| 소리의 기초(3) 소리의 기초 세 번째 시간으로 dB 연산법, 음의 반사, 굴절, 투과, 흡수, 회절에 대해 알아보도록 하겠다. 3. dB의 연산 dB은 일반적인 자연수의 합과는 다르다. 산수에서는 '1+2=3'이 되는 것처럼 단순 dB의 합은'1dB+2dB =3dB'이다. 그러나 만일 음압레벨이 1dB인 어떤 공간에 2dB의 음압레벨이 추가로 발생되었다면 그 계산은 달라지게 된다. 1dB에 2dB의 음압이 추가로 가해지게 되면 4.54dB이 된다. 이제부터 그 배경을 잠시 소개하고자 한다. 3.1 dB의 합(合) 따라서
7월 호에서 살펴 본 바와 같이 SIL=SPL이며, 위에서 예시한 1dB과 2dB의 합은 아래와 같이 계산된다. 이러한 계산에 대한 필요성은 음향을 하는 사람이라면 자주 느끼게 될 것이다. 만일 120dB 출력을 갖는 스피커가 2개 있다고 하자. 스피커의 개수가 늘어나면 음압레벨이 상대적으로 커지는 것을 느낄 수 있는데, 그것을 정량화할 수 있는 방법이 바로 dB의 합이다. 120dB의 출력을 갖는 두 개의 스피커를 함께 틀었을 경우 음압레벨을 240dB이 아닌 123dB이 되는 것이다.
만일 120dB의 스피커가 100개가 있다고 하자. 그렇다면 위의 식을 이용하여 100번을 더하면 되는가? 그렇기는 하다. 하지만 산수에 곱셈이 있는 것처럼 dB에도 곱셈과 같은 계산을 수행할 수 있다. dB의 합의 계산식은 아래와 같이 변경이 가능하다. SPL1~SPLn 모두 같은 값 AdB이고 그 개수가 총 n개라고 하면,
4. 매질에 따른 음의 변화(반사, 흡수, 굴절, 투과)
(1)의 매질과 (2)의 매질의 밀도 및 음속이 각각 ρ1c1, ρ2c2 라고 하고, 이는 고유음향저항 혹은 특성임피던스(Characteristic Impedance)라고 한다. 여기서 , 이라고 하고, 반사 흡수 투과율을 구할 수 있다. 비교적 간단한 수식에 의해서 구할 수 있지만, 음향 엔지니어로서 계산에 대한 측면보다는 개념을 잡는 것에 중점을 두는 것이 좋겠기에 여기서는 반사율의 수식에 대해서만 간단히 소개하고 넘어가도록 하겠다. 중요한 것은 음이 빛과 마찬가지로 서로 다른 매질의 경계면에서 반사, 흡수 및 투과된다는 것이며, 투과시 그 매질의 특성임피던스 및 입사각에 따라 굴절된다는 것이다. 또한 음은 바람 및 온도, 기압 등의 차이에 따라서도 굴절하는 특성을 보인다. 1)온도차에 의한 굴절 : 대기의 온도차에 의한 굴절로, 온도가 낮은 쪽으로 굴절한다. 낮시간 대에서는 지표면이 대기에 비해 온도가 높으므로, 음이 진행되는 음선이 위로 향하고, 따라서 낮에는 거리감쇠가 커진다. 밤시간 대에서는 지표면이 대기에 비해 온도가 낮으므로, 음선이 지표로 향하게 된다. 따라서 밤에는 거리감쇠가 낮시간 대에 비해 작으며 소리가 크게 들린다. 2) 풍속차에 의한 굴절 : 지표면과 대기사이에 일종의 풍속차가 있을 경우 발생한다. 음원이 위치한 지표보다 상공의 풍속이 클 경우, 풍속이 진행되는 전방에서는 음선이 상공으로, 풍속이 진행되는 후방에서는 음선이 지면으로 굴절된다. 5. 음의 회절(Diffraction) 아래의 그림은 저주파수 음과 고주파수음의 회절을 단적으로 보여주는 그림이다. 같은 장애물과 틈에서 주파수에 따라 서로 다른 특징을 보여주고 있다. 저주파음의 경우 회절이 되는 지점에서 새로운 파형이 발생하며, 고주파수음의 경우 파장이 짧아 소리의 그늘이 많이 생기고 있다.
지금까지 11월 호에서는 dB의 연산과 물리적 특성 중 음의 반사, 굴절, 투과, 흡수 그리고 회절 등에 대하여 간단하게 알아보았다. 현재까지 알아본 내용으로는 자유공간 점음원으로 가정한 스피커를 사용할 경우의 음압레벨 예측까지 가능하다. 그러나 실제 공간은 자유공간이 아니라 반사와 흡음 그리고 잔향음이 존재하게 되며, 스피커의 특성 또한 지향특성을 가지고 있으므로 좀 더 실제와 가까운 계산을 위해서는 위의 요인들까지 고려해야만 한다. |
