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1) 음압과 폭풍압의 관계

공기 중에서 음파는 공기의 밀도와 체적 탄성에 따라 압축과 팽창을 반복하면서 전파한다. 이 현상으로 압력이 진동으로 변화한다. 다시 말하면, 소리는 대기압의 압력 변동이며, 이 변화를 음압(音壓)이라고 한다. 기준 음압($p_0$)은 20×10^-6Pa이며, 음압을 데시벨[dB]로 나타낸 것이 음압 레벨(sound pressure level)이다. 음파에 의한 소음을 문제 삼는 경우 다음 식과 같이 음압을 로그(log)로 나타낸 음압 레벨($L_p$[dB])로 평가한다.

$$ L_{p} = 10 \cdot log_{10} \left({p^{2}} \over {p^{2} _{0} } \right)=20 \cdot log_{10} \left({p} \over {p_{0}} \right) $$

여기서 $p$는 대상이 되는 음압 [Pa], $p_0$는 최소 허용 청음 압력으로 1,000Hz에서 20×10^-5Pa의 음압이다.

데시벨[dB]은 단위 면적당 힘(압력)의 단위이다. dB로 통일된 음압 레벨에서 정의되는 단위 phon은 [폰]이라고 부른다. 음압 레벨은 주파수에 따라 변화하고, 1 kHz의 주파수에서 phon과 dB는 거의 같다. 더불어 인간의 소리에 대한 감각은 로그 축적으로, 음압 레벨은 로그로 표시한다.

소음(騷音)은 시끄러워서 신경질이 나거나 불편을 느끼는 소리이다. 물리적으로 높은 음압 레벨을 소음이라고 부른다. 그러나 무엇을 소음이라고 부르는지 아닌지는 개인의 심리 상태나 감각이나 환경에 따라 주관적이다. 따라서 어떤 사람에게는 괜찮은 소리도 다른 사람은 소음으로 느낄 수 있다. 하지만 소음이 수면 장애나 집중력 저하 등 사람에게 악영향과 손해를 끼칠 수 있다. 일반적으로 음압이 기준치를 넘으면 소음이 되는데, 소음 규제법에서 결정되는 기준은 도시와 지역 및 시간대에 따라 다르다. 대체로 70 dB를 상한으로 하는 경우가 많다.

폭발로 발생하는 폭풍파가 충격파를 전파하고 폭원에서 거리가 많이 떨어진 위치(음압이 160~180dB 이하)에서는 음파(폭발음)로 전해진다. 저주파의 소리는 일반적으로 먼 곳까지 전파하기 쉽고, 소음 문제를 일으킬 수 있다. 소음 측정은 다양한 방법이 있지만, 폭발 소리가 단발 소음이면 A 특성(다음 그림의 감도 곡선에서 40 phon 부근의 특성)으로 측정된다. 바꿔 말하면, 소음은 소리 신호($p$)를 그대로 이용하는 것이 아니라 미리 규정한 밴드 패스(band pass) 필터를 통한 신호($p_A$)가 사용된다. 이것은 단발 소음 수준($L_{AB}$)이라고 하며 다음 식으로 정의된다.

$$ L_{AE} = 10 \cdot log_{10} {1 \over T_0} \int_{t_1}^{t_2} {p_A^2 \over p_0^2}dt $$

여기서 $p_A$는 측정하고자 하는 소음의 순간적인 A 특성의 음압(Pa), $p_0$는 기준 음압(Pa), $t_0$는 기준 시간 1s, $t_1$, $t_2$는 소음이 시작하고 종료하는 시간(s)이다. 이때의 소음 수준에서 폭풍압의 크기인 $p_s$(=$f(L_{AE})$)를 추정할 때 매우 유용하다.

2) 음압, 폭풍압과 음압 레벨의 관계

다음 표는 음압과 음압 레벨의 관계이다.

다음 표는 대량의 화약류가 공중이나 지표면에서 폭발했을 때 폭풍압과 건물 피해의 관계이다.

위의 표에서 150~160dB의 음압 레벨에 해당하는 폭풍압은 인체에 미치는 피해가 작지만, 귀가 손상된다고 알려져 있다. 또한, 180dB 이하의 음압 레벨은 충격파가 아니라 음파(音波)라고 생각해도 무방하다. 다음 표는 충격파에서 음파로 전환하는 임계거리와 폭약량의 관계이다. 음압은 소리의 크기를 나타내는 물리량이지만, 사람이 느끼는 소리의 감각으로 정하는 소음 레벨(noise level)이 있다. 소음 레벨은 「각 주파수의 음압 레벨을 주파수별로 정해진 일정한 수치(A 특성)로 바로잡은 값의 합산으로 데시벨(dB)로 나타낸다.」고 정의되었다.

표. 충격파가 음파로 변하는 임계거리와 폭약량의 관계 (다이너마이트의 지표면 폭발)

* 여기서 $ R = 8.5 W^{1/3} $의 관계가 있다.

표. 충격파가 음파로 변하는 임계거리와 폭약량의 관계(TNT의 공중폭발)

* 여기서 $ R = 3.3 W^{1/3} $의 관계가 있다.

참고로 다음 표는 일반적인 소음 레벨이다. 음압 레벨과 소음 레벨은 주파수 1,000Hz 부근에서 거의 일치하지만 그보다 낮거나 높은 주파수에서는 서로 차이가 크다. 그러나 소음 레벨을 대략 추정하려면 피크 음압 레벨에서 14~22dB을 빼면 된다.

표. 소음 레벨의 예