Loudness
라우드니스(Loudness)는 사람이 청감상으로 인지하는 소리의 크기를 나타내는 개념이다. 실제 소리 크기를 나타내는 음압(dBSPL, Sound Pressure Level)과는 차이가 있을 수 있다. 라우드니스는 사람의 청감에 따라 다르게 느껴지며, 신호값이 크더라도 라우드니스가 작으면 소리는 작게 느껴질 수 있다.
등청감곡선(Equal-loudness contour)은 사람의 라우드니스에 대한 연구에서 나온 개념으로, Fletcher-Munson에 의해 제시된 등청감곡선이 표준으로 사용되고 있다. Harvey Fletcher와 Wilden A. Munson은 1933년에 “Loudness, its definition, measurement and calculation.” 이라는 제목의 논문에 결과를 발표했다.
Fletcher와 Munson의 최초 작업 이후 등청감곡선은 현재까지도 실험하고 변화하고 있다. ISO는 1961년부터 등 등청감곡선에 대한 벤치마크로 ISO 226을 발표했다. 마지막 개정판은 일본, 독일, 덴마크, 영국, 미국의 연구를 바탕으로 2003년에 출판되었으며 현재 후속 개정판이 개발 중에 있다.
다음은 ISO 226의 2003년 개정판이며 비교를 위해 원래 Fletcher-Munson 곡선은 파란색으로 밑줄이 그어져 있다.
곡선을 볼때 사람의 주파수 대역별 라우드니스는 소리가 커질수록 평탄해 진다는것을 알 수 있다. 보편적으로 85dBSPL로는 들어야 저역과 고역의 인지가 좋아진다.
Phon은 이퀄 라우드니스 커브에 기반하여 정의된 라우드니스의 단위이다. 1kHz에서의 dBSPL 값에 해당하며, 같은 Phon을 가지는 소리는 같은 크기로 인지한다. 예를 들어, 10 Phon은 1kHz에서 10dBSPL, 20Hz에서는 75dBSPL에 해당하며, 10dBSPL의 1kHz 소리와 75dBSPL의 20Hz 소리는 사람의 귀에 같은 크기로 인지된다.
또한, 라우드니스와 소리의 지속시간도 관련이 있다. 100ms 이하의 지속시간을 가지는 소리는 지속시간이 짧을수록 라우드니스가 작아진다.
사람은 보통 10dB 증가한 소리를 보통 2배의 라우드니스로 인지하며, 100dB 증가한 소리는 4배의 라우드니스로 인지한다. (이는 평균적인 통계상 수치이지만 사람에 따라 다를 수 있다)
라우드니스에는 sone이라는 단위도 사용될 수 있다. sone은 사람이 인지하는 라우드니스 비율에 따른 단위로, 40phon을 1 sone으로 정의한다. 따라서 10dB 증가한 50phon은 2sone에 해당한다.
인간 청력의 다이나믹레인지는 대략 120 ~ 140dB 이며 허용 가능한 소리 강도의 상한선은 습관화가 증가함에 따라 크게 증가한다. 단순한 공학적 추정치로서 보편적인 청취자는 약 125dB SPL에서 한계에 도달하고 숙련된 청취자는 135~140dB에서 한계에 도달한다고 말할 수 있다. 0dBSPL 이하의 소리는 대부분의 사람은 인지할 수 없고, 120dBSPL 이상의 지속적인 소리는 청력을 손상시킬 수 있다.
라우드니스에 대한 최소 식별차인 JND(Just Noticeable Difference)는 약 1dB이다. 이것은 일반적인 소음 환경에서 순음(Sine wave)의 1kHz 주파수에서의 라우드니스를 가정한다. (즉, 믹스 등을 할때 특정 악기를 0.5dB 정도 올린다해도 어차피 구분하기 어렵다.)