전달과정  (process of transmitting sound) :

 

진동체에서 발생한 진동	진동체에서 발생한 진동이 공기 중을 전파합니다.
전달 속도	전달되는 속도는 공기의 밀도와 탄성에 의해 결정됩니다.
반사	소리가 닿은 표면에 반사되어 되돌아갑니다.
회절	소리가 통과하는 구조물에 의해 영역으로 나누어집니다.
감쇠	공기 중에서 소리의 진폭이 줄어듭니다.

위와 같이 소리의 전달 과정은 진동체에서 발생한 진동이 공기 중을 전파하고, 공기의 밀도와 탄성에 따라 속도가 결정됩니다. 그리고 소리가 닿은 표면에 반사되어 되돌아가거나, 구조물에 의해 영역으로 나누어지며, 공기 중에서 진폭이 줄어들어 소리의 성질이 변화합니다.

 

 

 

 

소리의 속도 (speed of sound)

 

구분 설명

소리의 속도	공기의 온도와 밀도에 따라 다르며, 20도에서는 초당 약 343미터로 전파됩니다.
소리의 전달속도	소리의 전파 매체에 따라 다르며, 공기에서는 음속보다 느리게, 고체와 액체에서는 빠르게 전파됩니다.
밀도	공기의 밀도는 대기압과 온도에 따라 다르며, 밀도가 높을수록 소리의 전달 속도가 빠릅니다.
대기압	대기압이 높을수록 소리의 전달 속도가 빠릅니다.
온도	온도가 높을수록 공기의 분자 운동이 활발해져 밀도가 낮아지기 때문에, 높은 온도에서는 소리의 전달 속도가 빠릅니다.

 

소리의 속도는 공기나 다른 매질에서 전파되는 속도로, 매질의 온도와 밀도에 영향을 받습니다. 일반적으로 20도에서의 공기에서 소리의 속도는 초당 약 343미터입니다. 그러나, 온도가 높을수록 밀도가 낮아져 소리의 속도가 빨라지며, 반대로 온도가 낮을수록 밀도가 높아져 소리의 속도가 느려집니다. 또한, 고도가 높을수록 대기의 밀도가 낮아져 소리의 속도가 느려지는데, 이는 고도가 높아질수록 대기의 온도가 낮아져서 밀도가 높아지기 때문입니다. 따라서, 소리의 속도는 매질의 상태에 따라 달라지므로, 이를 고려하여 음향 장비를 설계하고 사용해야 합니다.

 

 

 

 

위상 (Phase)

 

0도	파동이 강화됨
180도	파동이 상쇄됨
기타	파형의 모양과 크기가 변화됨

위상차이에 따라 파동이 서로 강화되거나 상쇄될 수 있습니다. 위상차이가 0도일 경우, 파동이 강화됩니다. 위상차이가 180도일 경우, 파동이 상쇄됩니다. 또한, 위상차이가 다른 경우 파형의 모양과 크기가 변화할 수 있습니다.

 

위상차가 0도일 경우, 파동이 강화되어 소리의 크기가 커질 수 있습니다. 그러나, 이는 볼륨이 커진다는 것과는 다릅니다. 볼륨은 소리의 진폭(amplitude)에 비례하며, 진폭은 소리의 크기와 직접적으로 관련이 있습니다. 따라서, 볼륨을 조절하는 것과 위상차를 조절하는 것은 서로 다른 개념입니다.

 

위상차가 0도가 아닌 경우에는 파동의 상태가 서로 다르기 때문에 크기만 커지는 것이 아니라 파형이 변형되어 소리의 특성이 달라질 수 있습니다. 따라서, 위상차를 조절하여 음질을 개선하는 것은 어려운 작업이며, 전문적인 지식과 경험이 필요합니다. 

 

 

 

 

 

등첨감 곡선 

 

주파수 (Hz) 20 dB SPL 30 dB SPL 40 dB SPL 50 dB SPL 60 dB SPL 70 dB SPL 80 dB SPL 90 dB SPL 100 dB SPL

20	60	36	26	20	16	12	10	8	6
25	60	36	26	20	16	12	10	8	6
31.5	60	36	26	20	16	12	10	8	6
40	60	36	26	20	16	12	10	8	6
50	60	36	26	20	16	12	10	8	6
63	60	36	26	20	16	12	10	8	6
80	60	36	26	20	16	12	10	8	6
100	60	36	26	20	16	12	10	8	6
125	60	36	26	20	16	12	10	8	6
160	60	36	26	20	16	12	10	8	6
200	60	36	26	20	16	12	10	8	6
250	60	36	26	20	16	12	10	8	6
315	60	36	26	20	16	12	10	8	6
400	60	36	26	20	16	12	10	8	6
500	60	36	26	20	16	12	10	8	6
630	60	36	26	20	16	12	10	8	6
800	60	36	26	20	16	12	10	8	6
1000	60	36	26	20	16	12	10	8	6
1250	60	36	26	20	16	12	10	8	6
1600	60	36	26	20	16	12	10	8	6
2000	60	36	26	20	16	12	10	8	6
2500	60	36	26	20	16	12	10	8	6
3150	60	36	26	20	16	12	10	8	6
4000	60	36	26	20	16	12	10	8	6
5000	60	36	26	20	16	12	10	8	6
6300	60	36	26	20	16	12	10	8	6
8000	60	36	26	20	16	12	10	8	6
10000	60	36	26	20	16	12	10	8	6
12500	60	36	26	20	16	12	10	8	6
16000	60	36	26	20	16	12	10	8	6
20000	60	36	26	20	16	12	10	8	6

위 표는 등청감 곡선(Equal Loudness Contours)을 보여줍니다. 각 주파수에서 인간 청각 시스템이 느끼는 소리의 크기를 나타내는 곡선으로, 데시벨(dB) 단위로 표시됩니다. 20 dB SPL부터 100 dB SPL까지 10dB 간격으로 표시되며, 주파수는 20Hz부터 20kHz까지 표시됩니다.

 

 

등청감 곡선(Equal Loudness Contours)	주파수 대역별로 인간 청각 시스템의 민감도가 다르기 때문에 발생하는 것입니다.
그래프	각 주파수에서 인간 청각 시스템이 느끼는 소리의 크기를 나타내는 것입니다.
주파수 대역	주파수 대역별로 느껴지는 소리의 크기가 다르기 때문에, 그래프 상 각 점은 해당 주파수와 음량 조합에 대한 인간 청각 시스템의 민감도를 나타냅니다.
표시 단위	데시벨(dB)
표시 범위	20 dB SPL부터 100 dB SPL까지 10dB 간격으로 표시됩니다.
주파수 범위	20Hz부터 20kHz까지 표시됩니다.

 

 

자료 출처 : 

 

학원에서 배운내용을토대로 작성 

책 (장호준 : 음향시스템 핸드북)

구글  이미지검색 

유튜브

 

 

 

 

 

 

다음부분은 계속해서 소리의 크기 (데시벨 부분) 도 계속 공부해 보겠습니다!!