A·C 청감보정 특성

왜 배우는가: A 특성과 C 특성은 소음계가 사람의 청감에 맞춰 음압을 보정하는 대표적인 방법이다. 두 값의 차이로 소음의 주파수 성분이 저주파 쪽인지 고주파 쪽인지 판단할 수 있어 소음 평가에서 자주 쓰인다. 청감보정의 원리와 두 값의 대소 관계를 해석하는 문제는 기술사 시험에서 반복되는 유형이다.

출제 이력: 제92회 1교시 9번, 제89회 1교시 2번, 제77회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에는 다음 정의를 쓴다.

A·C 청감보정 특성은 소음계가 주파수마다 다른 감도를 사람의 청감에 맞춰 보정하는 가중 특성이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 청감보정: 음압레벨에 주파수 대역별 보정치를 더하여 사람이 느끼는 크기에 맞추는 처리이다.
• A 특성: 낮은 음압의 청감 특성에 맞춘 보정 특성으로, 저주파 성분을 크게 줄인다.
• C 특성: 높은 음압의 청감 특성에 맞춘 보정 특성으로, 전 주파수 대역에서 거의 평탄하다.
• 등청감곡선: 같은 크기로 들리는 음압레벨을 주파수별로 이은 곡선이며, A 특성의 근거가 된다.
• dB(A)·dB(C): 각 보정 특성을 적용하여 얻은 음압레벨 값이다.
• Z 특성: 보정 없이 전 주파수를 같은 비중으로 읽는 특성이다.

2. 개념 풀이

청감보정은 측정한 음압레벨에 주파수 대역마다 정해진 보정치를 더하여, 사람이 느끼는 소리 크기에 가깝게 맞추는 처리이다. 정식으로는 주파수 가중(frequency weighting)이라고 하며, 소음계에서는 보정을 거친 값을 dB(A)·dB(C)로 표기한다. 보정을 하지 않고 전 주파수를 같은 비중으로 읽은 값은 Z 특성의 레벨이다.

A 특성은 사람의 귀가 낮은 음압에서 저주파와 고주파에 둔감하다는 사실을 반영한 보정 특성이다. 국제 규격 IEC 61672-1:2013은 모든 소음계에 A 특성 필터를 포함하도록 규정한다. A 특성은 등청감곡선(ISO 226)을 근사한 곡선으로 정의된다. 그래서 500Hz 이하의 저주파 대역을 크게 깎고, 1~4kHz 중음역은 거의 그대로 두거나 약간 높인다.

청감보정이 음압 레벨에 따라 달라지는 원리는 다음과 같다. 40dB 정도의 낮은 음압에서는 100Hz 같은 저주파를 1kHz와 같은 크기로 느끼려면 훨씬 더 큰 음압이 필요하다. 90dB 정도의 높은 음압에서는 두 음을 거의 같은 크기로 인식하므로, 높은 레벨용 특성인 C 특성이 평탄한 모양을 갖는다.

C 특성은 음압 레벨이 약 100dB 부근으로 높을 때의 청감에 맞춘 보정 특성이다. C 특성은 32~10,000Hz 구간에서 보정치가 거의 평탄하다. 그래서 C 특성 값은 저주파 성분까지 포함한 소음의 전체 크기를 나타낸다. 음압이 높으면 귀의 주파수 감도 차이가 줄어들기 때문에, 평탄한 특성으로 높은 레벨의 소음을 표현한다.

A 특성과 C 특성의 대표 주파수별 보정치는 다음과 같다. 표의 값은 정수로 반올림한 것이다.

31.5Hz에서 A 특성 보정치는 -39dB, C 특성 보정치는 -3dB이다. 두 특성 모두 1kHz에서 보정치 0dB이다. 표에서 보듯 저주파 구간의 감쇠는 A 특성이 C 특성보다 훨씬 크다.

두 값의 차이로 소음의 주파수 성분이 어디에 치우쳤는지 판단한다. dB(C)에서 dB(A)를 뺀 차이가 클수록 저주파 성분이 많은 소음이다. dB(A)와 dB(C)가 거의 같으면 저주파 감쇠가 작아 중고주파 성분이 주가 되는 소음으로 해석한다.

3. 등장 배경과 필요성

음압 레벨을 주파수 구분 없이 하나의 값으로만 읽으면 사람이 느끼는 소음 크기와 맞지 않는다. 같은 음압 레벨이라도 100Hz 같은 저주파는 1kHz보다 작게 들리므로, 측정값을 청각 반응에 맞추는 보정이 필요해졌다. 청감보정 특성은 이 차이를 측정기 안에서 자동으로 반영하기 위해 도입되었다.

소음 측정값이 환경기준과 민원 판정의 근거로 쓰이면서, 측정값을 사람의 청각과 일치시키는 것이 중요해졌다. 그래서 소음계는 보정 회로를 내장하고, 규격은 어떤 보정 특성을 기본으로 둘지 정하였다. 측정 결과에는 보정 특성을 함께 표기하는 것이 원칙이다.

소음계 규격은 시대에 따라 바뀌었다. 현행 소음계 규격은 IEC 61672 Ed. 2.0(2013)이다. 이전 규격으로 IEC 60651(2001)과 IEC 60804(2000)가 있으며, 구 규격의 B 특성과 D 특성은 현재 표준에서 제외되어 쓰이지 않는다.

소음 측정은 청감보정 외에도 Fast와 Slow 같은 시간 특성, Leq 같은 평가량을 함께 쓴다. 따라서 dB 값만 주면 주파수 구성과 시간 특성을 알 수 없으므로, 보정 특성을 함께 표기해야 측정 결과의 의미가 전달된다. 등가소음레벨 값에 dB(A)를 붙여 적으면 저주파 감쇠가 반영된 값임을 알 수 있다. 특성 표기가 없는 소음 값은 비교할 수 없다는 점이 등장 배경의 핵심이다.

4. 구성요소·원리·절차

청감보정회로는 소음계 내부에서 마이크로폰과 전치증폭기를 거친 신호의 주파수별 이득을 조정하는 필터 회로이다. 청감보정회로는 사람의 귀가 같은 음압이라도 주파수에 따라 다르게 들리는 특성을 흉내 내도록 설계된다. 가중된 신호의 실효값을 구해 dB(A), dB(C), dB(Z)로 표시하며, 측정기의 각 부분은 이 값을 만드는 역할을 나눠 맡는다. 구성요소는 다음 표와 같다.