글 | 강성훈
음파가 없으면 그림 1(a)와 같이 대기압의 상태와 같고, 음파가 발생하면 그림 1(b)와 같이 대기압이 변동한다. 음파는 대기압이 변하는 것이고, 대기압의 변동분을 음압이라고 한다. 그리고 이 음압의 변동이 고막을 진동시켜 음으로써 듣는 것이다. 음압은 압력이므로 압력의 단위인 Pa(Pascal, 파스칼)을 사용한다.
대기압은 약 십만Pa(100,000파스칼, 1 기압)이다. 우리가 들을 수 있는 가장 작은 음압은 0.00002Pa(20μPa, 1 기압의 50억 분의 1)이고, 가장 큰 음압은 20Pa(1 기압의 5천 분의 1)이다. 20Pa 은 제트기 부근에서 듣는 엄청나게 커서 견디기 어려운 정도의 크기이지만, 1기압의 5천분의 1 정도의 극히 작은 공기 진동에 불과하다.
사람이 들을 수 있는 가장 작은 음압과 가장 큰 음압의 차이는 100만 배의 차이이고(그림 2), 이렇게 큰 범위의 음압 차이를 느낄 수 있다. 그리고 음의 세기는 음압의 제곱에 비례하므로(즉, 음압 10은 음의 세기로는 100배) 최소 음압과 최대 음압의 차이를 음의 세기로 표현하면 1조 배가 된다.
따라서 음의 세기를 나타낼 때 A 음은 367,333, B 음은 578,934로 표시하면 얼마나 불편할지 생각해보자, 또, 1조까지 범위를 나타내면 감각적으로도 크기를 쉽 게 알 수 없을 것이다. 1조원으로 라면을 사면 몇 개를 살 수 있을지 쉽게 계산하기 어려운 경우와 같다.
이와 같이 아주 작은 음과 큰 음의 음압 범위가 너무 넓어 서 사용하기 불편하다.
이와 같이 무엇은 무엇의 몇 배로 표현하는 것은 현실적이지 않으므로 비의 대수인 레벨로 나타내는 것이 데시벨이다. 우리가 들을 수 있는 가장 작은 음압과 가장 큰 음압을 데시벨로 나타내면 그림 2와 같이 120의 숫자로 줄일 수 있으므로 사용하기 편리하다. 음압을 데시벨로 나타낸 것이 음압 레벨이다. 음압 레벨(sound pressure level; SPLsound pressure level)로 다음 식으로 나타낸다.
여기에서 p는 음파의 순간 음압의 실효치(prms)이고, p0는 기준 음압 20μPa이다. p가 20μPa 이면 음압 레벨은 0dB가 되고, p가 0.1Pa이면 74dB, p가 1Pa이면 94dB가 된다. 20대 성인이 들을 수 있는 가장 작은 음은 1kHz에서 20μPa이고, 최소 가청 한계라고 한다.
음파의 크기를 정량적으로 나타내는 것이 음압 레벨이고, 사운드 레벨 미터음량계 sound level metersound level meter)를 사용하여 측정한 다(그림 3). 음압과 같이 사람이 들을 수 있는 범위가 너무 넓어서 사용하기 불편 하므로 데시벨로 나타내지만, 데시벨을 사용하는 또 다른 이유는 인간의 감각 특성 때문이다.
즉, 인간의 감각은 물리적 자극이 2, 4, 8배와 같이 증가되어야증가시켰는데 청각으로 느끼는 음량은 8배로 느끼지 않는다는 것이다. 따라서 인간의 물리적 자극에 대한 감각적 변화와 가까운 형태의 에너지 변화를 표현하는 단위가 데시벨이다.
dB은 음압 레벨뿐만이 아니라 음향 기기의 사양서를 보면 수도 없이 많이 나온다. 앰프의 증폭도는 몇 dB데시벨, 또 주파수 응답은 ±3dB로 나타내거나 스피커의 감도는 90dB, S/N 비 86dB, 왜곡율 -40dB와 같은 용어를 음향 기기의 사양이나 카탈로그에서 볼 수 있다. XdB가 아니고 몇 배라고 표현하면 누구나 알기 쉬울 것 같은데, 왜 dB를 사용하는가?
다음 호에서는 로그와 데시벨에 대해서 설명한다.
