1 5 -S -1 5 8 음향시뮬레이션을이용한유리형중정의음향성능개선 The Improvement in Acoustic Performance of a Glass-Faced Court Yard Using Acoustic Simulation 원광대학교건축공학과 1 Department of Architectural Engineering, Wonkwang University, Iksan 5-749, Republic of Korea Abstract The Honam Climate Change Experience Hall has recently been opened to publicize the phenomena of global warning and diverse environmental problems, all of which are caused by climate changes. However, the glass-faced court yard within the hall suffers from serious acoustic defects due to excessive reverberation characteristic of its finishing materials. So this study suggested a plan to use acoustic simulation based on previous research to improve acoustic performance of the glass-faced court yard. The results of this study are expected to be useful in minimizing acoustic defects in designing and building a glass-faced court yard. Key words Acoustic Performance( 음향성능 ), Glass-faced Court Yard( 유리형중정 ), Acoustic Simulation( 음향시뮬레이션 ) Corresponding author, E-mail: soundpro@wku.ac.kr 1. 서론 최근지구생태계를변화시키는다양한환경적문제에대한관심이급증하고있다. 따라서국내에서는선 도적으로기후변화에영향을최소화할려는다양한대책들을마련하고있지만아직까지이에대한심각성을잘인지하지못하고있는실정이다. 이러한시점에담양군에서는호남기후변화체험관을설립하여체험을통해교육및홍보를하고자하였다. 그러나체험관내부의유리형중정은벽과천장이유리로마감되어있어과도한울림이발생하여관람객들로부터많은불만족이제기되고있으며, 이에대한개선이시급한실정이다. 따라서본연구에서는선행연구 (1) 자료를토대로음향시뮬레이션을이용하여최적의음향성능을갖는개선안을제시하고자한다. Table 1 유리형중정의제원 구 분 제원 연면적 약 13 길 이 16.1m 폭 8.3m 천정고 14.4m 체 적 1,84 2. 음향시뮬레이션 2.1 유리형중정의개요 유리형중정의제원은 Table 1 과같고형태및전경은 Fig. 1 과같다. (a) (b) Fig. 1. - 2 -
구분 Table 2 음향성능개선안 개선사항 1 안개선전 + 유리벽일부흡음재 (( 주 ) 크라텍 ) 부착 2 안 1 안 + 계단옆, 밑부분에흡음재 (( 주 ) 크라텍 ) 부착, 계단단풍나무 12T 이상 + 바니스공사 3 안 2 안 + 현수흡음체 ( 텍텀 13 ) 26 개설치 4 안 2 안 + 유리벽흡음재 (( 주 ) 크라텍 ) 추가부착 5 안 4 안 + 현수흡음체 ( 텍텀 13 ) 26 개설치 1 + 2 + 2 + (a) 1 (b) 2 (c) 3 (d) 4 4 + 선행연구를통해분석된유리형중정은심각한음향적결함을가진것으로나타났다. 따라서본연구에서는이를개선하기위해 5 가지개선방안을제시하였으며체험관내부중문이닫힌상태를기준으로개선안을제시하였다. 각개선안을정리한것은 Table 2, Fig. 2 와같고개선안에따른변경된마감재의흡음면적은 Table 3, 마감재료의흡음률자료는 Table 4 와같다. Table 3 개선안에따른변경마감재흡음면적 ( m2 ) 개선안마감재료 1안 2안 3안 4안 5안 벽흡음재.1.1.1.5.5 계단흡음재 28.1 28.1 28.1 28.1 단풍나무 12T + 바니스 24.5 24.5 24.5 24.5 현수흠읍체 ( 텍텀 ) 59.5 59.5 합계.1 122.7 182.2 133.1 192.6 Table 4 유리형중정의마감재료및흡음률데이터 구 주파수분 125Hz2HzHz 1kHz 2kHz 4kHz 재료 천 장 복층유리.15.5.3.3.2.2 바 닥방부목재데크.16.14.12.11.9.7 방부목재사이딩.19.9.8.8.8.5 벽 체 유리벽.15.6.4.3.2.2 흡음재 (( 주 ) 크라텍 ).22.43.76..55.34 계 단 테라조.1.1.2.2.2.2 단풍나무 12T 이상 + 바니스.1.25.1.1.7.7 알루미늄쉬트패널.1.1.1.2.2.2 흡음재 (( 주 ) 크라텍 ).22.43.76..55.34 문 유리문.18.6.4.3.2.2 형 강 H형강.24.2.2.18.18.21 배수구알루미늄 쉬트패널.1.1.1.2.2.2 알루미늄샌드위치패널.1.1.1.2.2.2 장식바 걸레받이몰탈위.1.1.2.2.2.3 아크릴페인트 난간봉 STEEL.24.2.2.18.18.21 현수흡음체 텍텀 T.15.26.62.94.64.92 : 개선된마감재료 (e) 5 Fig. 2. - 3 -
1 2.2. 음향시뮬레이션개요 유리형중정의음압분포및실내음향파라메타의예측분석은음선추적 (Ray-tracing method) 과허상법 (Image model method) 에의한 3 차원컴퓨터시뮬레이션을이용하였으며, 사용프로그램은 deon 4.21 이다. 본연구는선행연구에서사용했던계단의수음점 7,8,9 번을제외한 6 개의수음점을대상으로하였고음원및수음점의위치및음선추적도는 Fig. 3 과같다. 3. 분석및고찰 3.1 음압레벨 (SPL) 유리형중정을대상으로각개선안에따른수음점별청감보정음압레벨 (db(a)) 과음압레벨 (db) 을예측한결과는 Fig. 4 와같고이를정리한것은 Table 6 과같다. SPL(dB(A)) Fig. 3. (a) 청감보정음압레벨 (db(a)) 2.3. 신뢰성검토 선행연구의현장측정을통한데이터의실측치와음향시뮬레이션에의한예측치의음향특성을비교하여 Chronbach s 계수를이용한신뢰성검토결과는 Table 5 와같다. Table 5 Chronbach's 계수 평가파라메터 N of Items Chronbach's SPL.874 RT 1. D 6.769 C.8 RASTI.785 Table 5 를보면일반적으로 Chronbach's 값이보통.6 이상경우에신뢰도가높은것으로평가되며, 모든 평가파라미터에서최소.756 이상으로나타나음향 시뮬레이션을통한예측결과는신뢰할수있을것으 로사료된다. SPL(dB) Table 6 (b) Hz 에서음압레벨 (db) Fig. 4 (SPL). 각개선안에따른음압레벨비교 항목개선전 1안 2안 3안 4안 5안평균 82.4 76.1 75.4 75.1 74.8 74.8 SPL(dB(A)) 표준편차 1.3 1.3 1.5 1.5 1.5 1.7 평균 72.3.6 69.7 69.4 69. 69. SPL(dB) 표준편차.7 1.5 1.8 1.8 1.8 2.1 Fig. 4 와 Table 6 을살펴보면개선전청감보정음압레벨은내부에서발생한소리가유리에부딪혀잔향음이크게감쇠되지않고지속적으로울려 82.4dB(A) 로상당히높은음압레벨을보였다. 그러나개선 1 안적용후 76.1dB(A) 로낮아졌으며이후 2 5 안적용시에는 74.8 75.4dB(A) 로나타났다. 또한 Hz 에서수음점별평균음압레벨은개선전 72.3dB, 개선 1 안적용 - 4 -
후.6dB 로나타났으며 2 5 안적용시 69. 69.7dB 로나타났다. 또한모든개선후수음점에서표준편차가모두 ±3dB 이내로나타나모든수음점에서균일한크기의음량감을느낄수있을것으로사료된다. 3.2 잔향시간 (RT) 유리형중정을대상으로각개선안에따른수음점별잔향시간을예측한결과는 Fig. 5 와같고이를정리한것은 Table 7 과같다. 5 4 Fig. 6 을보면유리형중정의용도를다목적홀로가정할경우적정잔향시간은 1.21 초이다. 그러나유리형중정내부에강연을위한스크린과전기음향장치가설치될예정이기때문에적정잔향시간보다는조금짧게개선되어야한다. 따라서개선 5 안과같이잔향시간을 1.1 초로개선한다면개관후행사및강연시적절한울림으로감상할수있을것으로사료된다. 3.3 음성명료도 (D ) RT(sec) 3 2 D (%) 4 3 1 2 1 Fig. 5 Hz (RT). Fig. 7 Hz (D ). Table 7 각개선안에따른잔향시간비교 항목개선전 1안 2안 3안 4안 5안평균 4.27 2. 1.61 1.35 1.34 1.1 RT(sec) 표준편차.2.22.12.11.12.2 Fig. 5 와 Table 7 을보면 Hz 에서개선전잔향시간은평균 4.27 초로높게나타나심각한음향적결함이발생하고있다. 따라서음향시뮬레이션을이용하여다목적홀에적합한적정잔향시간을갖도록내부에흡음재를설치하여실정수 (R) 를변화시키면잔향음이크게감소하여 Fig. 6 과같이최적의잔향시간을갖는유리형중정으로바뀌고있음을알수있다. Table 8 각개선안에따른음성명료도비교 항목개선전 1안 2안 3안 4안 5안평균 24.3 36.5 4.8 42.5 45.7 45.7 D (%) 표준편차 1.9 8.1 8.7 8. 9.1 7.9 유리형중정을대상으로각개선안에따른수음점별음성명료도를예측한결과는 Fig. 7 과같고이를정리한것은 Table 8 과같다. Fig. 7 과 Table 8 을보면 Hz 에서 D 은개선전 24.3% 로매우낮은값을보여유리형중정내부에서의사소통이불가능할정도로심각하였다. 그러나음향시뮬레이션을이용하여이를개선하면 45.7% 까지음성명료도가증가함을알수있었다. 일반적으로다목적홀에서강연이나회화에바람직한적정수치로제시된기준은 55 % 로이값은만족하지못하지만향후전기음향등을이용해보완된다면행사나강연을원만하게진행할수있을것으로사료된다. 3.4 음악명료도 (C ) 유리형중정을대상으로각개선안에따른수음점별음악명료도를예측한결과는 Fig. 8 과같고이를정리한것은 Table 9 와같다. Fig. 6 Kundsen-Harris. - 5 -
6 4 2 개선전 1안 2안 3안 4안 5안 Table 1 항목개선전 1안 2안 3안 4안 5안평균 39.2 49.2 51.3 53.3 53.7 55. RASIT(%) 표준편차 4.4 3.1 3.4 2.5 3.5 2.5 C (db) -2-4 -6-8 Fig. 8 Hz (C ). Table11 RASTI 평가기준 RASTI(%) 평가척도 비고 32 Bad ( 전혀알아듣지못한다 ) 32 45 Poor ( 잘알아듣지못한다 ) 45 Fair ( 노력하면들을수있다 ),,, 75 Good ( 잘들린다 ) 75 Excellent ( 아주편하게들을수있다 ) : 1안 : 2안 : 3안 : 4안 : 5안 Table 9 각개선안에따른음악명료도비교 항목개선전 1안 2안 3안 4안 5안평균 -3.4.7 1.6 2.4 2.5 2.7 C (db) 표준편차 1.8 1.1 1.2 1. 1.1 1.1 Fig. 8 와 Table 9 를보면 Hz 에서음악명료도는개선전에는 -3.4dB 로음악당에서의 C 평가기준인 ±2dB 를만족하고있지못하고있다. 음향시뮬레이션을이용한개선 1 안과 2 안의경우잔향시간이짧아져 C 을만족하고있으나개선 3, 개선 4, 개선 5 안은이를만족하지못하고있다. 그러나체험관내부중정은다목적공간으로 C 보다는 D 및잔향시간이더중요한음향적요소이며향후전기음향으로이를보완할수있으므로큰문제는없을것으로사료된다. 3.5 음성전달지수 (RASTI) 유리형중정을대상으로각개선안에따른수음점별음성전달지수를예측한결과는 Fig. 9 와같고이를정리한것은 Table 1 과같으며평가기준과비교하면 Table 11 과같다. Fig. 9 와 Table 1, Table 11 을보면유리형중정내부의음성전달지수는개선전에는 Poor 로나타났으나개선 1 안 5 안적용후 Fair 로나타났다. 따라서만족할만한 Good 의범위에는있지않지만체험관내부에서음성신호나음의요해도를떨어뜨리는원음의왜곡등은크게발생하지않을것으로판단된다. 4. 결론 본연구는호남기후변화체험관의유리형중정을대상으로선행연구자료를토대로음향시뮬레이션을이용하여최적의음향성능을갖는개선안을제시하고자하였다. 본연구의결과체험관내부유리형중정을다목적홀로사용할경우음향시뮬레이션을이용한 5 가지개선안중개선 5 안의음향성능이가장적합한것으로평가되었다. 따라서향후이와유사한유리형중정건물의설계및시공시설계단계에서부터음향시뮬레이션을이용한음향성능의검토가반드시필요할것으로사료된다. RASTI(%) 4 3 2 1 Fig. 9 Hz (RASTI). 참고문헌 1. Kim, J. S., 214, Architectural Acoustics, Sejin Co. 2. M.David Egan, 1972, Concepts in Architectural Acoustics, McGRAW-Hill Book Company. 3. Yochi Ando, 1998, Architectural Acoustics, Springer. 4. Lee, D. H., Kim, J. S., 214, Improvement of Acoustic Performance for Fashion Show Theater, Proceeding of SAREK, pp. - 4. 5. Jeong, A. Y., Kim, J. S., 214, Analysis of Acoustic Performance of Glass-faced Court Yard, Proceeding of SAREK, pp. 535-539. - 6 -