음향기초#3 데시벨과 그 종류

데시벨(decibel)

 
: 소리의 세기(intensity)나 압력(pressure)에 대한 소리의 상대적인 크기를 나타내는데 사용되는 보편적인 단위로, dB, db, DB 등으로 나타낸다.  벨(bel, 기호 B)이라는 이름은 미국의 통신  전화 회사인 벨 시스템 설립자인 알렉산더 그레이엄 벨(A. G. Bell, 1847-1922)을 기념하여 붙여졌다. 
소리를 벨 단위로 측정하면 단위가 너무 크기 때문에 표기되는 숫자가 매우 작고, 귀는 넓은 음의 세기 영역을 감지하므로 음의 세기를 나타낼 때 좀 더 정밀한 눈금이 필요하다. 그래서 이러한 것들을 고려해 음의 세기 레벨은 벨 단위의 10분의 1인 데시벨(deciBel, dB)을 사용한다. 10분의 1을 의미하는 d(deci-)와 B(Bel)의 합성어로 B의 10분의 1을 뜻한다. 즉, 1B = 10dB

# 인간이 일반적으로 느끼는 감각의 크기는 자극의 절대량을 느끼는 것이 아니라, 기존 자극의 크기와 비교하여 자극이 얼마만큼 변했는가를 느낀다. 베버페히너 법칙(Weber-Fechner law)에 따르면, 인간은 새로운 자극이 오면 기존 자극의 크기와 비교하여 그 변화량을 자극의 크기로 감지하고, 우리가 느끼는 감각 강도는 외부로부터 주어지는 자극 강도의 log(로그)값에 비례한다. 귀 역시 인간의 감각기관이기 때문에 기존 소리의 자극과 비교하여 소리 세기의 변화량을 감지한다. 이때 느끼는 감각 크기가 자극 크기의 log값이기 때문에 귀에서 느끼는 음의 크기값은 소리 크기의 log값으로 결정된다.

dB는 하나의 물리량을 표시하는 절대 단위가 아니며 두 에너지(물리량)의 크기 차이를 비교하여 나타내는 상대적인 표시 방법이다. 따라서 우리가 흔히 소리의 크기를 나타낼 때 95dB 또는 100 데시벨 등으로 표시하는 것은 해당 소리의 크기를 정확하게 표시하는 방법으로는 적절하지 않고, 비교 기준이 없을 때는 dB보다는 dBSPL이 정확한 표현이 된다.

일반적인 사람은 3dB 변화부터 소리의 차이를 느끼기 시작하고 10dB 변화를 2배 차이로 인식하지만, 음악이나 음향 관련 전문가들은 1dB, 2dB부터 느끼기도 한다. 다만, 그 차이를 위해서 필요한 에너지(와트)는 3dB는 2배, 6dB는 4배, 10dB는 10배가 있어야한다.

dB에 따른 힘의 크기의 비율

힘의 크기 비율	레벨(dB)
1:1	0
2:1	3
4:1	6
8:1	9
10:1	10
100:1	20

 

아래 표에서는 에너지(와트)가 2배가 되면 3dB 가 증가되고, 1/2이 되면 –3dB로 감쇠되는 것을 알 수 있다. 또한 에너지가 4배가 되면 6dB, 10배가 되면 10dB 가 증가한다는 것도 알 수 있다.

P(watt)	레벨(dB)
0.25	-6
0.5	-3
1	0
2	3
4	6
10	10

 

dB에 따른 신호의 크기의 비율

신호의 크기 비율	레벨(dB)
1:1	0
√2:1	3
2:1	6
3:1	10
4:1	12
6:1	16
8:1	18
10:1	20
100:1	40

 

 

데시벨 여러 단위

어떤 큰 물리량을 로그 스케일로 표현하기 위하여 dB 단위를 사용한다, 주로 소리, 전기, 전력 등에 사용한다. 만약 레퍼런스 단위가 1SPL이면 dBSPL, 1mW이면 dBm, 1V이면 dBV의 단위를 사용하게 된다.
이 때 dBSPL이나 dBm, dBu와 같은 단위는 실제적인 절대값을 표현하고, dB는 상대적인 증가와 감소를 표기하는 상대값으로 쓰인다. 아래에 나오는 단위 중 dBSPL, dBm 등은 Power에 해당하고, dBV, dBVU, dBu, dBFS등은 Amplitude에 해당한다.

# 예)10dBSPL + 20dB = 30dBSPL (O), 10dBSPL + 20dBSPL = 30dBSPL (X)

dBu : 0.775V를 기준으로 하여, 전압을 dB로 나타낸 것, 1 mW, 600 Ω(ohm, 옴)일 때 dBm과 같은 값. dBm이 1mW(600Ω)를 기준으로 하지만 dBu는 0.775 Vrms) 기준이다. 전화선이 아닌 오디오 연결을 가정하고 사용하는 단위로, 현대 오디오 입출력 연결이 로우 임피던스에서 하이 임피던스로 연결하는 것이 일반적인 것으로 되어, 기존의  전화 시설에서 600Ω으로 모든 장비를 매칭하던 것이 오디오에서는 모든 장비를 600Ω에 매칭하여 연결하지 않기 때문에 dBm 대신 dBu(decibel unloaded)를 사용한다. 참고로, 프로 오디오 장비의 라인 레벨은 신호의 온전한 전송을 위해서 로우 임피던스 출력 → 하이 임피던스 입력으로 전송하는 것을 원칙으로 한다. dBm과의 차이는 바로 부하(임피던스)에 관계없이 절대 값 0.775Vrms만 기준으로 하는 단위라는 것. 레퍼런스 레벨은 +4dBu(0VU)이다.

dBV : 1V(1Vrms)를 기준한 것으로 하여 전압을 나타냄 부하의 임피던스값에 관계없이 일정한 값을 갖는다.(600Ω과 관계 없음). 음향에서는 주로 TS 선이나 RCA 또는 3.5mm 단자를 사용하는 컨슈머 레벨의 단위로 쓰인다. 컨슈머 레벨의 레퍼런스 레벨은 -10dBV이다.

dBW : 1W 의 기준 입력에 대한 출력값을 의미하며, 전력 세기를 dB로 나타냄. 0dBW = 1W (고출력앰프 등의 출력측정을 위해 사용) 

dBm : 1mW(=0.001W)를 기준으로 하여 전력(Power) 세기를 dB로 나타냄 . 아날로그 전화 설비 즉, 600Ω 케이블 및 600Ω 매칭을 사용하는 시설에서 주로 사용하는 단위이다. - 작은 단위 전력 측정에 사용, 임피던스가 600Ω일때 사용

dBm

 

dBp : 1pW를 기준으로 하여, 음향학에서 사용하는 소리의 세기 

dBSPL(Sound Pressure Level) : 소리의 실제 크기의 단위이다. 공기중에서 2 x 10-⁵ Pa (= 0 dBspl)를 기준으로 한 음압레벨 단위. 1Pascal = 94dBSPL, 가장 큰 소리는 약 20 Pa(120dBspl) ~ 200Pa(140dBspl 정도)
0 dBSPL은 인간이 들을 수 있는 가장 작은 소리를 나타내며 0dBSPL = 20 μPa (micro pascal) = 0.00002 Pa = 2 * 10 (-5승) Pa = 2 * 10 (-4승) μBar

# 이 값은 인간의 청각을 기준으로 한 값이므로 이것이 소리가 없는 ‘무음 상태’를 가리키는 것은 아니며 –dBSPL 값을 가진 소리도 얼마든지 존재한다.

VU : Volume Unit. VU 미터의 단위. 주로 아날로그 콘솔의 미터의 단위로 쓰인다. 0 VU는 사용 장비의 가장 최적의 소리를 내어주는 지점.

dBFS(Full Scale) : 디지털 장비가 받을수 있는 최대 아날로그 입력값을 0dBFS 로 설정한 단위로 -값으로 나머지를 표기함. 디지털 레코딩에서 AD 컨버터가 클링핑 되지 않는 범위에서의 최대입력레벨 dBA, dBB, dBC, dBD: A, B, C, D 커브에 의한 음의 세기 또는 음압의 세기. 일반적인 레퍼런스 레벨은 -18dBFS(24-bit & above), -12dBFS(16-bit) = +4dBu, 0VU이다. (프로장비의 0dB값이 +4dBu) 일반적인 오디오 장비의 최대 입력 허용값 +22dBu = 0dBFS

# 기본적으로 아날로그 단위들이 RMS(Root Mean Square, 실효값, 제곱 평균 제곱근)를 표기하지만 dBFS는 Peak를 표기한다.

 

각 나라의 dBFS 기준

• EBU R68 is used in most European countries, specifying +18 dBu at 0 dBFS 
• In Europe, the EBU recommend that -18 dBFS equates to the Alignment Level 
• European & UK calibration for Post & Film is −18 dBFS = 0 VU 
• UK broadcasters, Alignment Level is taken as 0 dBu (PPM4 or −4VU) 
• US installations use +24 dBu for 0 dBFS 
• American and Australian Post: −20 dBFS = 0 VU = +4 dBu 
• The American SMPTE standard defines −20 dBFS as the Alignment Level 
• In Japan, France and some other countries, converters may be calibrated for +22 dBu at 0 dBFS. 
• BBC spec: −18 dBFS = PPM “4” = 0 dBu 
• German ARD & studio PPM +6 dBu = −10 (−9) dBFS. +16 (+15)dBu = 0 dBFS. No VU. 
• Belgium VRT: 0 dB (VRT Ref.) = +6dBu ; -9dBFS = 0 dB (VRT Ref.) ; 0dBFS = +15dBu.

 
 

참고문헌 : [네이버 지식백과] 훤히 보이는 생활 속 오디오 기술, 홈레코딩 위키 by 리버사이드 재즈 레이블