Sound Intensity란? 수식 및 적용 방법(소음, 사운드, 음압, 세기, 오일러 방정식)

 

목차

 

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Sound Intensity란? 수식 및 적용 방법

 

소리의 강도는 특정 면적을 통과하는 소리의 에너지를 설명하는 물리적 개념입니다.

 

 

• 소리의 강도는 시험 면적을 통과하는 소리의 파워를 나타냅니다. 단위는 W/m² (와트 퍼 제곱미터)입니다.
• 소리의 강도는 소리의 속도 𝑣와 소리의 압력 𝑝의 곱으로 표현됩니다. 공식:  𝐼 = 𝑝 × 𝑣. 여기서 𝐼는 소리의 강도, 𝑝는 소리의 압력, 𝑣는 소리의 속도입니다.
• 소리의 강도와 소리의 속도는 방향성을 갖는 크기입니다. 이는 소리의 강도와 소리의 속도가 특정한 방향으로 작용하는 벡터 크기임을 의미합니다.

 

 

 

 

 

 

Sound Intensity 측정

 

 

 

 

Sound Intensity는 두 마이크로폰 배치를 위와 같이 배치해서 측정합니다. 두 개의 마이크로폰을 서로 가까운 거리(예: 수 밀리미터 또는 센티미터)로 배치합니다.

 

측정 과정은 아래의 단계를 통해 이뤄 집니다.

 

• 압력 측정: 두 마이크로폰에서 소리 압력 𝑝1과 𝑝2를 측정합니다.
• 압력 구배 및 소리 속도 계산: 두 지점 사이의 압력 차이를 이용하여 압력 구배를 계산합니다.오일러 방정식은 소리의 속도 𝑣를 구하는 데 사용됩니다. 여기서 𝜌는 매질의 밀도입니다.

 

• 소리 강도 계산: 최종적으로 소리 압력과 소리 속도를 곱하여 소리 강도 𝐼를 구합니다.

 

 

오일러 방정식 (Euler Equation)

오일러 방정식은 비압축성 유체나 압축성 유체의 운동을 설명하는 방정식입니다. 소리의 전파를 설명할 때 주로 사용되는 형태는 다음과 같습니다.

𝑎 = −(1/𝜌)∇𝑝

𝑎는 유체 요소의 가속도입니다.
𝜌는 매질(유체)의 밀도입니다.
∇𝑝는 압력 구배, 즉 압력의 공간적인 변화율입니다.

 

 

 

 

 

소리의 방향성 패턴(Polar Pattern)을 나타내는 다이어그램입니다. 다이어그램은 일반적으로 마이크로폰의 방향성 특성을 시각화하는 데 사용됩니다.

 

 

 

 

 

 

위 그림은 두 마이크로폰 간의 거리 (Δ𝑟)가 측정 가능한 주파수 범위에 어떻게 영향을 미치는지를 설명하고 있습니다. 이를 통해 정확한 측정을 위해 필요한 조건들을 명시하고 있습니다.

 

두 마이크로폰 간의 거리는 측정 가능한 주파수 범위를 결정합니다. 특히, 정확한 측정을 위해 주파수의 파장이 두 마이크로폰 간의 거리보다 충분히 길어야 합니다.

 

측정 정확도가 ±1 dB 이내로 유지되기 위해서는 측정하려는 주파수의 파장이 마이크로폰 간 거리의 최소 6배 이상이어야 합니다.

 

λ ≥ 6Δr

 

 

 

 

 

Sound Intensity 측정: 저주파에서의 한계

 

 

 

Low Frequency 에서의 문제점

 

• 작은 신호 차이

낮은 주파수에서는 두 마이크로폰이 감지하는 신호가 거의 동일합니다. 즉, 두 마이크로폰 사이의 거리(Δr)가 소리의 파장에 비해 매우 작기 때문에, 두 마이크로폰이 감지하는 소리 신호 간의 차이가 매우 작습니다.

 

 

• 노이즈와 위상 오류에 민감

신호 차이가 작기 때문에, 측정 시스템의 고유 노이즈(잡음)나 위상 오류(신호의 시간 차이로 인한 오차)에 더 민감하게 반응합니다. 이는 측정 신호가 약간의 잡음이나 위상 차이로 인해 크게 왜곡될 수 있다는 것을 의미합니다.

 

 

 

 

 

 

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