데시벨 (dB, 진동과 소음의 크기를 표현하는 방법)

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일반적으로 소음, 진동, 전기 등의 크기를 나타낼 때 ‘dB(데시벨)’의 단위를 사용한다. 이 것은 기준 량에 대한 변화폭을 의미하기 때문에 감각과 대체로 잘 맞으므로 여러 분야에서 사용된다. 엄밀히 말하자면 dB는 정해진 단위라고 할 수 없다. 왜냐하면 기준을 어떻게 정하느냐에 따라 달라지는 값이기 때문이다. 부르는 값도 통상적으로는 소음에서는 ‘데시벨(deci-Bell)’, 진동이나 다른 분야에서는 ‘디비’라고 부르는 것이 일반적이다. ‘벨(Bell)’이라는 사람의 이름을 따서 부르는 명칭은 단지 소음만이 적당하다고 여기는 것인지는 정확하지 않다.

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Weber-Fechner의 법칙

인간의 감각량(P)의 변화는 기준 자극량(S)에 대한 그 변화량의 비로써 가장 잘 표현 할 수 있다.

위의 식에서 기본단위는 ‘벨;Bell’로서 , 그 상하 단계가 너무 작은 것을 보완하기 위해서 , 상수인 ‘K’에 10을 대입한 ‘dB;데시-벨’ 을 사용하게 되었다. 이렇게 하면 상하폭을 나타낼 수 있는 표기가 넓어져서 인식하기 편하다. 아무튼 소음과 진동은 주로 인간과 관련되므로 그 느끼는 양인 ‘감각량의 변화’를 레벨화하여 로그의 함수로 표현하는 것이 가장 적합하므로 그 크기를 데시벨로 표현하게 된 것이다. 위의 식에서 변수S를 음의 세기(Intencity)로 하며, 자유음장(free sound field)인 경우에는 이 음의 세기는 음압(Pressure)의 자승과 매칭된다. 즉 우리가 소음계로 측정하는 결과값으로 법규에 적용하여 많이 사용하는 음압레벨(SPL; Sound Pressure Level)인 경우에는 변수S를 음압으로 했을 경우 K 값을 20으로 대치시킨 것과 같다.

이 dB는 단위 뒤에 괄호 첨자를 붙여 추가 연산된(가중;Weighted) 물리량을 표현하여 구분하는데, dB(A), dB(C), dB(mV), dB(W), 등이 소음진동분야와 전기분야에서 주로 많이 사용되고 있다.

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Logarithmic과 Linier의 차이

1과 100의 차이는 99이지만, 상용로그로 비교해 본다면 2이다. 물론 큰 값과 작은 값의 차이가 커야 구분하기에도 좋고, 계산하기에도 좋은 것이 아닐까 생각하지만, 그래프로 보면 명확히 그 효용도를 예측할 수 있다. 최고레벨과 최저레벨의 차이가 크지 않다는 말은 log그래프에서는 linier와 달리 낮은 값의 주파수 성분을 잘 보일 수 있도록 한다는 것이다. 그래서 진동 스펙트럼 분석에서 작지만 중요한 값의 유무를 잘 파악할 수 있도록 해준다. 특히 소음 옥타브 분석과 진동의 FRF에서는 Log로 분석하는 것이 일반적이다.