음의 물리적 기초사항

1. 음의 성질 1-1 음향시스템 음은 진동매체가 귀에 주는 자극에 의하여 생기는 감각이다. 간단한 음향시스템의 구성인자는 다음과 같다 음원, 음의 매체, 수음기 음원은 진동하는 물체로서 다른 형태의 에너지를 진동으로 바꾼다. 이것은 고체에 대한 기계적 충격일 수도 있고 공기를 진동케하는 기압일 수도 있으며, 또는 전자기적으로 강철 판막에 작용하거나 결정체에 작용하는 전기에너지일 수도 있다. 변환기는 에너지를 음으로 또는 음을 에너지로 바꾸는 장치를 말한다. 음의 매체는 물질이다. 만약 매체가 기체나 액체라면 진동은 음원으로 부터 방사상의 방향으로 분자의 압축과 팽창을 교대로 반복하면서 종파(縱波)로서 전달된다. 인간이 경험하는 전달매체는 보통 공기이며, 이를 공기전달음(airbone sound)이라 한다. 한편 음의 매체로서 고체가 건물에서는 중요한 역활을 하는데 이 현상을 고체전달음(structurebone sound)이라한다. 　 1-2 주파수(frequency) 주파수(진동수)는 음이 1초간에 진동하는 횟수로서 단위는 c/s(cycle/sec) 또는 Hz(Hertz)를 사용한다 음의 파장(λ), 주파수(f), 그리고 음속(v)과의 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다. λ=v/f(m) 한개의 주파수만을 가진 음, 즉 한개의 사인파곡선으로 표시될 수 있는 음을 순음(pure tone)이라고 한다. 이는 전자적으로만 발생가능하다. 그러나 대부분의 음은 여러개의 폭넓은 주파수 성분을 갖고 있으며 이를 복합율(complex tone) 또는 광대성음(廣帶城音 broad-band sound)이라 부른다 　 2-1 음압과 음압레벨(sound pressure level) 2-1-1 음압 매체속의 음량은 강도 또는 음압으로 측정이 가능하다. 음압(P)은 음파에 의해 공기진동으로 생기는 대기중의 변동으로서, 단위면적에 작용하는 힘이다. 변화되는 한 사이클 사이의 음압을 평균하면 실효치(root-mean square)가 된다. 보통 음압은 실효치의 압력인 유효음압(Prms)을 의미한다. 유효음압과 음압의 절대평균치(Pavr), 최대진폭(Pmax)사이에는 다음과 같은 관계식이 성립된다. P=Prms=(π/2√2 )Pavr=1/√2 Pmax(dyne/cm2) 사람이 소리를 들을 수 있는 음압의 범위는 1000Hz에서 0.0002∼2000dyne/cm2이다. 　 2-1-2 음압레벨 음압레벨(SPL)이란 0.0002 dyne/cm2을 기준값으로 하여 어떤 음의 음압이 기준음압의 몇배인가를 대수로서 다음과 같이 표시한 것이다. SPL = 20logP/Po(dB) 여기서 Po는 기준음압(0.0002dyne/cm2)으로 1000Hz에서 최소가청치와 거의 같다. 　 3-1 음의 세기와 음의 세기레벨 3-1-1 음의세기 음파의 방향에 직각되는 단위면적을 통하여 1초간 전파되는 음 에너지량을 음의 세기(음의 강도)라고 하며 다음식으로 표시된다. I=P^2/ρυ(W/m2) 여기서, P:음압(N/m2) ρυ: 공기의 고유음향자항 또는 임피던스(impedance) = 400(Ns/m3) ρ: 공기밀도, 상온에서 보통 1.22kg/m3 υ: 음속 　 음의 세기에 대한 실효치를 I(W/m2), 그 기준치를 Io(W/m2)라고 할 때, 음의 세기레벨(IL)은 다음과 같다. IL = 10logI/Io(dB) 여기서, 기준음 세기 Io는 10^-12W/m2또는 10^-16W/cm2를 사용한다. 음압레벨(SPL)과 음의 세기레벨(IL)은 동등하게 데시벨(dB)단위를 사용하여 표시할 수 있다.    음환경에 대한 인간의 반응   1-1 음환경이 인간에 미치는 영향 1-1-1 인간과 음 인간은 음환경 속에 존재하며 음에 의한 의사 전달로 생활을 보다 편리하게 영위한다. 인간은 음환경에 의해 개인적이거나 대인적인 행동에 영향을 받는다. 음환경 가운데서 인간행동에 영향을 미치는 소음은 인류문명에 의한 부산물이라는 특성을 갖는다. 소음에 대한 일반적 정의는 "원하지 않는 소리"이다. 따라서 어떤 사람에게는 바람직한 음이 다른 사람에게는 소음으로 들릴 수 있어서 소음은 사람의 주관적 ,심리적 요소와 그 주변 상황요소에 좌우된다. 소음은 인간의 생리적, 사회,심리적인 면 뿐 아니라 작업능률면과 같은 인간행동 전반에 영향을 주고 있다. 　 1-1-2 심리적 영향 음은 무의식중에서도 신체의 동요를 가져오게 하고 호흡이나 맥박에도 영향을 준다. 지속되는 소음에 의해 혈관수축, 혈구수의 변동, 호르몬량의 변화 등이 일어난다. 이러한 생리적 변화에 대한 음의 영향은 의학분야에서 널리 이용된다. 소음레벨에 따른 영향을 분류하면 다음과 같다. 65 dB - 원하지 않는 음으로 지각되어 방해를 느끼게 되나 심리적인 영향일뿐이다             이 소음레벨을 초과하면 정신적 육체적 피로가 발생하는 등 생리적 영향을 받게 된다. 90 dB - 다년간 노출될 경우 영구성 난청의 원인이 된다. 100dB - 다시간 노출시에도 청감이 일시적으로 저하되며 장시간 노출될 경우는 회복이 어려운              청각손실을 준다. 120dB - 귀에 고통을 주기 시작한다. 150dB - 순간적으로 청각기관이 파손된다. 　 1-1-3 사회심리적 영향 인간의 심리적 측면에 대한 소음의 영향을 규명하기 위한 많은 연구결과는 소음이 인간의 심리적 측면에서 어노이언스와 짜증을 야기시키는 중요한 요인임을 밝히고 있다. 이때 어노이언스는 환경소음이 인간에게 미치는 심리적 영향에 때한 종합적인 평가로서 대화 및 수면방해, 업무수행을 방해하는 기능장애와 시끄러움으로 느끼는 종합적인 피해 정도를 나타낸다. ISO에서는 어노이언스와 짜증을 일으키는 소음의 성격이 복합음 보다는 순음이고 계속적인 것보다는 일시적인 충격음이며, 그런 소음에 의한 심리적 반응은 도시지역보다는 교외지역에서 낮시간보다는 밤시간에 보다 강하게 나타남을 지적하고 있다. 소음에 의한 심리적 반응으로서 어노이언스 발생에 대한 평가값에는 개인간, 그룹간에 차이가 있음이 밝혀져 있다. 어노이언스가 클경우에 인간은 행동적 반응을 나타내게 된다. 국제 표준화기구(ISO)에서는 암소음에 대한 개인, 집단간의 행동적 반응에 대해 다음과 같이 규정하고 있다.   5 dB 초과 : 산발적인 불만 10 dB 초과 : 광범위한 불만 15 dB 초과 : 집단적 행동의 징조 20 dB 초과 : 강력한 집단행동의 발생