청각, 음향의 기본이자 듣는 것의 첫 단계, 데시벨

파워 레벨 이미지

 

안녕하세요. 드디어 소리의 입문은 마무리가 되었고, 이번 포스팅부터는 청각 파트로 넘어갈까 합니다. 이 역시 정말 기초적인 부분을 다루기 때문에 가벼운 마음으로 들어주셨으면 좋겠습니다. 오늘은 음향에 관련된 모든 것에서 빼놓을 수 없는 데시벨에 관해서 다루겠습니다. 우리는 일상에서 다양한 것을 체감합니다. 예를 들면 '체감 온도'나 '체감물가'라는 말이 있듯이, 우리는 주변 환경 변화에 대해 사람들이 실제로 느끼는 변화를 나타낸 것처럼, 소리를 듣는 우리의 감정 변화 또한 이와 비슷합니다.

 

1. 데시벨 (Decibel, dB)

 

우리가 음향의 어떠한 서적을 훑어보더라도 가장 눈에 띄는 단어가 아마 데시벨이지 않을까 생각합니다. 그만큼 우리에게 친숙하고 그만큼 중요한 개념인 것 같습니다. 데시벨이란 전기적 또는 물리적 변화에 대한 사람의 청감 변화를 수치화한 것입니다. 간단히 예를 들자면, 음악이나 스피커의 볼륨을 두 배 정도로 높인다면, 우리는 평소에 그 소리가 두 배 증가한 것으로 생각할지도 모르겠습니다. 하지만 그렇지 않습니다, 단지 약간 증가한 것으로 느낀다고 합니다. 여기서 '약간'이란 데시벨로 표현하면 3데시벨(3dB) 입니다. 일반적으로 3dB을 음의 레벨 변화를 인지할 수 있는 최소량으로 규정하고 있습니다. 결론부터 말하자면 여기서 우리가 소리를 두 배를 키우는 것은 앰프의 전기 파워를 높인다는 것입니다. 전기 파워(Electric Power)는 단위 시간당 전류가 할 수 있는 일의 양을 말하고, 단위는 와트(Watt)입니다. 앰프의 파워량을 결정하는 요소는 전압과 전류 그리고 저항 등을 생각할 수 있습니다. 여기서 특히 중요한 부분은 '전압' 입니다. 전압은 파워량을 조절하는 결정적인 요소입니다. 그래서 대부분의 오디오 장비는 전압 데시벨로 신호의 레벨 변화량을 나타냅니다. 

데시벨

 

2. 기준 레벨

 

스튜디오 오디오 시스템과 라이브 사운드 시스템에서는 운용을 원활하게 하기 위해 모든 장비가 수용할 수 있는 몇 가지의 기준 레벨을 사용합니다. 기준 레벨 또한 우리가 길이를 잴 때 사용하는 기본 단위인 m(미터) 앞에 c(센티), k(킬로)와 같이 철자를 붙여서 mm, cm, km을 만드는 것과 비슷합니다. 기준 레벨에는 dBm, dBu, dBV 그리고 dB-SPL이 있습니다. 여기서 dBm, dBu, dBV는 시스템 구성과 오디오 신호에 필요한 전기 기준 레벨이고 dB-SPL은 스튜디오와 라이브 사운드 시스템의 스피커 모니터링에 필요한 음향 기준 레벨입니다. 먼저 dBm은 dB 뒤에 m이 붙은 합성어로, 여기서 'm'은 1mW(밀리와트)을 의미합니다. 그러므로 dBm은 1밀리와트라는 기준 파워로 변화량을 나타낸 것이고, 0dBm=1mW 입니다. dBu역시 dB와 u의 합성어이고, 여기서 u는 언로드(Unload)를 뜻합니다. dBu는 0.775볼트의 기준 전압으로 변화량을 나타낸 것이고, 역시 0dBu=0.775볼트 입니다. dBV도 똑같이 dB뒤에 V가 붙은 합성어인데, 여기서 V는 1볼트(volt)를 말합니다. 그리고 똑같이 dBV는 1볼트라는 기준 전압으로 변화량을 나타낸 것이고, 0dBV=1볼트입니다. dB-SPL에서 SPL이란 'Sound Pressure Level'의 약자로, 우리 귀의 고막에 가해지는 음압의 레벨을 말합니다. 통상적으로 0.0002dyne/㎠를 기준으로 평가합니다. 따라서 0dB-SPL=0.0002dyne/㎠이고 이것은 우리가 들을 수 있는 최소 가청 음압 레벨로 규정하고 있습니다.

3. 레벨 (Level)

우리가 게임에서 레벨을 나누듯이, 오디오 장비의 신호들은 세 가지 등급으로 나뉩니다. 크게 마이크 레벨(Mic Level), 라인 레벨(Line Level), 스피커 레벨(Speaker Level)로 나뉩니다. 여기서 레벨이란 신호 전압의 변화를 데시벨로 나타낸 것을 말합니다. 마이크 레벨은 헤드폰, 이어폰으로도 들을 수 없는 굉장히 낮은 레벨입니다. 모든 다이믹 콘덴서 마이크의 출력 신호가 여기에 포함됩니다. 범위는 무신호(no signal)에서 -20dBu(77.5밀리볼트)까지 입니다. 그래서 이 정도의 레벨 신호를 프로세싱하기 위해선 증폭이 필수적입니다. 라인 레벨은 헤드폰으로 들을 수 있는 정도의 레벨입니다. 범위는 -20dBu부터 +30dBu(24.5볼트)까지 입니다. 스피커 레벨은 스피커를 작동시킬 수 있을 정도의 상당히 큰 레벨입니다. 범위는 +30dBu(24.5V) 혹은 +30dBm(600옴 양단의 24.5V=1와트) 이상입니다.