오디오 신호(10)-데시벨, 오디오 정격레벨

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데시벨의 정의

데시벨은 다음과 같이 정의합니다. 여기서 $p_{1}$는 변한 신호의 전력입니다. $p_{0}$는 변하기 전의 전력입니다. 즉, 데시벨은 신호의 변화를 로그 스케일로 변환하여 알아보는 방법입니다. 원래 아래의 공식에 의하면 신호의 단위가 모두 사라지기 때문에 별도의 단위를 사용하지 않아야 하지만, 데시벨로 표시됨을 알리기 위해 dB를 단위처럼 사용합니다.

$$L=10log(\frac{p_{1}}{p_{0}})$$

신호처리에서는 전압의 크기를 신호의 크기로 주로 사용합니다. 그러면 데시벨은 아래와 같이 표시됩니다. 여기서 특별한 경우가 아닌 일반적인 조건에서는 모든 신호의 실효치(rms)를 사용합니다. 

 

$$L=20log(\frac{v_{1}}{v_{0}})$$

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데시벨의 숫자적 의미

데시벨로 표현된 숫자에서 특별한 의미를 가지는 내용이 있습니다.  

• 0 dB 이면, $v_{1}=v_{0}$ 입니다. 즉, 두 신호의 크기가 같은 상태이며 다른 표현으로 신호가 변화하지 않음을 의미합니다.
• 데시벨이 양수이면, $\left | v_{1} \right |>\left | v_{0} \right |$ 입니다. 즉 원래 신호보다 큰 신호가 출력되는 형식으로 신호의 증폭을 의미합니다.
• 반대로 데시벨이 음수이면, 신호가 작아졌음을 의미합니다. 표시되는 음수가 신호가 음의 신호로 변했다는 의미와 데시벨의 신호 감소 내용이 다소 헷갈릴 수 있습니다. 
• $\pm6dB$는 신호가 두배 또는 반으로 증감했음을 알려줍니다. 

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상대적 데시벨과 절대적 데시벨

상대적 데시벨

위의 식에서 $p_{0}$ 또는 $v_{0}$는 임의 수를 사용합니다. 즉 기준에 되는 신호의 상태를 임으로 정해서 데시벨을 구합니다. 이를 상대적 데시벨이라고 합니다.

절대적 데시벨 

반면  $p_{0}$ 또는 $v_{0}$를 특성 값으로 정해놓고 구하는 절대적 데시벨 계산 방법도 있습니다. 오디오 장치를 위한 데시벨은 다음과 같습니다. 

여기서 사용되는 전압과 데시벨을 정격 신호 (rated signal)또는 정격 레벨이라고 합니다. 이 신호는 일반적으로 통용되는 내용이고, 필요에 따라서 장비를 만드는 회사가 기준 레벨을 결정해서 사용하기도 합니다.  

• dBV : $0dBV=1V_{rms}$입니다. 가정용 오디오의 기준레벨로, 정격레벨은 -10dBV입니다.
• dBm : $1dBm=0.775V_{rms}$입니다. 산업용 오디오의 기준레벨입니다. 정격레벨은 +4dBm입니다. 단 600$\Omega$의 임피던스를 사용합니다.  
• dBu : 위의 dBm과 같은 내용으로 dBm과 dBu는 혼용되어 사용됩니다. 정격레벨은 +4dBu입니다. 단 이 단위는 임피던스 조건과 무관합니다. 

 

오디오 신호의 정격레벨과 관련되어 오디오 신호의 최대 전압을 구하기 위해서는 헤드룸을 이해할 필요가 있습니다. 

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