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acoustics:psychoacoustics:loudness:phon

Phon

폰(Phon)은 인간의 귀로 느끼는 '주관적인 음량의 크기(Loudness Level)'를 나타내는 심리음향학적 단위이다. 물리적인 음압 레벨($\text{dB SPL}$)이 주파수에 따른 인간 청각의 민감도를 반영하지 못하는 한계를 해결하기 위해 고안되었다.

정의 및 기준점

Phon 단위는 인간이 소리를 인지할 때 주파수별로 민감도가 다르다는 점에 착안하여, $1\text{ kHz}$ 순음(Pure Tone)을 절대적인 기준으로 삼아 정의한다.

“어떤 주파수소리든 간에, $1\text{ kHz}$ 순음의 $X\text{ dB SPL}$ 크기와 동일한 시끄러움으로 느껴진다면 그 소리의 크기는 $X\text{ Phon}$이다.”
  • 예시: 어떤 $50\text{ Hz}$의 저음이 너무 작게 들려서 물리적 볼륨을 $80\text{ dB SPL}$까지 올렸을 때, 마침내 $1\text{ kHz}$ 신호를 $60\text{ dB SPL}$로 틀었을 때와 똑같은 크기로 인지되었다면, 그 $50\text{ Hz}$ 저음의 심리음향학적 크기는 60 Phon이 된다.
  • 이러한 주파수별 동일 음량 기준점들을 선으로 연결한 지도를 청감 곡선(Equal-Loudness Contours)이라고 부른다.

역사와 발전

창시: Fletcher & Munson

1933년

Phon 단위와 등청감 곡선의 개념을 처음 정립한 사람은 미국의 음향학자 Harvey FletcherWilden A. Munson이다. 이들은 벨 연구소(Bell Labs)에서 수많은 피험자를 대상으로 주파수별 체감 음량 테스트를 진행하여 최초의 등청감 곡선인 Fletcher & Munson(플레처-먼슨 곡선)을 발표하고 Phon 단위를 도입했다.

정밀화: Eberhard Zwicker

독일의 심리음향학자 Eberhard Zwicker 박사는 초기 플레처-먼슨 곡선이 가진 저음역 및 고음역대의 측정 오차를 현대적인 실험을 통해 정밀하게 보정했다. Eberhard Zwicker 박사의 연구 데이터는 국제표준화기구의 공식 표준인 ISO 226으로 채택되며 Phon 단위의 정확성을 완성시켰다.

일상적 소음 환경과의 비교

Phon 수치 체감 음량 수준 일상 생활에서의 예시
0 Phon 청각 한계 인간이 들을 수 있는 가장 조용한 소리
20 Phon 극도로 조용함 나뭇잎 부딪히는 소리, 귓속말
40 Phon 조용함 도서관, 한적한 주택가의 심야
60 Phon 보통 일상적인 대화 소리, 평범한 사무실
80 Phon 시끄러움 번화가의 교통 소음, 진공청소기 가동 소리
100 Phon 매우 시끄러움 지하철 통과 소음, 록 콘서트장 스피커 앞, 마스터링된 현대 상업 음원1)
120 Phon 고통 한계 전투기 이착륙 소음 (귀에 통증이 시작되는 레벨)
1)
마스터링 엔지니어 밥 카츠(Bob Katz) 등의 연구에 따르면, 음압 전쟁(Loudness War)을 거친 현대 팝/EDM 상업 음반들은 극단적인 다이내믹 압축과 중고역($2\text{ kHz} \sim 5\text{ kHz}$) 강조로 인해 실측 시 록 콘서트 수준인 95~105 Phon의 강력한 청각적 압박감을 유발하는 것으로 보고되어 있다.
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acoustics/psychoacoustics/loudness/phon.txt · 마지막으로 수정됨: 저자 정승환