Zwicker 파라미터를이용한수차발전기소음의음질분석 Sound Quality Analysis of Water Turbing Generator Noise using Zwicker Parameter 국정훈 윤재현 * 김재수 ** Kook Joung-Hun, Yun Jae-Hyun, Kim Jae-Soo Key Words : Water Turbing Generator( 수차발전기 ), Zwicker Parameter( 지커파라미터 ), Sound Quality( 음질 ) Abstract In case of the Hydraulic Turbine Dynamo operating for Waterpower Generation, it makes very huge and loud noises, and it influences bad effect physically as same as mentally to those people who are working inside of power plant, and brings the decline of an effective working efficiency. However, its evaluation method or measure about such noise reflects merely its physical attribute which is sensuous of the Noise itself, since the accumulation effect of Noise or the meaning connected with psychological response did not reflect, it is the actual state that a rational evaluation is unable to expect. Consequently, this Study has attempted to evaluate the Noise of Hydraulic Turbine Dynamo by analyzing the sound quality using Zwicker's Psychological Acoustic Parameter, after classification by its positions of the Noise occurring at Hydraulic Turbine Dynamo.. 서론 ) 수력발전을위해운행하는발전기의소음은발전소내부에서일하는사람들에게신체적, 정신적악영향을주며효율적인업무능률의저하를초래하고있는실정이지만, 발생하는소음에대한평가방법은단지소음자체의감각적인크기 () 인물리적인속성만을반영할뿐음질 (Sound Quality) 특성을고려한심적인반응과관련된의미는전혀반영하지않아서합리적인평가가이루어지지못하고있다. 따라서본연구에서는수차발전기에서발생하는소음을위치별로분류하여 Zwicker 의심리음향적파라미터를이용하여분석해봄으로써, 수차발전기에서발생하는소음을평가하고자하였다.. Zwicker 의파라미터 소음의피해를최대한줄이고소음환경을개선하기위해서는인간의심리적쾌감과관련한소음의평가와소음의인위적인조절에대한연구가필요하다. 따라서소음에대한심리음향학적분석을위하여, 독일의 Zwicker 에의해제안된,, Fluctuation Strength,, Tonality, 에의한파라미터를평가에활용하였으며, 설명은표. 과같다. 표. Zwicker 의심리음향학적파라미터 파라미터 [ 단위 ] 내용 [sone] 소리에너지의측정값. ( 주어진시간에서인식되는소리에너지만을측정하는척도 ) [acum] 소리의날카로운정도. ( 저주파와고주파의스펙트럼균형 ) Hz보다낮은영역을받아들이는주파 Fluctuation 수 F Strength[vacil] mod 에대한 Sound Model과관련.( 명확한소음안에맑은음의독특함 ) Unbiased Annoyance[au] 소리의불쾌한정도를표시. (, Fluctuation Strength의결합 ) Tonality[tu] 스펙트럼에서음조의조화량을표시. ( 복잡한소음안에맑은음의독특함 ) [Asper] 중주파수변조의혼란스러운효과. ( 명확한소리의빠른조음 ) 3. 수차발전기소음의측정 3. 수차발전기의제원및원리수차발전기는본댐에저장되어있는물이저지대로빠져나갈때의낙차를통해수차 (Turbine) 를돌려발전하는시스템으로공해가없고운전비용이저렴하다는장점을가지고있다. 국정훈, 원광대학교건축음향연구실 E-mail : kookcrew@hanmail.net Tel 63-7-67 * 원광대학교건축학부석사과정 ** 원광대학교건축학부교수 그림. 수차발전기의원리 - -
물의낙차를통한발전기에연결된터빈의회전시굉장히큰소음이발생하며, 이로인해발전소내부에서일하는사람들이업무에집중할수없을정도로많은피해를입고있는실정이다. 대청댐의수차실에서사용하는수차발전기의모습및제원은그림., 표. 와같다. 본연구에서분석에사용된주파수범위는 Hz khz 까지의 /3 옥타브이며, 전대역음압레벨도 db(a) 값으로측정 분석하였다. 3.. 측정위치수차발전기의소음을측정한곳은지 층부터 3 층까지총 곳이며, 각측정지점및수차실의모습은다음그림. 와같다. (b) 수차발전기의상부 (a) 수차발전기의위치별명칭 (c) 수차발전기의하부그림. 수차발전기의모습 (a) 지하 층 ( 소음원위치 ) (b) 단면도 표. 수차발전기의제원형식종류형태시설용량연간발전량 반지하식 Francis 3 상종축우산형 만 천kW 대 96GWh (c) 지하 층 (d) 층 3. 측정위치및측정방법 3.. 측정방법발전기터빈에서발생되는소음을측정하기위하여, 발전기를정상적으로가동한상태에서각별로지면으로부터.m 의높이에소음계를설치하여약 초간씩측정하였으며. 소음레벨측정방법은환경부고시제 3 - 호 (3..3) 에서정한소음진동공정시험법에준하여실시하였다. 측정시그림 3.(c) 와같이소음계를통해들어오는신호를 DAT(Digital Audio Tape Recorder) 로현장에서녹음하였으며, 녹음된신호를실험실에서 db 사의 Symphonie 로분석하였다. 측정기기구성및배열은그림 3. 과같다. (e) 층 (f) 3층그림. 수차발전기의소음측정위치. 분석및고찰. 각의주파수별소음특성.. 수차발전기주파수별소음특성수차발전기가정상적으로가동한상태에서 개의에서측정된주파수별소음특성을비사무공간 (( 번 번 ) 과사무공간 ( 번 번 ) 으로나누어비교 분석하였다. 결과는그림. 와같다. (a) 소음원 (b) 분석모습 음압레벨 (db) (c) 측정장면 (d) 측정및분석장비그림 3. 측정기기구성및배열..6. 3. 6.3. 6 3. 63 주파수 (Hz) 3 6 7 9 3 6 k. k.6 k k. k 3. k k k 6.3 k k db(a) (a) 수차발전기의주파수별음압레벨 ( 번 번 ) - -
평가해보면그림 7. 과같다. 음압레벨 (db)..6. 3. 6.3. 6 3. 63 주파수 (Hz) 3 6 3 6 7 9 k. k.6 k k. k 3. k k k 6.3 k k db(a) (b) 수차발전기소음의주파수별음압레벨 ( 번 번 ) 그림. 수차발전기의주파수별음압레벨 (sone) 3 3 6 7 9 3 6 7 9 그림 7. 수차발전기소음의 수차발전기소음의주파수별음압레벨의경우 3.Hz 3Hz 의저주파대역에서는불규칙한패턴을보이며상승곡선을그리다가, Hz 에서 Peak 치를보인후서서히감쇠하는소음특성을보였다. 또한수차발전기소음이직접노출되는비사무용공간 ( 번 번 ) 의경우균일한음압분포를보여별로큰차이를보이고있지않으나, 사무용공간 ( 번 번 ) 의경우의위치및전달경로상의건축구조물에따라주파수별로큰감쇠패턴을보였다... 수차발전기소음의별음압레벨 (db(a)) 측정된 개의수차발전기소음을별로분류하여음압레벨 (db(a)) 을나타내보면그림 6. 과같다. 그림에서보면소음원과거리가가깝고소음에직접적으로노출되는지점의 가높게나타났으며, 거리가멀어질수록천천히감쇠하다가사무실쪽에서급격히감쇠하는패턴을보였다. 일반적으로음압레벨의 db 이증가하면주관적인감각적크기 () 는두배정도증가한다. 따라서 가소음의크기를나타냄을감안할때, 전체적인에서의 db(a) 와 는유사한패턴을보여, 매우상관성이높음을알수있다... Zwicker 의파라미터분석항목에서수차발전기소음의 날카로움 에대한물리적인평가량을나타내는 의결과는그림. 과같다. 음압레벨 (db(a)) 3 6 7 9 3 6 7 9 그림 6. 수차발전기기기의 SPL(dB(A)) 그림에서보면비사무용공간인발전기실내에위치한 번부터 번까지는 77.6dB(A) 7.dB(A) 로음의크기가거의비슷하게나타나거리에따른감쇠는적은것으로나타났다. 이는수차실내부의큰체적과마감재료의반사성때문에, 잔향시간이길어져확산음장을형성했기때문으로사료된다. 또한사무용공간에위치한인 번 번은복도쪽유리와벽및나무문등의투과손실에의한소음의저감으로 69.9dB(A).6dB(A) 인비교적큰감쇠패턴을보였다. 따라서소음에직접노출된지점보다는복도쪽이나사무실안쪽의소음도가비교적적은것을알수있다. (acum)..6....6.. 3 6 7 9 3 6 7 9 그림. 수차발전기소음의 그림에서보면 수차발전기소음에대한날카로움 의정도를나타내는 는평균.acum, 표준편차.9acum 으로나타나수차발전기소음은날카롭게평가됨을알수있다. 별 를보면유리및벽체를투과하여들어온사무공간의 가수차발전기실내부보다더높게나타났다. 이는수차발전기와같은큰소음에직접적으로노출될경우소리의크기에민감하게반응하지만사무실과같이조용한환경에서는저주파보다는고주파와같은날카로운소리에대해더민감하게반응하기때문인것으로사료된다. 따라서방음대책시이러한부분에대한고려가필요할것으로사료된다.. Zwicker 파라미터에의한분석.. Zwicker 의파라미터중 음의크기 에대한물리적인평가량을파악하기위해각설비소음별로 를..3 Fluctuation Strength Hz 이하저주파의주기적변동 을나타내는 Fluctuation Strength 를보면그림 9. 와같다. - 3 -
. 9. Fluctuation Strength[vacil] 7 6 3 Tonality(tu)... 3 6 7 9 3 6 7 9 3 6 7 9 3 6 7 9 그림 9. 수차발전기소음의 Fluctuation Strength 그림. 수차발전기소음의 Tonality 그림에서보면 Fluctuation Strength 는모든위치에서 Vacil 이하로나타났으며, 별표준편차는.vacil 로거의균일하게나타났다. 이는수차발전기의경우 Hz 이하저주파대역의주기적변동이크지않기때문으로사료되며, 건설소음이나설비소음의 Fluctuation Strength 보다작은것 ))) 으로나타났다... Zwicker 의파라미터항목중에서 소음에대해불쾌감을나타내는물리적인평가량 인 Unbiased Annoyance 를파악해보면그림. 과같다. 그림에서보면크기에대한주파수별조화정도는거리나소음의세기등별로상관성이부족해, 수차발전기의경우 Tonality 의값을신뢰할수없을것으로사료된다...6 Hz 저주파대역의음조변화 를나타내는물리적인평가량을파악해보면그림. 와같다. 7. 7 (au) (asper) 6. 6.. 3 6 7 9 3 6 7 9 그림. 수차발전기소음의 3 6 7 9 3 6 7 9 그림. 수차발전기소음의 그림에서보면수차실내에서측정한 번 번의경우평균 3.93au, 표준편차는 7.3au 이었으며, 번 번은평균.7au 표준편차 7.au 로나타나사무공간에서는유리창및복도벽체등에의해소리가감쇠하여불쾌함이줄어든것으로나타났다. 따라서칸막이나이중유리창등을설치 보강하여소음에직접노출되는것을최대한줄일수있다면소음에대한불쾌감을대폭개선할수있을것으로사료된다... Tonality 소음의크기에대한주파수별조화정도 를나타내는 Tonality 를파악해보면그림. 과같다. 번 번의경우평균 6.asper, 표준편차.asper 로나타나비슷한패턴을보였으나, 번 번까지의은평균 6.asper 표준편차.37asper 로불규칙하게감쇠하는패턴을보였다..3 db(a) 와 Zwicker 파라미터와의상관성분석 db(a) 와 Zwicker 파라미터의각항목간의상관관계를살펴보면표 3. 과같다. 표 3. 위치에따른측정값의상관도 db(a) F,S U,A db(a)..9. -.9 -.. Fluctuation -.7 -..7. Strength.3.7 -... Unbiased Annoyance.97.99 -.77 -.3.77. ) 곽광수 ; 건설심리평가를위한음향심리분석에관한연구, 원광대학교대학원박사학위논문,., pp ) 국정훈, 정은정, 김재수 : Zwicker 파라미터를이용한건축설비소음의음질평가, 대한건축학회학술발표대회 6 권, 6..6 수차발전기소음에대한 Zwicker 파라미터의상관분석결과를보면, 6 개의평가지표중 db(a),, 가.9 이상으로상관관계가매우높게나타났으며, 와 도상관성이있게나타났다. 다음그림 3. 은높은상관관계를갖는항목들을비교한것이다. - -
. 7. 7. 6. 6........6.....6... y =.3x - 6.7 R =.969 6 7 y =.6x + 3.6 R =.69 6 7 y = -.6x +.397 R =.6 y = 3.67x - 3. R =.9 3 y = -9.x +.6 R =.96.6.7..9....3...6.7....6.....6.... 7. 7. 6. 6...... 7. 6... y = -.79x +.7 R =.7 6 7 y =.97x - 9. R =.9399 6 7 y =.7x +.6 R =. 3 y = -.x +.63 R =.7..7.9..3..7.9 y =.7x - 3.3 R =.9.. 6. 6. 7. 7.. 그림 3. 높은상관관계를갖는항목들의비교. 결론 로나타났다. 따라서소음에직접노출되지않도록칸막이나이중유리창등을설치 보강한다면소음에대한불쾌감을대폭줄일수있을것으로사료된다.. 수차발전기소음의 Fluctuation Strength 와 Tonality 는건설소음이나설비소음보다작은것으로나타났으나, 별로상관성이부족해, 값을신뢰할수없는것으로나타났다.. Zwicker 파라미터에의한수차발전기소음의평가결과음압레벨 (db(a)) 과 음의크기 에대한물리적인평가량인 그리고 는소음원의크기와불쾌감을느끼는감성적곤혹도가비례하여상관성이매우높은것으로나타났다. 향후본연구결과를토대로청감실험에의한수차발전기소음의음향심리분석이이루어진다면, 수차발전기소음개선및규제기준설정을위한유용한자료를제시할수있을것으로사료된다. 참고문헌. 김재수건축음향설계 ( 개정판 ), 세진사,.3.. 김재수, 양만우건축음향설계방법론, 도서출판서우,.9. 3. 국정훈, 정은정, 김재수 : Zwicker 파라미터를이용한건축설비소음의음질평가, 대한건축학회학술발표대회, 6..6. 박정호, 김평석, 설수환, 곽광수, 김재수 " 대학기숙사의기계실에서발생하는설비소음의특성에관한연구 ", 대한건축학회학술발표대회 3 권 호,3.. 박정호, 한경연, 서정석, 김재수 " 음향시뮬레이션에의한기계실설비소음의예측에관한연구 ", 한국주거학회학술발표대회,..3 본연구는 Zwicker 파라미터의물리량을통해수차발전기소음에대한심리평가를하고자하였으며, 그결과는다음과같다.. 는음압레벨 (db(a)) 와같이수차발전기실내부에서는음원으로부터거리가멀어질수록서서히감쇠하다가유리창이나벽체등을통과하여사무실공간으로이동시급격히감쇠하는패턴을보였다.. 는평균.acum로날카롭게평가되었으며, 사무공간의 가수차발전기실내부보다더높게나타났다. 이러한이유는수차발전기실내부의경우심리적으로소리의크기와시끄러움에더높은가중치를두지만사무실의경우음압레벨이낮아지므로오히려 에더높은가중치를두는것으로나타났다. 따라서사무실과같이조용한환경에서는고주파와같은날카로운소리에대해더민감하게반응하는것으로나타났다. 3. 사무공간의경우유리창및복도벽체등에의한소리감쇠로인해비사무공간보다상대적으로불쾌함의평가항목인 가줄어드는것으 - -