소리

물리학에서 소리는 가스, 액체 또는 고체 같은 전달 매체를 통해 음향파로 전파되는 진동이다.

인간의 생리학과 심리학에서 소리는 그러한 파동을 뇌에 의해 받아들여지는 것이고 그들의 지각이다.^[1]오디오 주파수 범위인 약 20Hz에서 20kHz 사이의 주파수를 갖는 음향파만이 인간의 청각적 지각력을 이끌어낸다.대기압에서 이것들은 17m(56ft)에서 1.7cm(0.67in)의 파장을 가진 음파를 나타낸다.20kHz 이상의 음파는 초음파로 알려져 있으며 인간에게는 들리지 않는다.20Hz 이하의 음파는 인트라하운드라고 알려져 있다.동물 종마다 청력 범위가 다르다.

음향학

음향학은 진동, 소리, 초음파, 초소음파, 초소음파 등 기체, 액체, 고형물의 기계적 파동 연구를 다루는 학제간 과학이다.음향학 분야에서 일하는 과학자는 음향학자인 반면 음향공학 분야에서 일하는 사람은 음향공학자라고 불릴 수 있다.^[2]반면에 오디오 엔지니어는 소리의 녹음, 조작, 혼합, 재생에 관심을 갖는다.

음향학의 응용은 현대 사회의 거의 모든 측면에서 발견되며, 하위 학문은 에어로아쿠스틱, 오디오 신호 처리, 건축 음향, 생물 음향학, 전기 음향학, 환경 소음, 음악 소음, 소음 제어, 정신 음향학, 음성, 초음파, 수중 음향학, 진동을 포함한다.^[3]

정의

소리의 압력에(를)Oscillation, 스트레스, 입자 변위, 입자 속도 등 내부적인 힘(예:또는 점성 탄성)를, 또는 그런propagated의 진동은 중첩 상태에 전파하는 방법으로. 정의된다(b)청각 센세이션이 진동(를)에서 설명한 유발."[4]소리가 공기나 고르에서 큰 운동으로 볼 수 있다.그녀의 탄력 있는 매체이 경우 소리는 자극이다.소리는 또한 소리의 지각으로 귀결되는 청력 메커니즘의 흥분으로 볼 수 있다.이 경우 소리는 센세이션을 일으킨다.

물리학

소리는 종파로서 공기, 물, 고형물과 같은 매체를 통해 전파될 수 있고 고형물의 횡파로도 전파될 수 있다.음파는 스테레오 스피커의 진동 다이어프램과 같은 음원에 의해 생성된다.음원은 주변 매체에 진동을 일으킨다.소스가 매체를 계속 진동시키면 진동이 음속의 소스에서 멀리 전파되어 음파를 형성하게 된다.선원에서 고정된 거리에서 매체의 압력, 속도 및 변위는 시간에 따라 달라진다.순간적으로 압력, 속도, 변위는 공간에 따라 다르다.매질의 입자는 음파와 함께 이동하지 않는다는 점에 유의한다.이는 고체에 직관적으로 명백하며 액체와 기체(즉, 기체나 액체에 있는 입자의 진동이 진동을 전달하지만, 시간에 따른 입자의 평균 위치는 변하지 않는다)에서도 마찬가지다.전파 중에는 매체에 의해 파동이 반사, 굴절 또는 감쇠될 수 있다.^[5]

소리 전파의 동작은 일반적으로 다음 세 가지에 의해 영향을 받는다.

• 매체의 밀도와 압력 사이의 복잡한 관계.온도의 영향을 받는 이 관계는 매체 내 음속을 결정한다.
• 매개체 자체의 움직임.매체가 움직이면 이 움직임은 이동 방향에 따라 음파의 절대 속도를 높이거나 감소시킬 수 있다.예를 들어 바람을 통해 움직이는 소리는 음과 바람이 같은 방향으로 움직이면 바람의 속도만큼 전파속도가 높아진다.음과 바람이 반대 방향으로 움직이면 바람의 속도에 따라 음파의 속도가 줄어든다.
• 매질의 점성.중간 점도는 소리가 감쇠되는 속도를 결정한다.공기나 물과 같은 많은 미디어의 경우 점도로 인한 감쇠는 무시할 수 있다.

소리가 일정한 물리적 특성을 가지지 않는 매체를 통해 이동할 때, 그것은 굴절될 수 있다(분산되거나 집중된다).^[5]

소리로 해석될 수 있는 기계적인 진동은 가스, 액체, 고체, 플라스마 등 모든 형태의 물질을 통과할 수 있다.소리를 떠받치는 일을 매개체라고 한다.소리는 진공을 통과할 수 없다.^[6][7]

흔든다

소리는 압축파라고도 불리는 종파로서 가스, 플라즈마, 액체를 통해 전달된다.매개체가 있어야 전파된다.그러나 고체를 통해 종파와 횡파로 모두 전달될 수 있다.종방향 음파는 평형압력으로부터 교대압력 편차의 파형으로 압축과 희소반응의 국부적 원인이 되는 반면, 횡방향파(고형파)는 전파방향으로 직각으로 교대 전단응력의 파동이다.

음파는 포물선 거울과 소리를 내는 물체를 이용하여 볼 수 있다.^[8]

진동 음파에 의해 전달되는 에너지는 물질의 여분의 압축(종방향파의 경우)이나 횡방향 변위 변형률(횡파의 경우)의 잠재적 에너지와 매체 입자의 변위 속도의 운동 에너지 사이에서 앞뒤로 전환된다.

소리의 전달과 관련된 복잡성은 많지만, 수신 지점(즉, 귀)에서 소리는 압력과 시간의 두 가지 단순한 요소로 쉽게 나눌 수 있다.이러한 근본 원소는 모든 음파의 기초를 이룬다.그것들은 우리가 듣는 모든 소리를 절대적으로 묘사하는데 사용될 수 있다.

소리를 좀 더 완전하게 이해하기 위해 이 본문 오른쪽의 푸른 배경에서 보이는 것과 같은 복잡한 파동은 보통 다양한 음파 주파수(및 노이즈)의 조합인 성분 부분으로 분리된다.^[9][10][11]

음파는 흔히 정현면파의 측면에서 설명으로 단순화되는데, 이러한 일반적인 성질은 다음과 같다.

• 주파수 또는 그 역파장
• 진폭, 음압 또는 강도
• 음속
• 방향

인간이 감지할 수 있는 소리는 약 20Hz에서 20,000Hz의 주파수를 가진다.표준 온도와 압력에서의 공기에서, 해당 음파의 파장은 17 m(56 ft)에서 17 mm(0.67 in)까지 다양하다.때로는 속도와 방향이 속도 벡터로 결합되기도 하고, 파동 번호와 방향은 파동 벡터로 결합되기도 한다.

전단파라고도 하는 횡파는 부가적인 성질인 양극화를 가지며 음파의 특성이 아니다.

속도

음속은 파도가 통과하는 매질에 따라 달라지며, 물질의 기본적 특성이다.음속 측정을 위한 첫 번째 중요한 노력은 아이작 뉴턴에 의해 이루어졌다.그는 특정 물질의 음속은 그 물질에 작용하는 압력의 제곱근과 밀도로 나눈 값과 같다고 믿었다.

${\displaystyle c={\sqrt {\frac {p}{\rho }}}.}$

이것은 나중에 틀린 것으로 증명되었고 프랑스의 수학자 라플레이스는 뉴턴이 믿었던 것처럼 소리 여행의 현상이 등온성이 아니라 단열성이라는 추론함으로써 공식을 교정했다.He added another factor to the equation—gamma—and multiplied ${\displaystyle {\sqrt {\gamma }}}$ by ${\displaystyle {\sqrt {p/\rho }}}$, thus coming up with the equation ${\displaystyle c={\sqrt {\gamma \cdot p/\rho }}}$. Since ${\displaystyle K=\gamma \cdot p}$, the final equation은 ${\displaystyle c\sqrt{}}$ = K${\displaystyle }$/${\displaystyle \sqrt{ace}}$ ${\$ c$={\sqrt{K/\rho }}}$이(가) 나왔으며$,$ 이것은 뉴턴-라플라스 방정식이라고도 한다.$이{\displaystyle }$ 방정식에서 K는 탄성 벌크 계수, c는 음속, ${$ {\디스플레이 $스타일 \rho }$은 밀도다.따라서 음속은 그 밀도에 대한 매개체의 벌크 계수의 비율의 제곱근에 비례한다.

그러한 물리적 특성과 음속은 주변 조건에 따라 변화한다.예를 들어 가스의 음속은 온도에 따라 다르다.해수면의 20°C(68°F) 공기에서 음속은 v [m/s] = 331 + 0.6 T [°C]라는 공식으로 약 343m/s(1,230km/h; 767mph)이다.소리의 속도도 약간 민감하여, 2차 순서의 조화 효과에 따라 음의 진폭에 영향을 미치게 되는데, 이는 원래 소리에는 존재하지 않는 고조파 및 혼합음의 생성과 같은 비선형 전파 효과가 있음을 의미한다(파라미터 배열 참조).상대론적 효과가 중요한 경우, 상대론적 오일러 방정식에서 소리의 속도를 계산한다.

민물에서 음속은 약 1,482 m/s이다.강철에서 음속은 약 5,960 m/s(21,460 km/h; 13,330 mph)이다.소리는 고체 원자 수소에서 약 36,000 m/s (129,600 km/h; 80,530 mph)로 가장 빠르게 움직인다.^[13][14]

음압 수준

음향 측정
특성	기호
음압	p, SPL,LPA
입자 속도	v, SVL
입자변위	δ
음강도	I, SIL
음력	P, SWL, LWA
음향 에너지	W
음에너지 밀도	w
음향 노출	E, SEL
음향 임피던스	Z
오디오 주파수	AF
전송손실	TL
v t

음압은 주어진 매체에서 평균 국부압과 음파의 압력 사이의 차이를 의미한다.이 차이의 제곱(즉 평형 압력으로부터의 편차의 제곱)은 보통 시간 및/또는 공간에 걸쳐 평균을 내고, 이 평균의 제곱근은 RMS(root 평균 제곱) 값을 제공한다.예를 들어 대기 중 1 Pa RMS 음압(94 dBSPL)은 음파의 실제 압력이 (${\displaystyle 1\sqrt{\mathrm{}}}$ atm${\displaystyle }$- 2 ${\$Pa$$)와 (1 atm${\displaystyle }$+ ${\displaystyle 2\sqrt{\mathrm{}}}$ ${\$}Pa$$$)$ 사이에 진동한다는 것을 의미한다.인간의 귀는 진폭 범위가 넓은 소리를 감지할 수 있기 때문에, 음압은 로그 데시벨 눈금에서 레벨로 측정되는 경우가 많다.음압 수준(SPL) 또는 L은_p 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle L_{\mathrm {p} }=10\,\log _{10}\left({\frac {{p}^{2}}{{p_{\mathrm {ref} }}^{2}}}\right)=20\,\log _{10}\left({\frac {p}{p_{\mathrm {ref} }}}\right){\mbox{ dB}}\,}$

여기서 p는 루트-수직-제곱 음압이고 $p{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {r\mathrm{}}_{}}$ ${\displaystyle {\mathrm{e}}_{}}$ ${\$은 기준 음압이다.일반적으로 사용되는 기준 음압은 표준 ANSI S1.1-1994에서 정의되며, 공기 중 20µPa, 물 중 1µPa이다.지정된 기준 음압이 없으면 데시벨로 표현되는 값은 음압 수준을 나타낼 수 없다.

인간의 귀에는 평탄한 스펙트럼 반응이 없기 때문에, 음압은 종종 주파수 가중치가 부여되어 측정된 수준이 인식된 수준과 더 밀접하게 일치하도록 한다.국제전기기술위원회(IEC)는 몇 가지 가중치 체계를 정의했다.소음과 A가중 음압 수준에 대한 인간의 귀의 반응을 일치시키기 위한 A 가중치 시도는 dBA로 표시되어 있다.C-가중치는 피크 레벨을 측정하는 데 사용된다.

지각

소리라는 용어가 물리학에서 사용하는 용어와 구별되는 용어는 생리학과 심리학에서 사용하는데, 여기서 이 용어는 뇌에 의한 인식의 대상을 가리킨다.정신 음향학 분야는 그러한 연구에 전념하고 있다.웹스터의 1936년 사전은 소리를 "1"로 정의했다.청력, 즉, 들리는 대로, 구체화.: a. 정신물리학.뇌의 청각 신경과 청각 중추의 자극에 의한 감각, 보통 공기의 물질적 매개체에서 전달되는 진동에 의해 청각 기관에 영향을 미친다. b물리학그런 센세이션을 일으키는 진동 에너지.소리는 점진적인 종방향 진동 장애(음파)에 의해 전파된다."^[15]이는 '나무 한 그루가 떨어지는 소리를 들을 사람이 없는 숲에 떨어지면 소리가 나는가'라는 질문에 대한 정확한 답변은 각각 '그렇다'와 '아니오'로, 육체적, 정신물리학적 정의를 사용하여 대답하느냐에 달려 있다는 뜻이다.

어떤 청각 유기체에서든 소리의 물리적 수신은 주파수의 범위로 제한된다.인간은 보통 약 20 Hz에서 20,000 Hz (20 kHz) 사이의 소리 주파수를 듣는다.^{[16]: 382} 상한은 나이가 들수록 감소한다.^{[16]: 249} 때때로 소리는 인간의^[17] 청력 범위 내에 있는 주파수를 가진 진동만을 가리키기도 하고 때로는 특정한 동물과 관련되기도 한다.다른 종들은 청력의 범위가 다르다.예를 들어, 개는 20 kHz 이상의 진동을 감지할 수 있다.

주요한 감각들 중 하나에 의해 감지되는 신호로서, 소리는 위험, 항법, 포식, 통신을 감지하는 데 많은 종에 의해 사용된다.지구의 대기, 물, 그리고 불, 비, 바람, 파도, 지진과 같은 사실상 모든 물리적 현상은 그 독특한 소리를 만들어 낸다(그리고 특징적이다).개구리, 새, 해양, 육지 포유동물과 같은 많은 종들도 소리를 내는 특별한 장기를 개발했다.어떤 종에서는, 이것들은 노래와 말을 생산한다.나아가 인간은 소리를 생성, 녹음, 송신, 방송할 수 있는 문화와 기술(음악, 전화, 라디오 등)을 발전시켰다.

잡음은 원치 않는 소리를 가리키는 말로 자주 쓰인다.과학과 공학에서 소음은 원하는 신호를 흐리게 하는 바람직하지 않은 요소다.그러나, 소리 인식에서 그것은 종종 소리의 근원을 식별하는 데 사용될 수 있으며 음색 인식의 중요한 요소다(위 참조).

음경은 인간이 지각할 수 있는 음향 환경의 구성요소다.음향 환경은 주변 환경의 맥락에서 환경에 의해 수정되고 사람들에 의해 이해되는 주어진 영역 내에서 모든 소리(인간에게 들리는 소리 또는 그렇지 않은 소리)의 조합이다.

역사적으로 음파를 분석하는 실험적으로 분리할 수 있는 여섯 가지 방법이 있다.음치, 지속시간, 시끄러운 소리, 음색, 음질, 음질, 공간 위치 등이 그것들이다.^[18]이러한 용어 중 일부는 표준화된 정의를 가지고 있다(예: ANSI 음향 용어 ANSI/ASA S1.1-2013).보다 최근의 접근법은 또한 시간적 범위와 시간적 미세 구조를 지각적으로 관련되는 분석으로 간주했다.^[19][20][21]

피치

피치는 소리가 얼마나 "낮음" 또는 "높음"으로 인식되며 소리를 구성하는 진동의 순환적이고 반복적인 성격을 나타낸다.단순한 소리의 경우 음의 진동이 가장 느린 주파수(기본 고조파라고 함)와 관련이 있다.복잡한 소리의 경우 음의 지각은 다양할 수 있다.때때로 개인은 특정한 소리 패턴에 대한 개인적인 경험에 기초하여 동일한 소리에 대해 다른 음을 식별한다.특정 피치의 선택은 진동 주파수와 진동 사이의 균형을 포함한 진동에 대한 사전 의식적인 검사에 의해 결정된다.잠재적 고조파 인식에 특정한 주의를 기울인다.^[22][23]모든 소리는 낮은 소리부터 높은 소리까지 연속된 음정에 놓인다.예를 들어, 백색 노이즈(모든 주파수에 걸쳐 고르게 확산되는 무작위 노이즈)는 백색 노이즈가 주파수 함량이 높기 때문에 핑크색 노이즈(옥타브에 고르게 확산되는 무작위 노이즈)보다 피치가 높다.그림 1은 피치 인식의 예를 보여준다.듣기 과정 동안 각 소리는 반복 패턴(그림 1: 주황색 화살표 참조)과 일정한 높이(옥타브)와 크로마(주명)의 단일 피치로서 청각 피질에 전달되는 결과를 분석한다.

기간

지속 시간은 소리가 얼마나 "긴" 또는 "짧은" 것으로 인식되며 소리에 대한 신경 반응에 의해 생성되는 시작 및 오프셋 신호와 관련이 있다.소리의 지속시간은 보통 소리를 처음 알아차린 때부터 소리가 바뀌었거나 멈춘 것으로 식별될 때까지 지속된다.^[24]때때로 이것은 소리의 물리적 지속시간과 직접적인 관련이 없다.예를 들어, 소음이 많은 환경에서는 동일한 일반 대역폭에서 발생하는 소음으로 인해 오프셋 메시지를 놓치기 때문에 가느다란 소리(멈추고 시작하는 소리)가 연속적인 것처럼 들릴 수 있다.^[25]이는 (이 효과에 따라) 메시지가 연속적으로 들리는 것처럼, 간섭에 시달리는 무선 신호와 같은 왜곡된 메시지를 이해하는 데 큰 도움이 될 수 있다.그림 2는 지속시간 식별의 예를 제시한다.새로운 소리가 감지되면(그림 2, 녹색 화살표 참조), 음향 개시 메시지가 청각 피질에 전송된다.반복 패턴을 놓치면 사운드 오프셋 메시지가 전송된다.

시끄럽다

큰 소리는 소리의 "부드러움" 또는 "부드름"으로 인식되며 짧은 주기 시간 동안, 세타 파동 주기 동안, 청각 신경 자극의 총 수와 관련이 있다.^[26][27][28]즉, 매우 짧은 소리는 같은 강도 수준으로 제시되어도 긴 소리보다 더 부드러운 소리를 낼 수 있다는 뜻이다.약 200 ms가 지난 후, 이것은 더 이상 그렇지 않으며, 소리의 지속시간은 더 이상 소리의 겉보기 큰 소리에 영향을 주지 않는다.그림 3은 청각 피질에 전달되기 전 약 200ms의 기간에 걸쳐 얼마나 큰 소리 정보가 요약되는지를 보여준다.더 큰 신호는 바실러 막에 더 큰 '밀어내기'를 만들어 내고, 따라서 더 많은 신경을 자극하여 더 강한 소리 신호를 만든다.더 복잡한 신호는 또한 더 많은 신경 발음을 만들어 내므로 사인파와 같은 단순한 소리보다 더 큰 (동일한 파장 진폭의 경우) 소리를 낸다.

음브레

팀브레는 다른 소리의 질(예: 떨어진 바위의 쿵쿵 소리, 드릴의 윙윙 소리, 악기의 음색 또는 음성의 질)으로 인식되며 소닉 아이덴티티를 소음에 미리 의식적으로 할당하는 것을 나타낸다(예: "오보에야!").이 아이덴티티는 주파수 과도현상, 소음, 불안정성, 인지된 음조, 긴 시간 동안 음속의 오버톤 확산 및 강도로부터 얻은 정보에 기초한다.^[9][10][11]시간이 지남에 따라 소리가 변화하는 방법(그림 4 참조)은 음색을 식별하기 위한 대부분의 정보를 제공한다.각 악기에서 나오는 파형의 작은 부분이 매우 유사하게 보이지만(그림 4의 주황색 화살표로 표시된 확대된 부분 참조), 클라리넷과 피아노 사이의 시간 경과에 따른 변화는 큰 소리 및 조화 모두에서 뚜렷하게 나타난다.덜 눈에 띄는 것은 클라리넷을 위한 공기 쉿소리와 피아노의 해머 스트라이크 같은 다른 소리들이다.

식감

소닉 텍스처는 음원의 수와 그것들 사이의 상호작용과 관련이 있다.^[29][30]이런 맥락에서 질감이라는 단어는 청각 물체의 인지적 분리와 관련이 있다.^[31]음악에서 텍스처는 흔히 일치, 다성음, 동음이의 차이점이라고 일컬어지지만, (예를 들어) 번잡한 카페, 즉 불협화음이라고 일컬어질 수도 있는 소리를 연상시킬 수도 있다.

공간위치

공간적 위치는 수평면과 수직면 모두에 소리의 배치, 음원과 음원으로부터의 거리, 음환경의 특성을 포함한 환경적 맥락에서 소리의 인지적 배치를 나타낸다.^[31][32]두꺼운 텍스처에서는 공간적 위치와 음색 식별을 조합해 여러 음원을 식별할 수 있다.

초음파

초음파는 2만 Hz 이상의 주파수를 가진 음파다.초음파는 사람이 들을 수 없는 물리적 특성에서 들리는 소리와 다르지 않다.초음파 장치는 20kHz에서 최대 몇 기가헤르츠까지의 주파수로 작동한다.

의료용 초음파는 일반적으로 진단과 치료에 사용된다.

인트라하운드

인트라하운드(Infrashound)는 주파수가 20Hz 미만인 음파다.비록 그러한 낮은 주파수의 소리는 인간이 듣기엔 너무 낮지만, 고래, 코끼리 그리고 다른 동물들은 이너하운드를 감지하고 그것을 사용하여 의사소통을 할 수 있다.그것은 화산 폭발을 감지하는 데 사용될 수 있고 어떤 종류의 음악에도 사용된다.^[33]

참고 항목

참조

외부 링크

Wikiquote는 사운드와 관련된 인용구를 가지고 있다.

Wikibooks는 사운드라는 주제에 대해 더 많은 것을 가지고 있다.

위키미디어 커먼즈에는 사운드와 관련된 미디어가 있다.

Wikisource는 이 기사와 관련된 원본 텍스트를 가지고 있다: 소리

라이브러리 리소스 정보 소리

라이브러리의 리소스

• Eric Mack (20 May 2019). "Stanford scientists created a sound so loud it instantly boils water". CNET.
• 놀라운 소리; 소리와 파도를 위한 KS3/4 학습 리소스(플래시 사용)
• 하이퍼물리학:사운드 및 청각
• 소리의 물리학 소개
• 청각 곡선 및 온라인 청력 테스트
• 21세기의 오디오
• 소리 단위 및 수준 변환
• 음향 계산
• 오디오 점검: 온라인에서 재생 가능한 오디오 테스트 및 테스트 톤의 무료 모음
• 더 많은 소리 놀라운 소리; 음파에 대한 여섯 번째 형태의 학습 자료