1. 개요
sound pressure / 音 壓음파에 의한 압력 변화. 단위는 파스칼(Pa)를 사용한다.
2. 음압 레벨
소음 공해의 정도는 음압 레벨을 측정하여 나타내는데 이때 쓰이는 데시벨은 엄밀히는 dBSPL(Sound Pressure Level, SPL) 혹은 dB SPL을 단위로 하는 값으로, 사람이 평균적으로 들을 수 있는 가장 작은 소리의 음압[1] 0.00020 dyn/cm2=20 μPa을 기준으로 정하고 절댓값으로 사용하며, 음압 레벨은 장량(field quantity)에 속하는 물리량이기 때문에(자세한 것은 데시벨 문서 참조) 정의 문단의 두 번째 식을 쓴다. 식으로 나타내면[math(L_{\rm dB_{SPL}}/{\rm dB_{SPL}} = 20\log_{10}\dfrac P{\rm20\,\textμPa})]
예를 들어 어떤 음압([math(L_{\rm dB_{SPL}})])이 40 dBSPL이라는 것은 '최소 음압(20 μPa)의 100배', 즉 [math(P=2000{\rm\,\textμPa}=2{\rm\,mPa})]이라는 뜻이다.다만, 이것은 공기 중에서의 이야기이고 수중에서는 0.00001 dyn/cm2=1 μPa을 기준으로 한다. 고유 음향 임피던스(characteristic acoustic impedance, [math(Z_0)])는 밀도([math(\rho_0)])와 음속([math(c_0)])의 곱이므로, [math(Z_0=\rho_0c_0)]인데 물의 밀도는 [math(\rho_0=1000{\rm\,kg/m^3})]이며 음속은 [math(c_0=1445{\rm\,m/s})]이므로 고유 음향 임피던스 [math(Z_0=1\,445\,000{\rm\,Rayl})]지만 공기의 그것은 20 ℃에서 [math(Z_0=413.3{\rm\,Rayl})]에 불과하기 때문이다. 음압의 세기([math(I)])는 음압([math(p)])과 고유 음향 임피던스([math(Z_0)])의 영향을 받는데 [math(I = \dfrac{p^2}{Z_0})]이기 때문에 [math(Z_0)]가 크면 클 수록 같은 음압이 발생해도 음압의 세기는 약해진다. 그래서 수증 음압은 공기 중일 때 기준 음압인 20 μPa보다 작은 값인 1 μPa를 기준으로 한다.
3. 음압 데시벨(dBSPL)의 정도
| 음압 데시벨/dBSPL | 예 |
| 0 | 겨우 들을 수 있는 소리 |
| 10 | 일반적인 숨소리 |
| 20 |
속삭이는 소리 나뭇잎이 부딪히는 소리 |
| 30 |
조용한 농촌 심야의 교외 지역의 소음도 벽시계 소리 조용한 도서관에서 나는 소음 |
| 30~60 | 일반적인 컴퓨터 본체 소음[2] |
| 40 |
조용한 주택의 거실 냉장고 소리 |
| 40~60 | 사람의 일반적인 대화 소리 |
| 50 |
조용한 사무실의 소음 일반적인 빗소리 백화점 내 소음 |
| 50~60 | 세탁기를 돌리는 소리 |
| 50~70 | 에어컨 실외기 소음 |
| 60 | 1 m 거리에서 말하는 소리 |
| 60~70 |
세탁기가 탈수하는 소리 전화벨 소리 |
| 73 | 웰로드 권총의 발사 소음 |
여기서부터는 소음성 난청 증상을 줄 수 있는 소음으로 분류된다.
| 음압 데시벨/dBSPL | 예 |
| 80~90 |
진공청소기의 소음 자동차 및 소형 이륜자동차의 배기음[3] |
| 85.5 | 드 라일 카빈소총의 발사 소음 |
| 90 | 생일 케이크에 딸려오는 폭죽 소리 |
| 100 |
지하철이 다닐 때의 소음 콘크리트 벽이나 바닥에 망치질을 하는 소리 전기톱의 구동음 |
| 100~120 |
벽에 구멍을 뚫는 전동드릴의 소음 중대형 이륜자동차의 배기음[4] |
| 110 |
자동차의
경적 소리 개가 짖는 소음 |
| 111 | K7 소음기관단총의 사격 소음 |
| 120 |
귀에 통증을 느끼기 시작 클럽에서 듣는 시끄러운 음악소리 소음기를 착용한 권총의 발사음 비행기의 이륙소음 |
| 120~130 | 소음기[5]를 장착한 M16A1, K1 기관단총, K2 소총의 사격 소음 |
| 130 |
근접한 곳의 여객기 제트엔진 소음 일반적인 열차의 기적소리 |
| 140 | 야구장이나 축구장에서 쓰는 대형 불꽃놀이의 소음 |
| 145~155 |
소음기를 미 장착한
M16A1,
K1 기관단총,
K2 소총의 사격 소음, 디젤기관차의 기적소리 |
| 150 |
대형선박의 뱃고동소리 선거유세 소음 제한치. |
| 160 | 일반적인 권총의 사격음[6] |
| 180[7] | 155 mm 견인곡사포의 발사소음. 귀마개 없이 지근거리에서 이 소음에 노출되면 고막이 터져서 한 방에 청각장애를 얻을 수 있다. |
| 190 | M3 MAAWS의 발사소음. 무반동포는 에너지가 충격파의 형태로 후방을 향해 방출되므로 뒤에 사람이 있으면 심각한 부상을 입을 정도의 압력이다. |
4. 기타
vsauce3 유튜브 채널에선 1100 dBSPL의 에너지량을 구했다.위 영상에 따르면 1100 dBSPL의 소리에 0.1초 동안 노출되었다고 했을 때 그 일률은 1098 W = 1098 J/s로[8] 우주 전체 질량을 에너지로 환산한 값인 4×1069 J을 한참 상회하는 값이기 때문에(약 816 dBSPL), 실제로 발생한다면 질량-에너지 등가원리[9]를 통해 약 1.113×1080 kg의 질량에 해당되는 에너지가 발생하며, 에너지(=질량)의 밀도가 매우 높아 결과적으로 블랙홀이 형성된다. 이 블랙홀의 슈바르츠실트 반지름([math(r_{\rm S})])은 [math(r_{\rm S}=1.747\times10^{37})]광년으로 계산되며 이는 관측가능한 우주의 크기 9.3×1010광년을 한참 뛰어넘는다. 데시벨에 관련된 자료가 왜 없는지에 대해 아주 잘 설명해주는 동영상이라고 볼 수 있다. 데시벨 자체가 로그 스케일인만큼 값이 워낙 커지기 때문이다.
위의 영상에 나오듯이 195 dBSPL 이상은 충격파로 간주하게 된다. 이를테면 아폴로 계획의 새턴 V 로켓 발사 시 소음이 204 dBSPL이었다. 이 정도면 고막이 문제가 아니라 아예 사망까지 갈 수도 있는 수준이다[10]. 물론 로켓 발사 시 이 충격파를 받을 만큼 가까운 곳에 사람이 있을 리는 만무하지만 사람보다는 인접한 기계들에 무리가 갈 수 있으므로 로켓 이륙 패드에 살수장치나 나일론 패드 등 여러 장치를 해두어 전투기 이륙 수준의 소음으로 소리를 줄였다. 한편, 바이코누르 우주기지에서는 영하 40도까지 떨어지는 지리적 특성상 살수장치를 사용하기가 어려웠고[11], 이 때문에 매우 큰 굴을 파 음파를 흩뜨리는(서로 부딪히게해 상쇄시키는) 방식으로 해결했다.
자연에서 발생한 소음 중 가장 큰 소음으로 기록된 것은 크라카타우 화산이 폭발할 때 낸 폭음이다. 추정값은 170~180 dBSPL인데, 웬만한 인위적 소음 저리가라 할 정도로 컸다.
생물체가 내는 소음 중에서는 딱총새우가 내는 소음이 가장 크다. 이 소음은 로켓 발사소음보다도 훨씬 커서 무려 210 dBSPL에 이른다[12].
[1]
이를 심리 음향학에서 청력의 절대 역치(Absolute Threshold of Hearing)라 부른다.
[2]
2004년에 올라온 기사에 의하면 무소음 컴퓨터들의 경우 30 dBSPL 이하를 기준으로 잡고 있으며 컴퓨터 내부에 들어가는 부품(케이스에 장착된 시스템 팬, CPU 쿨러, 그래픽카드 등)의 여러 상황에 따라 다를 수 있긴 하지만 보통 30~60 dBSPL 정도가 대부분이고 소음이 매우 심한 컴퓨터의 경우 70~90 dBSPL 혹은 그 이상의 소음까지 발생한다.
[3]
한국에서는 95데시벨까지 허용이다.
[4]
한국에서는 110데시벨까지 허용이다.
[5]
전남대학교 기계공학과 음향연구실이 신병교육대 등에서 사격할 때의 민원을 위해 개발 및 설계한
소음기이다.
[6]
왜 권총이 소총보다 소리가 크냐면 권총은 총열이 짧아서 연소되지 못한 화약이 밖에서 터지고 이 에너지가 소리로 발산되기 때문이다. 소총은 충분히 긴 총열에서 에너지가 탄두의 운동에너지로 권총보다 많이 전환되기 때문.
[7]
이 이상부턴 말이 소음이지 사실상
충격파다.
[8]
즉 실제 에너지는 1097 J이 된다.
[9]
특수상대성이론에서 도출되는 원리로 [math(E=mc^2)]에서 알 수 있듯이 질량([math(m)])과 에너지([math(E)])는 광속([math(c)])을 매개로 서로 변환될 수 있으며 그 본질이 같다는 원리이다. 원자력 발전, 핵무기가 대표적인 예시로 이들은 핵분열 중 질량이 에너지로 바뀌는 현상을 이용한 것이다.
[10]
204 dBSPL은 약 3.13기압으로 환산된다.
[11]
물을 뿌려봤자 순식간에 얼기 때문이다. 한치의 오차도 없어야 할 로켓 발사에 매우 위험한 요소가 될 수도 있다. 지금도 저기서는 눈이 펑펑 내리는 날씨에도 아랑곳하지 않고 쏴댄다.
[12]
210 dBSPL은 약 6.24기압으로 환산된다.