건축음향설계
1. 음향설계프로세스 구분 1) 홀형태설계 : 실의사용목적에적합한특성고려하여홀의형태와크기를결정해가는설계. 반향, 음의초점등홀에서발생하는음향결함현상의원인 2) 잔향설계 : 홀에가장적합한최적잔향시간을만족하도록실내흡음력을고려하여마감재료를선정하고그소요량과배치를음향적관점에서결정해가는것. 잔향설계는홀의음향특성을평가하는중요한요소이다. 홀의목적, 용도에부적합한형태를갖는경우는음향적인결함이발생하지않도록하는것이중요. 건축음향설계에있어서중요한것은홀의형태, 구조와크기, 좌석, 천장형태, 벽면의재질감, 흡음, 반사정도등음질에직간접적으로영향을미치는모든요소를고려하는것.
2. 홀형의설계 홀의목적및용도에맞는실의형태, 크기, 천장, 바닥, 벽, 확산판, 반사판등의계획이아주중요하다. 출처 ; 건축환경학 ; 임만택저 ; 보문당 ; 2010 1. 거리에따른음의감쇠 2. 좌석에의한흡음 3. 표면마감에의한흡음 4. 실내모서리부분의반사음 5. 굴곡된면의음확산 6. 반사판단부의음회절 7. 음의음영부분 8. 제 1 차반사음 9. 무대바닥판의공명 10. 반향과정재파 11. 음의투과
2.1 형태계획 홀의형태가작고직방체인것 : 고유주파수의분포에균일성이없고축퇴 (Degenerate) 되는현상이발생 * 축퇴 : < 물리 > 양자역학에서, 하나의에너지준위 ( 準位 ) 에대하여두개이상의상태가존재하는일. 홀의세변의비가정수비 (1:1:1, 1:2:4) 가되는것은피해야한다. 홀의형태계획시에많이사용하는방법 : 황금비율 ( 5-1):2:( 5+1), 2:3:5 가장려 - 일반적으로 1: 3 5 : 3 25 = 1:1.7:2.9 사용하기좋은치수
2.2 평면계획 대형홀에사용하는일반적인평면의형태 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 410 홀의객석 : 음원가까이위치 ( 무대잘보고, 음을충분히들을수있게 ) - 정방형평면 : 음원에가까이할수있음. 고주파수대역에서음원방향에직각인위치의음압레벨이급속히감소 - 규모가큰정방형실 : 무대측면에있는소리는듣기부적절실의중심축에서각각 70 이내에객석이위치해야함. 맨뒷자석은가능한무대쪽의강연자에근접 - 장방형실 : 실의길이는폭의 1.2 ~ 2 배정도가적당
출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 410,411
타원, 원형평면 : 음이집점을일으킬수있으므로음향시뮬레이션을통한검토가필요 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 411
부채꼴형 ( 측벽이확산되는평면형 ) : 음원과의거리를근접시키고평행면을피할수있으므로음향적인장점 - 천장과함께가능한음원근처의벽에서유효한 1 차반사음을얻어야함. - 부채꼴형의뒷벽은음이집중되므로에코의위험이있어확산과흡음을고려해야함. 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 412
부정형, 비대칭형평면 : 홀의설계가까다롭고어렵지만객석전체에음을균일하게확산시키는바람직한형태 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 412
2.3 천장계획 무대에서방사된소리가실내에서유효하게반사할수있는부위는객석의주천장이다. - 강한반사성의재질로시공 - 확산, 반사가잘되도록곡면으로설계 천장의곡면형태에따라음의확산정도에차이 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 413
무대에가까운부분에는큰치수의반사면을설정 : 저음을충분히객석으로전달할수있게 천장반사음 : 직접음을보강하는역할 - 무대에서멀리떨어진뒷좌석이영향을많이받음 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 414
객석천장의후반부 : 객석의측벽및후면벽에가깝기때문에그대로반사되어객석쪽에서에코발생이우려 -> 글라스울을충진한 Cellulose Fiber Board 등으로흡음처리요함. 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 415
2.4 발코니계획 발코니밑의음향상태는일반적으로나쁨 장방형평면의경우 : 음원과멀어지면직접음은감쇠, 천장이나벽의유효한반사음도얻기어려워음압레벨이저하됨 -> 문제해결을위해 Fan 형발코니를갖는평면이선호 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 416
깊게돌출한발코니 : 천장반사음으로인해발코니하부는음영이생겨음향적인결함이발생 -> 해결책 : 깊이 D 를가능한짧게, 높이 H 의최대 2 배이하, 가능하면 1.5 배이하, 맨뒷좌석에서홀천장이반정도이상보이게 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 416, 417
발코니끝의면은흡음하거나바닥이나천장쪽으로음을확산시켜야함 발코니하부는공명이발생할수있으므로일반적으로흡음처리 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 417
2.5 벽면계획 객석의측벽면 : 반사효과 + 음을풍부하게하는확산효과 + 적정잔향을유지하기위한흡음성능이필요 객석측벽의반사면에의한음의반사효과 -> 객석에청중이앉았을때귀높이정도에효과가나타남 대극장무대의반사된소리 : 벽체를통한재반사방지 -> 음이객석으로돌아가는경우방지 - 객석의벽은시간지연에따른 Echo 방지위해흡음처리, 연속벽면을없애고, 돌출면계획 -> 벽타고돌아가는음방지 - 객석의뒷벽 -> 재반사방지위해흡음처리, 중고음역의흡음력이좋은재료선정, 흡음판설치시세로로줄눈을주는것이효과적 ( 음의 Creeping 현상방지 ) - 흡음판은천장면하부까지연장하여설치
출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 418, 419
측벽에서음의반사, 흡수, 확산상세도면 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 419
홀에서높은초기음에너지레벨을획득 -> 반사면계획이중요 음원주변의반사면 : 직접음에대한시간차를줄이므로효과적 반사면은음의지향반사를피하고확산하도록할것 확산면은일정수준이상의곡률을갖는볼록한표면 Schroeder Diffuser 인 QRD 판넬을사용하면더욱효과적 Schroeder 확산기 - 입사음의파장보다판넬이큰경우 -> 회절이안생기고판넬뒤에음영이생김 - 입사음의파장이판넬과동일한경우 -> 회절현상이증가하여확산효과 - 입사음의파장보다판넬이작은경우 -> 회절량이증가하여입사음에너지의대부분이손실 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 420
2.6 바닥계획 (1) 객석바닥 바닥 : 좌석이설치. 직접음이크게감쇠, 고음역이흡수, 좌석열간의공명으로 100~200Hz 의저음역도크게감쇠 -> 바닥구배를가능한크게하여직접음이차단되지않게 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 421 - 시야각 : γ 값은 12 ~ 15 이상이바람직무대가까이에서멀어짐에따라 γ 를크게하는것이합리적 - 오디토리엄의경우바닥구배는최저 8, 극장은최저 15 필요
(2) 무대바닥 열에강하고습기, 열에쉽게휘어지거나쪼개지지말아야함 공연장르에따라다른재질이필요 오페라하우스 : 탄성을갖는나무바닥재마감조명반사방지를위해블랙컬러마감의단풍나무사용 소음, 진동이직하실이나기타공간으로전달방지 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 423
2.7 반사판계획 음향반사판은연주자와객석에양호한음환경을제공 홀의객석전열지역은유효초기반사음이부족하여수직, 수평반사판을사용 - 수직반사판 : 풍부한공간감제공 - 수평반사판 : 무대와오케스트라피트음악레벨보강 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 423
음향반사판의설치조건 - 반사판의크기, 두께, 밀도를높임 - 충분한반사성, 확산성이필요 - 음향적조건만족해야하며구조가간단, 취급이편리, 조립해체가용이한구조 - 음향반사판의격납위치와방법을고려해야함 - 음향반사판에전용조명기구를함께설치 (1) 무대의가동반사판 (Shell) 가동반사판 : 흡음력이큰무대뒤공간으로흡수되는에너지반사, 객석쪽으로유효한반사음을보내음량을풍부하게함
출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 425
(2) 다중및불연속반사판 대형홀의경우반사음의지연시간단축을위해무대에서객석끝부분까지설치 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 426
(3) 반사판의크기와음보강효과 반사판은무거울수록좋음 반사판은파장보다큰치수를사용하며, 평면과볼록면을조합하여만듬 반사판의크기 : 입사되는주파수파장의 4 배정도 - 중음역기준 (500 Hz) 으로약 3m 이상크기 객석에서반사판에의한음보강효과를높이기위해초기시간지연이 30ms 이하가되게설계
2.8 확산체계획 형태 : 병풍, 원통면, 구면, 피라밋형, 산형, 상자형, 불규칙한요철형 재료 : 반사성 ( 시멘트, 타일 ), 저음흡수목적 ( 합판, 각종보드 ) 등 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 427
음확산방법 1 불규칙한표면적용 2 흡음재와반사재를분산배치 3 다른흡음처리를불규칙하게분포 4 평행대칭벽회피 5 확산체의크기 : 확산효과를기대할수있는치수 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 428, 429
2.9 음향결함방지계획 실내음향결함 : 반향, 플러터에코, 음의집점, 속삭이는회랑등 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 430
(1) 반향 (Echo) 직접음이들린뒤반사음이들리는것 에코는명료도저하, 음악의리듬을틀리게하여연주가불가능 에코는실내음향장해중가장치명적 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 430
반향현상 : 반사음이직접음보다 30~50ms 이상늦게도달하면직접음이들린뒤반사음이들리는현상 Echo 제거 - 음원과반사면과의거리를 5~8.5m 이하 - 반사면을흡음면으로대치 - 산란성벽면 - 경로차가적은다른면을이용하여반사현상제거 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 431
(2) 플러터에코 (Flutter Echo) 매우짧은시간간격으로반복해서발생되는반향 발생장소 - 천장과바닥 - 양측벽 ( 서로평행한벽이인접 ) 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 432
플러터에코방지책 - 서로평행한면 -> 경사지게 -> 음파의파장길이정도의요철면을붙임 - 일반적으로벽면을부정형벽에경사둘때 : 약 5 ~ 10 이상의각도 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 433
(3) 음의집점 (Sound Focus) 음이파장에비해휠씬큰오목면에반사되면어느한곳에집중되어음압이상승하는현상이발생 실내음압분포를나쁘게한다. 방지책 : 홀의형태를불규칙하게 -> 음이한쪽에집중되지않고확산되게설계 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 433
(4) Creep 와속삭이는회랑 (Whispering Gallery) 반사면이큰오목면을이루고있으며음은그면의주위를진행하여몇번이고반사하고, 속삭이는소리는대단히멀리까지명료하게들을수있는현상 런던의 St. Paul 사원의돔, 중국천단황궁우의회음벽 긴곡면, 대체로원형, 타원형구조물에서발생 출처 ; 건축환경공학 ; 김재수저 ; 서우 ; 2005; p 434