심리 음향학 언어치료청각재활학과 탁평곤

소리(음)의 성질 소리: 탄성체(elastic medium) 안에서 공기 입자가 압축상 ( compression phase)와 희박상(rarefaction phase)을 교대로 가지고 움직이는 것이다. 물리적인 특성 & 심리음향학적인 특성 물리적인 특성: 소리의 물리적인 속성에 의해 정량화되어 측정할 수 있는 특성으로 강도(Amplitude), 주파수(Frequency), 시간 (Time) 등이 있다. 심리음향적인 특성: 인간의 귀가 어떻게 음을 감지하는가에 따라 심리음향학적인 소리의 특 성이 달라지는데 특성으로는 음의 크기(Loudness), 음의 높이(Pitch), 음의 지속시간(Duration) 등이 있다. . 인간의 청각기관은 특정한 음에 대해서 보다 민감하므로 물리적인 소리와 감각적인 소리에는 차이가 있음

(acoustic/production) 심리음향학(psychoacoustic/perception) 소리의 특성 물리음향학 (acoustic/production) 심리음향학(psychoacoustic/perception) 주파수(frequency)-Hz 진폭(amplitude)-dB 시간(time or phase) 복합성(complexity) 고저(pitch) 강약(loudness) 장단(duration or rate) 음색/음질(timbre or quality)

음향적인 단위 소리의 특성을 표시하는 음향적인 단위 주파수 (frequency, Hz) 진 폭 (amplitude, dB) 시 간 (time or phase) 복합음(complex sound)

주파수 소리는 눈에 보이지는 않고 정현파(sine wave)로 표시된다. 1) 1cycle=압축상(1)+희박상(1)-> 2) 주파수=단위시간 1초 동안 발생하는 cycle의 수 3) CPS(cycle per second) 4) 단위: Hz

주파수 -정상인간의 청각 주파수 범위: 20~20,000 Hz. -어음영역: 125~8000 Hz. <소리 굽쇠는 일정한 주파수의 음을 낸다> -1초간에 1000회(Hz) 진동하는 소리 굽쇠를 만들 수 있음 -기본 주파수가 1000 Hz. -기본 주파수: 진동체에 따라 발생하는 최소 주파수로서 가장 중요한 주파 수. <옥타브> -어떠한 주파수의 배음 -1000 Hz의 1 옥타브 위의 음: 2000 Hz의 음. -옥타브의 예는 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000과 같은 수.

주파수

주파수

<음파: 전후 운동에 의해 압축상과 희박상으로 구성> -압축상:그 입자가 힘을 받아서 옆에 있는 입자에게 힘을 전달하기 위해 가까이 접근되어 입자간의 거리가 서로 가까워진 상태 공기입자가 서로 가까이 있어 공기의 압력이 상승하는 영역 -희박상:탄성의 힘으로 제자리로 돌아와 입자간의 거리가 서로 멀어진 상 태. 공기의 입자가 서로 떨어져 있어 공기의 압력이 감소하는 영역.

각 주파수영역에 대한 음성에너지/어음명료도(Fletcher, 1929) Frequency range (Hz) Speech power (%) Speech intelligibility (%) 62.5-125 125-250 250-500 500-1000 1000-2000 2000-4000 4000-8000 5 13 42 35 3 1 12

B. 소리의 진폭 주파수는 서로 같지만 소리의 진폭이 달라서 소리의 힘도 서로 다른 것을 의미 -의미:소리의 강도 또는 힘(intensity, power or energy) -소리의 힘은 구면적 단위의 소리에너지로 표현 ->표현단위:watt/cm2 -소리는 평면적 단위의 압력으로 표시 ->표현단위:N/m2 주파수는 서로 같지만 소리의 진폭이 달라서 소리의 힘도 서로 다른 것을 의미

소리의 요소 <음은 입자의 운동이므로 움직이는 매체가 필요> -매체(일반적으로 공기): 음의 운동속도/음질에 영향을 미침. <예>헬륨을 통하여 소리를 들으면 음성:공중보다 빨리 퍼지고, 쇠 소리처럼 들림. <여러 가지 매체를 통한 음의 속도>   공기 = 1,100ft/sec (334m/초)   물 = 4,794ft/sec (147m/초)   강철 = 15,400ft/sec (4682m/초)   알루미늄 = 16,740ft/sec (5089m/초) 진공 상태:진동하는 입자가 없으므로 음은 진공에서는 전달되지 않음 우주공간에는 음이 전달되지 않음

소리의 힘/강도와 압력의 단위 Amplitude 절대단위 상대단위 Watt/cm2 dyne/cm2, Pa, Bar, N/m2 힘/강도(Power/Intensity) 압력(Pressure) Watt/cm2 dyne/cm2, Pa, Bar, N/m2 dB IL, SPL, HL, SL, A, B, C,D,E

(1) dB IL(intensity level) -소리의 크기를 나타내는 절대적인 단위 -단위 면적당 가해지는 힘을 기준으로 소리의 진폭을 표시 <기준 힘(I0)> 0dB IL=10-16watt/cm2=10-12watt/m2 <측정된 소리의 힘> dB IL= 10 log (I1/I0) 10:기준소리의 힘, I1:측정한 소리의 힘

(2) dB SPL( sound pressure level ) -단위면적당 가해지는 압력을 기준으로 소리의 진폭을 표시하며 <기준압력(P0)> 0dB SPL=0.0002 dyne/cm2= 20uPa <측정된 소리의 압력> dB SPL= 20 log (P1/P0) P0:기준소리의 압력, P1:측정한 소리의 압력

데시벨(Decibel, dB) -객관적인 소리의 크기를 나타내는 단위: log로 표시. -이유:물리학적으로 천문학적 숫자가 변화할 때 소리의 양은 소량 변하 기 때문에 그 차이를 극복하기 위해 log를 도입. <예를 들어> -물리적으로 힘이 1000 배정도 변할 때 소리는 약 4 배 정도 변함. -1000은 103으로 표시할 수 있음으로, 지수가 10인 log를 사용: 그 물리학적 변화 정도를 소리의 변화 정도와 비슷하게 척도로 할 수 있기 때문에 음향학에서는 지수가 10인 log를 채택. 0 dB SPL = 10-16 Watt/㎤ = 10-12 Watt/m3 = 0.0002dyne/㎤ = 20μ Pa

데시벨(Decibel, dB) <데시벨의 성질> ① 비율로 표시 ② log로 표시 ③ 비선형적(nonlinear) ④ 반드시 Reference Level이 선정, 이 Reference Level은 가변적임, ⑤ 상대적 측정지수. <계산 법칙> Power: 힘: 2배나 1/2배->3 dB 변화, 10배나 1/10배->10 dB 변화. Pressure: 압력: 2배나 1/2배->6 dB 변화, 10배나 1/10배-> 20 dB 변 화.

힘과 압력의 절대단위와 상대단위비교 절대단위 상대단위 힘(watt/cm2) 10-16 압력 (dyne/cm2) 0.0002 힘(dB IL/SPL) 압력(dB SPL) 2배 4배 10배 100배 1000배 √2배 √ 10배 3dB 증가 6dB 증가 10dB 증가 20dB 증가 30dB 증가 40dB 증가

(3) dB HL(Hearing level) 1) 의미:인간이 들을 수 있는 청력의 크기를 표시한 단위 청력손실이 없는 건강한 성인이 겨우 들을 수 있는 최소 가청역치(Hearing Level, HTL) 2) 표시단위:0dB HL <dB HL과 dB SPL> Hz dB HL dBSPL 250 500 1000 2000 4000 8000 26 12 7 9 10 13 Speech 20

SPL과 HL 비교

대화음의 종류와 강도 대화음의 종류 강 도 속삭임 평균성인의 어음 외치는 소리 고통을 줄 수 있는 소리 강 도 속삭임 평균성인의 어음 외치는 소리 고통을 줄 수 있는 소리 45dB SPL(25dB HL) 65+/-12 dB SPL 85dB SPL(65dB HL) 140dB SPL(120dB HL) 모음의 에너지 > 자음의 에너지 남성의 목소리 > 여성의 목소리

(4)dB SL(sensation level) 의미: 개인의 역치를 기준으로 감각수준을 표기하는 것 -주어진 개인의 역치상 소리를 데시벨로 표기 개인의 청력역치는 0dB SL ->dB SL을 표기하기 위해서는 청력역치를 반드시 알아야 함 <예> 1000Hz 에서 청력의 역치가 5, 20, 50dB HL인 사람의 40dB SL은 45, 60, 90dB HL

데시벨(Decibel, dB) SPL (Sound Pressure Level), HL (Hearing Level), SL (Sensation Level)의 호환관계 ① SPL를 HL로 변환시키기 위해서는 SPL-20 ② HL를 SPL로 변환시키기 위해서는 HL+20 ③ SL를 HL로 변환시키기 위해서는 SL-역치

Weighting Network : <Sound Level Meter (SLM)> -소음의 정도나, 소리의 강도 등을 측정할 때, 저 주파수 부 분에서 둔감한 귀의 생리를 닮은 형태로 -반응하도록 소리를 여과하는 장치를 하여 dBA, dBB, dBC로 구분. -dBA Scale는 40 phon curve를 역 -dBB scale은 70 phon curve를 역 -dBC scale의 거의 직선형태로 조작되어, -dBA에서는 저주파수에서 좀더 많은 에너지를 허용.

dBA, dBB, dBC 그래프 장소에 따른 소음기준 <소음 등을 SLM으로 측정할 때> -아주 큰소리(85dB SPL이상) dB C로, -중간 정도 (55-85 dBSPL)의 소음 dB B로, -조금 작은 (55 dBSPL 이하) 소음은 dB A로 측정. 장소에 따른 소음기준 장소 소음의정도 방음실 중환자실 조용한방 공장 30dBA 60-65dBA 40-45dBA 85dB A이상

C. 시간 또는 위상(Time or phase) 소리의 특성 중에서 소리의 길이 즉 시간을 생각해 볼 수 있음. 시간의 정의:완전한 한 개의 Cycle을 발생시키는데 걸리는 시간 T=1/f -두음절의 길이가 2ms 이하 ->단 음절로지각 -17ms 이상-두 개의 음을 지각 -성인의 대화음 140단어->느리다 180단어->빠르다 소리 길이 한음절 모 음 자 음 단음절 음의 고저 분간 0.2s 0.15s 0.05s 3ms 10ms이상

D. 복합음 소리의 구분 규칙음 불규칙음 순음(Pure tone) 복합음 (complex tone) 순음, FM 유성음 무성음, 소음

심리음향학적 단위 A. 음의 높이(Pitch)-Mel B. 음의 크기(Loudness)-Sone 인간이 느끼는 소리기준으로 소리의 높고 낮음 또는 가늘고 굵음을 표현하는 방식 B. 음의 크기(Loudness)-Sone 인간이 느끼는 소리의 강약을 측정하는 기준: 소리의 진폭과 강약의 관계는 주파수의 고저와 달리 심리적인 변화가 물리적인 변화보다 느림 Pitch Loudness 배수 Mel Frequency Sone Intensity 기준값 2배고음 2배저음 1000 2000 500 1000Hz(40dB HL) 1800Hz(40dB HL) 850Hz(40dB HL) 2배강함 2배약함 1 2 0.5 40dB HL (1000Hz) 50dB HL (1000Hz) 30dB HL (1000Hz)

C. Equal Loudness Contour= Phon Curve Fletcher-Munson curve(동일강도곡선) -1 -1000 Hz을 기준으로 각 주파수마다 sound field에서 양측 귀로 동일하게 들리는 소리의 강도를 연결한 곡선. -그래프에 의하면 같은 sound pressure를 각 주파수마다 들려주었을 때 인간이 인지하는 소리의 강도는 각 주파수마다 다르게 반응. -보통 정상청력을 가진 인간은 2-5 KHz에서 가장 민감하게 소리에 반응. -고주파나 저주파로 갈수록 소리에 대한 반응이 더 둔감. -동일한 강도로 듣기 위해서는 보통 저 주파 음이 고 주파 음보다 더 많은 에너지 즉 더 강한 sound pressure level이 필요. -각각 다른 주파수에서 서로 각각 다른 강도의 소리에너지가 같은 강도로 들릴 수 있음

Equal Loudness Contour= Phon Curve Fletcher-Munson curve(동일강도곡선)-2 <예를 들어> -1000 KHz의 10 dB SPL -100 Hz의 30 dB SPL -10000 KHz의 22 dB SPL -그러나 이러한 현상은 소리의 강도가 커질수록 소멸되는 현상을 보인다.

D. 음의 길이(Duration) 말의 길고 짧음을 의미: 과일의 밤-장/ 밤낮의 밤->대화음 이해하는 데 중요 음색(timber):여러 개의 소리가 복합된 음의 독특한 음색 과 음질을 갖게 됨 화자 성대의 기본주파수와 어음 구성 주파수가 다름

Range of Hearing

감사 합니다. imswan@daum.net