[음향] dB(decibel, 데시벨) 2
저번에 포스팅한 dB(decibel,데시벨) 이여서 포스팅하겠습니다.
일단 저번에 포스팅한 내용을 다시 정리하겠습니다.
dB(decibel)란 출력에 관련 되는 두 값 사이의 비율을 의미합니다.
Log(Logarithm)를 사용해 나타낸 비율의 단위이며
인간의 감각에 가깝게 표현 할 수 있는 단위입니다.
저번에 포스팅한 내용 정리 입니다.
dB의 종류로 dBSPL, dbPa, dB(A), dB(C), dBU, dBV, dBFS 등이 있습니다.
dB 크게 두 부류로 나눌수 있습니다.
두 가지를 나누는 기준은
첫번째는 Acoustics 환경에서 사용하는 경우 입니다. 다시 말하면 음압레벨이라고 할수 있습니다
(쉬운말로 귀에 들리는 소리를 측정할때)
물체가 진동 하면 대기압 변화시키고(변화량 -> 음압) 변화가 우리 고막을 진동시켜
소리로서 들리게 됩니다.
두번째는 장비 에서 사용하는 경우입니다.
dBSPL(Sound Pressure Level)
일상 속에서 가장 많이 쓰이는 단위가 dBSPL 입니다.
dBSPL은 보통 dB로 표기합니다.
SPL(Sound Pressure Level)은 우리 귀의 고막에 가해지는 음압 레벨을 말하며
읍압을 기준 음압으로 나누어 상요로그를 취한 후 20을 곱한 값을 말합니다.
| 120 dB | 전투기의 이착륙소음 |
| 110 dB | 자동차의 경적소음 |
| 100 dB | 열차 통과시 철도변 소음 |
| 90 dB | 소음이 심한 공장안 큰소리의 독창 |
| 80 dB | 지하철의 차내소음 |
| 70 dB | 전하벨(0.5m) 시끄러운 사무실 |
| 60 dB | 조용한 승용차 보통회화 |
| 50 dB | 조용한 사무실 |
| 40 dB | 도서관 주간의 조용한 주택 |
| 30 dB | 심야의 교외 속삭이는 소리 |
| 20 dB | 시계 초침 나뭇잎 부딪치는 소리 |
매체에서 쉽게 접할 수 있는 데시벨(dB) 표
통상적으로 0.00002 기준으로 평가하고 최소 가청 음압 레벨로 규정합니다.
음압을 기준한 데시벨 계산식입니다.
위와 같이 계산식을 가지고 있기에 음압의 변화에 따른 dB변화는
2배 + 6 dB 4배 + 12dB 8배 + 18dB 등의 차이로 변화하게됩니다.
dB (A),dB(C)
두 단위는 dB SPL에 Filter 를 사용하여 측정한 단위입니다. 결국 dB SPL의 종류
dB (A) : A - Weighting filter
저역의 청감 특성을 보정한 것으로 주로 SPL 및 Audio System의 Noise 측정 시에 사용합니다.
dB (C) : C - Weighting filter
특성은 거의 평탄하며, 환경 Noize, 소음 및 주파수 분석을 할 떄 사용합니다.
인간의 귀의 특성상 전주파수 대역을 평탄하게 듣지 못합니다.
마이크는 귀랑 달리 전파수 대역을 평탄하게 측정하니 사람귀랑 가깝게 측정하기 위해서 filter를 사용합니다.
인간의 청각특성을 나타낸 라우드니스 커브(Loudness Curve)에서 가져온 Filter 입니다.
dB Pa
이 단위는 단말기 통신 즉 우리가 휴대폰의 음향특성을 측정할때 사용되는 단위입니다.
기준은 1 Pa입니다.
dBm, dBu, dBV
전기 출력 Level을 표기 할때 사용하는 단위 입니다.
즉 귀로 들을 수 없고 기기의 측정값이라고 보시면 편안합니다.
전기의 세기에 따라서도 소리크기의 변화가 생깁니다.
dBm은 전력을 기준한 단위입니다.
소문자 m은 1mW(밀리와트)을 의미합니다.
따라서 dBm은 1mW 라는 기준 파워 변화량을 나타낸 것이며 당연이 0 dBm = 1mW입니다.
dBu은 u 는 언로드(Unload)을 의미합니다.
전기 회로에는 저항값 항상 존재하게 되는데
보통 음향에서는 보통 600 옴을 기준으로 계산하는 경우가 많습니다.
1mW는 600옴의 임피던스를 갖는 회로에서 0.775 V의 전압을 가집니다.
이 저항값에 1 mW 전력에 해당하는 교류 전압은 약 0.775 V가 되고 이를 기준으로 파생한 또다른 단위가
바로 0.775 V를 기준으로 해서 출력과 입력 전압 표시에 사용되는 단위가 dBu 입니다.
즉 0 dBu = 0.775V 입니다.
dBu는 0.775 V라는 기준 전압으로 전압으로 변화량을 나타낸 것입니다.
임피던스에 영향을 받는 것이 dBm 이면 부호와는 독립된 단위가 dBu라고 보시면됩니다.
dBV는 대문자 V는 1V(Volt)를 의미합니다.
dBV는 1V라는 기준 전압으로 변화량을 나타낸 것입니다.
0 dBu(dBv) = 0.775 V입니다.
dBv 와 dBV 대소문자에 따라서 가준값이 달라지니 유의해야 합니다.
| dBV | 전압(V) | dBu, dBm |
| + 6.0 | 2.0 | + 8.2 |
| +4.0 | 1.6 | + 6.2 |
| + 1.78 | 1.23 | + 4.0 |
| 0.0 | 1.00 | + 2.2 |
| - 2.2 | 0.775 | 0.0 |
| - 6.0 | 0.5 | -3.8 |
| - 10.0 | 0.316 | - 6.0 |
| - 12.0 | 0.250 | - 9.8 |
| - 20.0 | 0.100 | - 17.8 |
위 변환표에서와 같이 dBV 는 1Vrms를 기준으로 측정한 전압 비율입니다.
전력을 기준하게 되면 10 log, 전압을 기준하게 되면 20 log 로 계산하게 됩니다.
전력이면 2배 + 3dB, 4배 + 6dB 8배 +9 dB....
전압이면 2배 + 6dB 4배 + 12dB 8배 + 18....
계산됩니다.
dBFS(Full Scale)
Analog 와 Digital 회로간의 Line Level을 Sync 시키기 위해 정의된 단위 규격으로
0dBFS인 Full scale 기준으로 측정된 비율로 0dBFS가 MAX - 단위로 그 값을 나타내게 됩니다.
즉 Full Scale은 Clipping 직전까지 사용할 수 있는 최대 신호의 크기를 의미합니다.
Clipping은 오디오 신호 허용하는 한계 입력 도는 출력을 넘어서
소리의 모양이 Squre wave화 되면서 찌그러지거나 찢어지는 것과 같은 소리 신호로 변질되는것 으미합니다.
아날로그를 디지털로 변환(ADC)할 경우 표현할 수 있는 최대값을 0dBFS로 표현합니다
즉, 디지털 오디오 신호에서 표현될 수 있는 가장 큰 신호의 세기는 0dBFS입니다.
그렇기에 시스템이 가질수 있는 가장 큰 신호를 기준해서 0dBFS 로 기준을 잡고 있고
기준을 잡게 되니 디지털 시스템에서는 +dB없이 -20 dB, - 30 dB 표기합니다.
클리핑 현상에 대해 조금 더 말씀하자면
우리가 흔히 디지털 시스템에서
16 bit, 24bit 라는 것을 자주 볼 수 있습니다. 이것은 Bit Depth 라는 단위이고
해당 Bit에 다라서 다이나믹 레인지가 정해지게 됩니다.
16 bit 96 dB 24 Bit 144 dB 다이나믹 레인지를 가집니다.
(1 bit = 6 dB로 계산하면 편합니다.)
100 dB 이상의 다이나믹을 가진 음원을 작업하면
16 Bit 시스템에서는 한계 수용치를 넘어서는 순간부터 음원은 제대로 처리가 되지 않고 사용할 수 없게됩니다.
디지털 콘솔(Digital console)에서 출력이 변화될때 소리의 Clipping 여부는 이 기준으로 확인 할수 있습니다.
SMPTE 미국/한국방송 : 0 dBFS = + 24 dBu
EBU 유럽 방송 : 0 dBFS = + 18 dBu
일본 프랑스 : 0 dBFS = + 22 dBu 입니다.