등가소음레벨·시간율소음레벨

왜 배우는가: 등가소음도와 시간율소음도는 환경소음과 직업소음을 평가하는 기본 지표이므로, 측정 결과를 해석하고 답안을 쓸 때 가장 먼저 구분해야 하는 두 지표이다. 두 지표는 기출에서도 반복해 다뤄진 개념이므로 정의와 적용 방법을 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제122회 1교시 2번, 제116회 2교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

등가소음도(Leq)는 변동하는 소음과 에너지가 같은 정상 소음의 A가중 음압레벨이다. 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 등가소음도(Leq): 일정한 시간 동안 소음의 에너지를 평균하여 하나의 레벨로 나타낸 값이다.
• 시간율소음도(Ln): 측정시간의 n%를 초과하는 소음레벨이며 L10, L50, L90으로 표기한다.
• 에너지 평균: 음압 제곱을 시간에 대해 평균한 뒤 로그로 환산하는 계산 방식이다.
• A가중 음압레벨: 사람의 청감 특성을 반영한 dB(A) 값이다.
• 배경소음: 측정시간의 90%를 초과하는 낮은 레벨이며 L90으로 나타낸다.
• 누적 노출량: 일정 기간 동안 받은 소음 에너지의 총량이다.
• 측정시간(T): 평균을 취하는 기간이며 초 단위로 쓴다.

2. 개념 풀이

등가소음도(Leq)는 일정한 측정시간 동안 변동하는 소음의 음압 제곱을 시간에 대해 적분하고 평균한 뒤 로그로 환산한 에너지 평균 레벨이다. 소음이 시간에 따라 크게 변해도 같은 시간 동안 총 음향에너지가 같은 정상 소음의 레벨로 환산하므로, 등가 연속 소음 레벨이라고도 부른다. 환경소음과 생활소음 평가에서는 사람의 청감에 맞춘 A특성을 적용하여 dB(A)로 표기한다. 식으로 쓰면 다음과 같다. $L_{eq} = 10 log_{10}[ (1/T) ∫_0^T (p^2(t)/p_0^2) dt ]$ 여기서 L_{eq}는 등가소음도(dB), T는 측정시간(s), p(t)는 시각 t의 순간 음압(Pa)이다. p_{0}는 기준 음압으로 20μPa이다. 원리는 로그 레벨을 그대로 산술평균하지 않는 데 있다. dB 값은 로그 척도이므로 레벨끼리 산술평균하면 실제 에너지 평균과 어긋난다. 등가소음도는 음압 제곱을 시간 평균한 뒤에 로그를 취한 값이다. 그래서 짧게 나타난 고레벨 구간의 에너지가 평균에 올바르게 반영된다. 가상의 예로, 같은 1시간 동안 60dB 소음과 90dB 소음이 각각 30분씩 나타나면 산술평균은 75dB이지만 에너지 평균은 약 87dB이다. 이처럼 큰 레벨 하나가 에너지 평균을 크게 끌어올린다. 같은 소음이라도 측정시간 T를 달리하면 등가소음도가 달라진다. 조용한 시간이 대부분이고 짧은 시간에만 큰 소음이 있는 경우, 짧게 측정하면 큰 소음이 전체 값을 좌우하고 길게 측정하면 값이 낮아진다. 따라서 등가소음도는 측정시간을 반드시 명시하고, 직업소음처럼 기준 시간을 정해 두고 비교한다. 시간율소음도(Ln)는 측정시간의 n%를 초과하는 소음레벨이다. 이 값은 에너지를 평균한 값이 아니라 소음레벨의 누적 분포에서 얻는 백분위수이다. L10은 10%의 시간 동안 초과되는 레벨로 간헐적으로 나타나는 상한 소음을 나타내고, L50은 중앙값으로 전형적인 소음 수준을 나타낸다. L90은 측정시간의 90%를 초과하는 레벨이며 배경소음을 대표한다. Ln도 측정시간을 함께 적어 L10,5min처럼 표기한다. 두 지표는 대체 관계가 아니라 보완 관계이다. 등가소음도가 소음 에너지의 총량을 나타낸다면, 시간율소음도는 소음이 어떤 레벨로 얼마나 자주 나타나는지를 보여 준다. 같은 Leq라도 L10과 L90의 차이가 큰 교통소음과 차이가 작은 기계소음은 전혀 다른 소음 특성을 보인다.