소음 측정기는 어디에 사용되나요?
소음 측정기는 공장, 철도, 건설 현장 등 다양한 소음원, 발생하는 소음을 측정하고 관리하는 데 사용됩니다. 각종 스포츠 행사, 야외 콘서트, 휴양 공원, 주거·상업 지역을 비롯해 흔히 접할 수 있는 도시 환경 외에도 매우 다양한 소음원이 존재합니다. 이러한 소음원은 저마다 다른 특징이 있기 때문에 소음 측정 전문가들은 각 소음원에 해당하는 특수한 문제들을 해결해야 합니다.
소음 측정기는 어떻게 작동하나요?
소음 측정기는 마이크로폰, 프리앰프, 신호 처리기, 디스플레이로 구성됩니다. 마이크로폰은 소리를 그에 상응하는 전기신호로 변환합니다. 소음 측정기용으로 가장 알맞은 마이크로폰은 정밀도가 우수하면서 높은 안정성과 신뢰도까지 보장하는 콘덴서 마이크입니다.
마이크로폰, 프리앰프, 마이크로폰에서 생성되는 전기신호는 매우 낮은 레벨이므로, 주처리장치에서 신호를 처리하기 전에 프리앰프로 증폭해 줍니다. 신호 처리는 소음 측정기가 준수해야 하는 IEC 61672-1 등 국제 표준에서 규정된 주파수와 시간 가중치를 신호에 적용하는 단계를 포함합니다.
시간 가중치
시간 가중치는 음압의 변화에 대한 소음 측정기의 반응을 나타냅니다. 시간 가중치는 요동치는 신호의 지수이동평균을 나타내며, 측정값을 쉽게 읽을 수 있도록 합니다. 소음 측정기는 “빠른” “느린” “임펄스” (각각 ‘F’ ‘S’ ‘I’) 시간 가중치를 적용합니다. 이러한 가중치들은 대다수의 국내외 표준과 지침에 따라 반드시 적용해야 하는 필수 가중치입니다. 또한 환경평가와 관련된 표준도 어떠한 시간 가중치를 사용해야 하는지 규정하고 있습니다.
해당 신호가 가중치 필터를 통해 처리되면, 그 결과 발생하는 음압 레벨이 20 μPa를 기준으로 하여 데시벨(dB) 단위로 측정기의 화면에 표시됩니다. 음압 레벨값은 최소한 1초에 한 번씩 갱신됩니다.
요동치는 소음의 레벨을 평가하는 작업은 간단히 말해서 평균 레벨을 나타내는 값을 구하는 것과 같습니다. ‘등가 연속 사운드 레벨’ 또는 ‘Leq’는 전 세계에서 필수 평균 매개변수로 알려진 값을 나타냅니다. ‘Leq’는 측정 기간 동안 정상 상태에서 측정된 사운드 레벨이며, 요동치는 음압 레벨을 측정한 결과값에 포함된 에너지의 양을 나타냅니다. 가변 사운드 레벨에 포함된 에너지 양의 평균을 가리킵니다.
대부분의 관련 연구에 따르면 Leq는 불쾌감(어노이언스)과 상관관계를 맺고 있지만, 불쾌감을 직접 나타내는 값은 아닙니다.
Leq는 전문적으로 사용되는 대다수의 소음 측정기(종종 일체형 소음 측정기라고 불리는 기기)를 이용하여 직접 측정할 수 있습니다. A-가중치 필처를 사용하는 경우, A-가중치를 적용한 필터 네트워크를 이용하여 측정한 등가 연속 사운드 레벨을 나타내는 LAeq로 표시됩니다.
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주파수 가중치
주파수 가중치는 각각 다른 사운드 주파수에 대한 소음 측정기의 반응을 조절합니다. 사운드 주파수에 따라 사운드에 대한 사람 귀의 민감도가 달라지기 때문에 주파수 가중치는 반드시 필요합니다. IEC 61672-1에는 주파수 가중치 A, C, Z가 규정되어 있으나, 보다 특수한 환경에서는 다른 주파수 가중치를 적용하는 경우도 있습니다.
A-가중치 – dBA/dB(A)
A-가중치는 중간 범위 사운드 레벨에 대해 사람의 귀가 반응하는 방식과 유사하게 신호를 조절합니다. 이 가중치는 40dB 등청감 곡선을 기준으로 하여 적용합니다. 소음 매개변수들을 나타내는 기호들은 측정 시 주파수 가중치를 적용했음을 표시하기 위해 알파벳 “A”(예를 들어LAeq) 등을 포함합니다.
C-가중치 – dBC/dB(C)
소음에 대해 사람의 귀가 보이는 반응은 소음 레벨에 따라 다릅니다. C 주파수 가중치는 100dB 등청감곡선에 상응합니다. 즉 꽤 높은 소음 레벨에서 사람의 귀가 보이는 반응과 같습니다. C-가중치는 최대 음압 레벨을 평가할 때 주로 사용합니다. 예를 들어, 베이스 소리의 전달이 문제가 될 수 있는 공연장 소음을 측정하는 경우에 쓰일 수 있습니다.
Z-가중치 – dBZ/dB(Z)
“제로” 주파수 가중치는 마이크로폰의 반응을 제외하고 10Hz에서 20 kHz ±1.5 dB 사이의 평평한 주파수 응답을 가리킵니다.
오늘날 가장 흔히 사용되는 주파수 가중치는 A-가중치 네트워크입니다. 등청감곡선은 순수한 톤을 이용한 실험의 결과를 바탕으로 하고 있기 때문에 C-가중치는 주관적인 테스트와는 밀접한 관련이 없습니다. 게다가 가장 흔한 소리는 순수한 톤이 아니고, 여러 가지 톤으로 이루어진 매우 복잡한 신호입니다.
주파수 분석
복잡한 소리에 대한 상세한 정보가 필요한 경우, 주파수 범위를 구간 또는 대역으로 나눌 수 있습니다. 선택된 대역 밖의 주파수를 가진 모든 소리를 거부하는 전자 필터나 디지털 필터를 이용하면 됩니다. 이 대역들은 대개 1옥타브나 1/3옥타브의 대역폭을 가집니다.
옥타브는 가장 높은 주파수가 가장 낮은 주파수의 두 배인 주파수 대역입니다. 예를 들어 중심 주파수가 1kHz 인 옥타브 필터는 707과 1414Hz 사이의 주파수를 허용하지만 다른 모든 주파수는 거부합니다. 옥타브라는 이름은 한 옥타브가 음조 음계의 8 음표를 포함한다는 사실에서 비롯됩니다. 세 번째 옥타브는 가장 높은 주파수가 가장 낮은 주파수의 1.26 배인 범위를 포괄합니다.
복잡한 소리를 대역별로 나누는 과정을 주파수 분석이라고 합니다. 분석 결과는 스펙트로그램이라는 차트에 표시합니다. 신호에 가중치를 적용하고 주파수 대역별로 나누면, 그 결과 생성되는 신호가 증폭되고, 평균제곱근(RMS) 감지기로 평균제곱근 값을 확인할 수 있습니다. RMS는 특수한 종류의 수학적 평균값입니다. RMS 값은 측정되는 소리에 포함된 에너지 양과 직접적인 관련이 있으므로 소음 측정에서 중요한 요소입니다.
소음 측정기와 진동 측정기
디스플레이
디스플레이는 데시벨 단위로 소음 레벨을 나타내고, 시간과 주파수 가중치가 조합된 디스크립터와 함께 표시됩니다(예: LAeq 또는 LCpeak). 해당 신호는 교류(AC)나 직류(DC)의 형태로 출력 소켓에서 얻을 수 있습니다. 이 신호는 기록을 제공하거나 추가 처리를 위해 데이터 수집 장치 등 외부 장비 연결에 사용됩니다.
교정
교정이란 올바른 값을 측정하고 표시하기 위해 소음 측정기(SLM)을 조절하는 과정입니다. 전자회로의 응답은 물론이고 트랜스듀서의 감도는 시간에 따라 조금씩 변할 수도 있고, 온습도 등 환경 조건의 영향을 받을 수 있습니다.
소음 측정기를 사용하면서 큰 드리프트나 감도 변화가 발생할 확률은 낮지만, 측정 시 소음 측정기의 교정 상태를 정기적으로 확인하는 것이 바람직합니다. 교정은 마이크로폰 위에 휴대용 소음 교정기를 직접 올려 놓고 실시하면 됩니다. 소음 측정기를 조절하여 정밀하게 정해진 음압 레벨을 얻을 수 있습니다.
측정 전이나 측정 후에 교정 상태를 확인하는 방법 외에, 소음 측정과 관련된 다수의 규정과 표준에 따르면 소음 측정기를 12개월 내지 24개월마다 전문 연구소에서 교정해야 합니다.
국제 표준
국제적인 표준은 장비에 직접 적용되거나 국내 표준에 대한 참고 표준이 될 수 있기 때문에 중요합니다. 표준화를 전문으로 하는 주요 국제 기구는 두 곳이 있습니다.
국제표준화기구(International Organization for Standardization; ISO)는 결과값을 비교하기 위한 절차들을 정의하는 방법론을 주로 다룹니다. 국제전기기술위원회(IEC)는 기기들이 호환성을 가지고, 정확도나 데이터의 중대한 손실 없이 교환 가능함을 보장하기 위한 계장을 다룹니다.
IEC 61672
“IEC 61672 – 전기음향 – 소음측정기”는 소음 측정기가 각종 최신 규제 요구사항을 충족하기 위해 준수해야 하는 현행 국제 표준입니다. 본 표준은 “전형적인” 소음 측정기, 일체형-평균 소음 측정기, 일체형 소음 측정기 등 “세 가지 종류의 소음 측정 기기”를 규정하고 있습니다. 이 표준은 아래와 같이 세 파트로 구분됩니다.
- Part 1: 사양 – 소음 측정기 1급과 2급의 성능과 기능을 규정합니다.
- Part 2: 패턴 평가 테스트 – IEC 61672-1에 규정된 모든 강제적인 사양을 준수하는지 확인하기 위한 테스트의 세부사항을 규정합니다. 연구소에서 측정 기기가 제조업체의 보증 사항을 모두 충족하는지 확인하는 데 쓰입니다.
- Part 3: 정기 테스트 – IEC 61672-1:2002의 1급/2급 요구사항을 준수하는 소음 측정기를 대상으로 한 정기 테스트 절차를 설명합니다.
이 표준은 주요 정격 레벨 매개변수를 포함한 기본적인 용어를 정의하고, 환경 소음 평가의 우수 사례들을 설명합니다.
소음측정기에 대한 전문의 조언
ISO 1996 − 환경 소음 평가
ISO 1996 “음향 – 환경 소음의 표현과 측정”은 환경 소음 평가에 대한 주요 표준입니다. 해당 분야에서 각 지역 현지 표준과 규정의 참고 표준으로 흔히 사용됩니다. 이 표준은 아래와 같이 두 파트로 구분됩니다
- Part 1 2016: 기본 양과 평가 절차
- Part 2 2017: 음압 레벨의 확인
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