A-가중치란?

A-가중치는 포착된 모든 소리에 적용되어 사람의 귀가 들을 수 있는 수준으로 만드는 일반적인 유형의 주파수 가중치 방법입니다. 방출되는 소리의 주파수는 광범위하며 마이크로 포착되는 소리는 사람이 귀로 들리는 소리와 다릅니다. 인간의 귀는 이론적으로 20~20,000Hz만 들을 수 있으며 250~5,000Hz의 주파수에 매우 민감하지만 저주파와 고주파에는 덜 민감합니다.

따라서 소리의 각 주파수에 특정 가중치를 적용하면 해당 주파수에서 소리가 실제로 얼마나 크게 들리는지를 더 잘 나타낼 수 있습니다. 국제 표준 IEC 61672:2003에는 소리의 음량 범위와 용도에 따라 다양한 유형의 가중치가 정의되어 있지만 가장 일반적으로 사용되는 가중치 접근 방식은 A-weighting입니다. A-weighting 기본적으로 가청 주파수 범위 전체에 대한 주파수 필터로, 음량 수준을 dB(A) 단위로 측정하는 데 사용됩니다.

SPL(Sound Pressure Level)은 전통적으로 데시벨(dB) 단위로 측정됩니다. 이는 음파가 공기에 가하는 압력의 양으로 정의됩니다. 소리 측정 장비는 모든 주파수의 dB(SPL) 값을 기록하고 표시합니다. A-weighting은 각 주파수가 인간의 청각 인지에 미치는 상대적 영향을 반영합니다. 음파가 우리 귀에 들어오는 순간부터 뇌가 음파를 소리로 인식하는 최종 단계에 이르기까지, 청각 시스템은 특정 주파수에 더 많은 비중을 두고, 다른 주파수에는 더 적은 비중을 두는 자연적인 필터 역할을 합니다.

A-weighting의 일반적인 응용 분야

주파수 가중 시스템에는 여러 종류가 있지만, A-weighting은 청력 손상 및 소음으로 인한 건강 영향, 그리고 산업 소음이나 환경 소음과 같은 다양한 유형의 소음 공해를 측정하는 데 사용되는 일반적인 표준으로 자리 잡았습니다.

A-weighting 소음 측정이 널리 적용되는 분야는 다음과 같습니다.

• 에너지 부문의 전기 모터 및 펌프 소음
• 자동차 및 운송 산업 내 자동차의 NVH(Noise, Vibration and Harshness)
• 항공 우주 및 방위 분야의 드론, 항공기 및 헬리콥터 소음
• 생산 라인 소음 수준
• 건설 소음 수준
• 건물 내 내부 소음 수준
• 팬 및 다양한 주방 가전 제품(예: 냉장고)을 포함한 소비재 소음
• 시민과 야생 동물 주변의 환경 소음 공해(예: 공항 및 철도 근처)
• 오디오 장비의 저수준 소음

dB와 dB(A)의 차이점

dB 단위의 비가중치 측정값과 비교했을 때, dB(A) 가중치 측정값은 실제로 들을 수 있는 범위를 더 많이 나타냅니다. 즉, 두 소리의 dB 수준은 같지만 dB(A) 수준은 다를 수 있습니다. 제품 개발이나 시스템 설계 과정에서 고객 만족을 보장하기 위해 A-weighted 값이 사용되는데, 인간이 가장 편안하게 느끼는 수준이기 때문입니다. dB(A) 단위는 다양한 산업 분야의 R&D 부서에서 내부 사양 및 규정을 위해 널리 사용됩니다. 예를 들어, 유럽 연합에서는 모든 차량이 특정 작동 조건 및 마이크 위치(차량 유형에 따라 다름)의 주행 소음 수준을 초과하지 않는다는 것을 보여주는 인증을 받아야 합니다. 이러한 인증 측정값은 dB(A)로 표현되는 경우가 많습니다.

A-Weighting은 거의 한 세기 동안 사용되어 왔으며, 1933년 하비 플레처(Harvey Fletcher)와 와일든 먼슨(Wilden Munson)이 수행한 원근감에 대한 기초 연구가 시초입니다. A-weighting 곡선은 1936년 플레처-먼슨의 등청감 곡선(등음량 곡선이라고도 함)이 미국 국가표준협회(ANSI) 표준으로 발표되면서 완전히 확립되었습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 곡선이 업데이트되어 국제 표준화 기구(ISO) 226 표준으로 발표되었으며, 최신 버전은 2003년에 발표된 ISO 226:2003입니다. IEC 61672:2003은 이제 A-가중치에서 C-가중치(dB(C)) 측정까지 다양한 가중 주파수 측정을 제공하는 소음 측정기에 사용되는 모든 곡선을 정의합니다.

플레처-먼슨 등청감 곡선은 인간의 귀가 다양한 주파수에서 소리를 인식하는 방식을 매핑합니다. 기준 주파수인 1000Hz에서 다양한 수준의 순음과 청각 민감도를 일치시킵니다. A-weighting은 40폰에 해당하는 역등청감 곡선을 기반으로 하며, 이는 40dB(SPL)에서 1000Hz 순음의 인지 음량을 의미합니다. 이는 비교적 조용한 소리에 해당합니다. 예를 들어, 1000Hz에서 40dB(SPL)로 재생되는 순음은 250Hz 또는 8000Hz에서 50dB(SPL)로 재생되는 순음과 동일한 음량으로 들립니다. 음량이 40폰으로 동일하고, 이 음량이 A-weighting의 기본 곡선이므로 dB(A) 수준도 동일하기 때문입니다.

A-weighting은 10kHz 이상에서 급격하게 감소하면 역 40폰 등청감 곡선에 더 가깝게 맞출 수 있지만, 급격하게 감소하는 필터를 제작하는 일은 오랫동안 기술적 난제였습니다. 현재는 ITU-R 468 곡선과 같이 1~9kHz 주파수를 강조할 수 있는 필터가 있지만, 대부분의 소음 측정기에는 이러한 필터가 거의 통합되어 있지 않으며, 표준 A-weighting 방식은 수년 동안 변화가 없습니다.

A-weighting은 가장 많이 사용되는 주파수 가중치 방법이 되었으며 오늘날 많은 소리 측정기에서 사용됩니다. A-weighting 외에 B-weighting도 많이 사용되지만 C-weighting, D-weighting, G-weighting 및 Z-weighting 같은 다른 가중치는 많이 사용되지 않습니다. 어떤 가중치를 사용할지는 용도와 소리의 크기에 따라 결정됩니다. 값이 너무 낮거나 너무 높으면 사람의 귀 감도에 더 잘 맞는 다른 가중치가 적용됩니다. 

다음은 각 주파수 가중치 방법이 사용되는 방법에 대한 일반적인 개요입니다.

• A-weighting: 일상적인 중간 소음에 사용됩니다.
• B-weighting: 70폰의 등청감 곡선과 일치하며, 중간 정도의 큰 소리에 해당합니다. 차량의 내부 소음, 직장 소음 또는 공공 소음을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
• C-weighting: 100폰의 등청감 곡선과 일치하며, 매우 큰 소리에 해당합니다. C-weighting은 형태가 더 평탄하기 때문에 주로 광대역 소음을 측정하는 소음 측정기에서 볼 수 있지만, 건설 장비에서 발생하는 매우 큰 소음을 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다.
• D-weighting: 항공기 소음 측정과 같은 특정 응용 분야에 사용됩니다.
• G-weighting: 잠수함, 통신, Wi-Fi 등 인간의 귀로는 들을 수 없는 초저주파 범위의 측정에 사용됩니다.
• Z-weighting: 필터가 없는 평탄한 주파수 응답이기 때문에 가중치 0이라고 합니다.

진동 음향 시뮬레이션을 사용하여 음원 수준과 시스템 수준에서 음원의 소음을 시뮬레이션하여 해당 소음이 인간의 쾌적성에 어떤 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다. 대부분의 시뮬레이션은 dB(SPL) 단위로 실행된 후 필터링을 거쳐 dB(A) 값으로 변환됩니다. 시뮬레이션을 사용하여 생성할 수 있는 소리의 몇 가지 예는 다음과 같습니다.

• 기어박스의 톱니처럼 서로 가까이 움직이는 두 부품이나 구성 요소의 움직임은 소리를 발생시킵니다.
• 소리를 생성하는 다른 구성 요소의 움직임
• 물체가 충돌하거나 떨어질 때 발생하는 충격음
• 파이프, 터보, 팬 내부 또는 캐비티 내부를 통과하는 유체의 이동
• 전기 모터의 소리
• 다양한 구성 요소의 진동 및 압력 출력
• 음원에서 귀 또는 다른 수신기 지점으로 전파되는 음압

Ansys Mechanical, Ansys Motion, Ansys Fluent 및 Ansys LS-DYNA 소프트웨어와 같은 Ansys 툴을 사용하여 이러한 모든 음원을 시뮬레이션한 다음 Ansys Sound 애플리케이션에서 해석하여 다양한 산업에 A-weighting을 적용하는 방법을 살펴볼 수 있습니다. 시뮬레이션을 활용하면 규제를 준수하고 사용자나 주변 사람들에게 불편함을 주지 않는 소음 수준으로 제품을 개발하는 데 도움이 됩니다.

시뮬레이션 방법을 사용하여 고객에게 유해한 소음 없이 다양한 부품과 제품을 설계하는 방법에 대해 더 자세히 알아보려면 지금 바로 당사 기술팀에 문의하십시오.

관련 리소스