* 최근생태계를변화시키는지구온난화현상과자연재해가지구전체에서나타나고있어이러한문제를홍보하고체험하기위해호남기후변화체험관을개관하였다. 그러나체험관내부의위치한유리형중정내부의마감재료가반사성재질인유리와나무등의재료로되어있어내부에서발생한소리가과도하게울리는음향적결함이발생하고있다. 따라서중정내과도한울림으로인해운영주체및관람객으로부터각종행사및공연시명확한의사전달이어렵고, 음악이너무울려지속적으로불만족이제기되어이에대한개선이시급한실정이다. 이러한관점에서본연구에서는유리형중정을대상으로현장실험을통해음향적결함을파악한후음향시뮬레이션프로그램을이용하여 5가지의음향성능개선안을제시하였다. 이렇게제안된개선안중최적의음향성능을확보할것으로예상된개선5안을토대로중정내부를리모델링하여유리형중정의개선전 후음향성능의변화및개선정도를파악하였다. 이러한자료는향후이와유사한유리형중정의설계및음향성능개선시 유용한자료로활용될수있을것으로사료된다. 호남기후변화체험관내부에위치한유리형중정의모습 은그림 1 과같고, 제원및마감재료의주파수별흡음률은 표 1, 표 2 와같다. 186
유리형중정의음향성능개선및변화 음향성능측정방법은 ISO 에서제안하는무지향성음원 을바닥면으로부터 1.5m 높이평면의중심에위치하고, 수 음점은유리형중정의평면이비대칭형태이므로좌석의 중심을기준으로그리드 (Grid) 를설정해 6 개를선정하여 1.2m 높이에위치하였다. 유리형중정의음향성능측정을 위해평면도및수음점위치는그림 2 와같다. 측정용음원은 MLS(Maximum-Legth Sequence) 음원을사용하여배경소음에대한영향을어느정도배제할수있었다. 측정기기는실내음향측정을위해 01dB사의 Symphon ie중에서 dbbati 를사용하였으며, SPL은현장에서 PCM 레코더로녹음후, Symphonie 중 dbfa를사용하여분석하였다. 측정기기구성및측정모습은그림 3과같다. 그림 4(a) 를보면수음점별청감보정음압레벨은 81.2 84.3dB(A), 평균 82.4dB(A), 표준편차 1.3dB(A) 로나타났으며, 그림 4(b) 의각수음점의주파수별음압레벨에서 SPL 5 00Hz는수음점별로 71.6 73.4dB, 평균 72.3dB, 표준편차 0.7dB로나타났다. 따라서수음점별로음압레벨의편차는크지않지만각수음점에서음압레벨이상당히높게나타나과도한울림과긴잔향음이발생하여음성명료도를저하시키므로중정내부에서심각한음향적결함이발생하고있다. 각수음점의주파수별잔향시간은그림 5 와같고, Knudsen- Harris 의적정잔향시간표에비교한것은그림 6 과같다. 수음점별청감보정음압레벨과각수음점의주파수별음압레벨은그림 4와같다. 文化空間硏究 l 한국문화공간건축학회논문집통권 54 호 _ 2016. 5 187
Improvement and Variation of Acoustic Performance of Glass-faced Court Yard in Buildings Knudsen-Harris 가제안한적정잔향시간표에비교해본결과유리형중정의체적이 1,840m 3 이므로이에따른최적잔향시간은 1.21초이다. 그러나유리형중정내부의마감재료가반사성재질로인해과도한울림이발생하여잔향시간이매우길게나타났다. 따라서유리형중정내부에서과도한울림과긴잔향시간으로인해강연및의사소통시무리가있을것으로판단된다. 각수음점의주파수별음성명료도는그림 7과같다. 그림 8을보면각수음점의주파수별음악명료도에서 C 80,500Hz 는수음점별로 -5.4-0.5dB, 평균 -3.4dB, 표준편차 1.8dB로나타났다. 유리형중정의경우음악은현대음악, 대중음악과같은장르를공연할것으로예상되므로이에제시되는적정범위로 -2/+4dB 이다. 따라서유리형중정의경우평균 -3.4dB 로이범위에만족하지못하고있어충분한음색과울림으로음악감상을하기에는무리가있을것으로사료된다. 유리형중정내부의수음점별음성전달지수의분포형태를분석한결과는그림 9와같다. 그림 7에서보면각수음점의주파수별음성명료도에서 D 50,500Hz 는수음점별로 13 41.6%, 평균 24.3%, 표준편차 10.9% 로나타났다. 유리형중정내부의사용을강연및각종행사등이가능한다목적공간으로활용할경우적정음성명료도의범위는 55 60% 로제안되고있다. 그러나현상태의중정내부에서는반사성재질의마감재료사용으로인한과도한울림이발생하여음성명료성이매우낮게나타나이에대한개선이시급하다. 각수음점의주파수별음악명료도 (C 80) 를분석한결과는그림 8과같다. 그림 9를보면음성전달지수의경우수음점별로 35 45%, 평균 39.2%, 표준편차 4.4% 로나타났다. 따라서표 3 RASTI 평가기준에비교해보면 Poor ( 잘알아듣지못한다.) 로평가되었다. 이러한이유는중정내부의반사성마감재료에따른긴잔향시간으로인해음성전달시음의요 188
유리형중정의음향성능개선및변화 해도가떨어지기때문으로이에대한개선이시급할것으로판단된다. 연구대상유리형중정의음압분포및실내음향파라메타의예측분석은음선추적법 (Ray-tracing method) 과허상법 (Image model method) 에의한 3차원컴퓨터시뮬레이션을이용하였으며사용프로그램은 Odeon 4.21이다. 음향시뮬레이션에서측정조건은실제측정조건과동일하게하였으며확산방법은 Lambert Method, Impulse Respone 길이는 2,800m, Transition order는 3으로설정하였다. 시뮬레이션방법은 ISO에서제안하는무지향성음원을바닥면으로부터 1.5m 높이에, 수음점은유리형중정의평면이비대칭형태이므로좌석의중심을기준으로그리드 (Grid) 를설정해모두 6개를선정하여 1.2m 높이에위치하였다. 음원의음향파워레벨은표 3과같다. 수음점은실의중심을기준으로일정한간격으로그리드 (Grid) 를설정하여선정하였으며측정점은 1.2m 높이에위치하였다. 음향시뮬레이션을이용한음선추적도는그림 10과같다. 표 5 를보면일반적으로 Chronbach's 값이보통 0.6 이 상인경우에신뢰도가높은것으로평가되며, 모든평가파 라미터에서최소 0.769 이상으로나타나음향시뮬레이션을 통한예측결과는신뢰할수있을것으로사료된다. 유리형중정을대상으로중정내부의마감재료및흡음 조건을개선하여최적의음향성능갖도록 5 가지의개선안 을제시한것은그림 11, 표 6 과같다. 1 음향시뮬레이션의경우음향성능예측치가어느정도신뢰성을갖고있는지에대한판단이가장중요하다. 따라서본연구에서는개선전현장측정을통한실측치와음향시뮬레이션에의한예측치의음향특성을비교하여 Chronbac h's 계수를이용한신뢰성을검토하였으며그결과는표 5와같다. 文化空間硏究 l 한국문화공간건축학회논문집통권 54 호 _ 2016. 5 189
Improvement and Variation of Acoustic Performance of Glass-faced Court Yard in Buildings 표 6과그림 11을보면중정내바닥및천장에대한마감재료는바닥의경우는사람들이이동해야하므로변경하기가어려웠고천장은빛이유입되어야하므로천장의마감재료를변경하기는불가능하였다. 따라서가장쉽게마감재료의변경이가능한벽면의유리면적을다른흡음성이있는마감재료로바꾸어음향적결함을해결하기위한개선안을제안하였다. 하고있으며각개선안중 5안의경우수음점별편차가매우낮게나타나가장안정적인분포를보이고있다. 개선안별 RT 500Hz 에서비교 분석한결과는그림 13, 표 8 과같다. 개선안별청감보정음압레벨과 SPL500Hz 의음압레벨을비교 분석한결과는그림 12, 표 7과같다. 그림 13, 표 8을보면개선전 RT 500Hz 는평균 4.27초, 개선 1안 5 안은 1.2 2 초로나타나점차낮아지고있다. 이러한자료를토대로 Knudsen-Harris 가제안한적정잔향시간표에비교해보면그림 14와같다. 그림 12(a), 표 7 을보면개선안별청감보정음압레벨은 개선전 82.4dB(A), 개선 1 안 5 안은 71.8 76.1dB(A) 로나 타나점차낮아지고있다. 그림 12(b), 표 7 을보면개선전 SPL 500Hz 는평균 72.3dB, 개선 1 안 5 안은 65.9 70.6dB 로 나타나점차낮아지고있다. 또한각개선안의음압레벨편 차가 ±3dB 이내로나타나매우안정적인음압레벨을확보 그림 14를보면 1안은 오르간과합창 및 오케스트라 의중간범위에위치하고있고, 2안은 오케스트라 에적합한잔향시간을가지고있다. 또한 3안과 4안은 실내악 에적합한잔향시간을가지고있으며, 5안의경우 다목적홀 에적합한잔향시간을확보하고있다. 따라서유리형중정의사용목적을 다목적홀 로가정할경우개선 5안이체적에맞는최적잔향시간과가장가까운잔향시간을확보하고있는것으로나타났다. 190
유리형중정의음향성능개선및변화 표 9를보면개선안별로비교해본결과실정수, 평균흡음률, 흡음력등의흡음요소들이개선전에비해개선안이변화될수록잔향시간을점점짧게만들고있다. 따라서개선안중개선 5안이최적잔향시간과가장가깝게예측되어다목적공간으로활용할수있는적합한음향성능을확보할수있을것으로사료된다. 개선안별 D 50,500Hz 를기준으로음성명료도를비교 분석한결과는그림 15, 표 10과같다. 그림 16, 표 11 을보면개선전 C 80,500Hz 은평균 -3.4dB, 개선 1 안 5 안은 0.7 3.1dB 범위에있으며점자증가하였 다. 일반적으로현대음악, 대중음악과같은장르를할경우 -2/+4dB 을적정범위로제안하고있으며, 개선전에비해 개선 1 안 5 안모두제안한범위에만족하고있어충분한 음색과울림을확보하고있는것으로나타났다. 개선안별음성전달지수를비교 분석한결과는그림 17, 표 12와같다. 이러한자료를토대로 RASTI 평가기준에비교해본결과는표 13과같다. 그림 15, 표 10을보면개선전 D 50,500Hz 은 24.3%, 개선 1 안 5안은 36.5 57.8% 범위에있으며점차증가하였다. 일반적으로 다목적홀 에서강연이나회화등에적합한음성명료도는 55 60% 의범위를제안하고있으며, 각개선안중개선 5안이이범위에만족하고있어가장안정적인음성명료도를확보하고있다. 또한강연및각종행사를진행할경우문제없이진행할수있을것으로사료된다. 개선안별 C 80,500Hz 에서비교 분석한결과는그림 16, 표 11과같다. 그림 17, 표 13 을보면개선전음성전달지수는 Poor ( 잘알아듣지못한다.) 로나타났으나, 개선 1 안 4 안은 文化空間硏究 l 한국문화공간건축학회논문집통권 54 호 _ 2016. 5 191
Improvement and Variation of Acoustic Performance of Glass-faced Court Yard in Buildings Fair ( 노력하면들을수있다.) 로평가되었고개선 5안은 Good ( 잘들린다.) 로나타났다. 따라서각개선안중개선 5안이음성전달지수가가장높게평가되어원음이왜곡되지않고높은음의요해도를확보하고있다. 개선후유리형중정에서측정된수음점별청감보정음압레벨 과주파수별각수음점의주파수별음압레벨은그림 19 와같다. 유리형중정을대상으로음향시뮬레이션을이용하여제안된 5가지개선안중가장안정적인음향성능을확보하고있는개선 5안을토대로중정내부의마감재료및흡음조건을개선하였다. 따라서유리형중정의제원은개선전과동일하며개선전 후의모습은그림 18과같고, 개선된사항과마감재료의주파수별흡음률은표 14, 표 15와같다. 또한개선후음향성능측정방법은개선전과동일하게진행하였다. 그림19(a) 를보면수음점별청감보정음압레벨은 74 79.6dB(A), 평균 76.4dB(A), 표준편차 2.4dB(A) 로나타났으며, 그림 19(b) 의주파수별각수음점의음압레벨에서 SPL 500Hz 는수음점별로 59.2 64.4dB, 평균 61.1dB, 표준편차 2.2dB로나타났다. 따라서개선후에는유리벽일부를흡음률이높은다중타공흡음판넬로개선하여중정내부의과도한울림은낮아졌으며수음점별편차도 ±3dB 이내로나타나어느곳에서나균일한음량과소리를들을수있을것으로사료된다. 개선후유리형중정의각수음점의주파수별잔향시간은그림 20과같다. 192
유리형중정의음향성능개선및변화 은수음점별로 29.4 83.9%, 평균 55.8%, 표준편차 22.7% 로나타났다. 일반적으로다목적홀의경우연극이나강연시적정음성명료도의범위를 55 60% 로제안하고있다. 따라서음향성능개선후중정내부에서기준범위에적합한음성명료성을확보하고있어강연및의사소통시불편함이없을것으로사료된다. 개선후유리형중정의각수음점의주파수별음악명료 도는그림 23 과같다. 그림 20, 그림 21을보면개선후 RT 500Hz 는평균 1.2초로나타났다. 이를 Knudsen-Harris 가제안한적정잔향시간표에비교해보면개선후유리형중정의사용목적을 다목적홀 로가정할경우체적에맞는최적잔향시간인 1.21초와거의동일한잔향시간을확보하고있다. 따라서개선후유리형중정에서강연및각종행사를진행할경우음을적절한울림으로어려움없이진행할수있을것으로사료된다. 그림 23 을보면개선후주파수별각수음점의음악명료 도에서 C 80,500Hz 은수음점별로 0.3 9.4dB, 평균 3.8dB, 표준편 차 4dB 로나타났다. 유리형중정내부에서현대음악, 대중음 악과같은장르의공연할경우 -2/+4dB 을적정범위로제안 하고있다. 따라서개선후음악명료도는이범위에충분히 만족하고있어음악감상에어려움이없을것으로사료된다. 유리형중정의수음점별음성전달지수와개선전 후음 성전달지수를비교 분석한결과는그림 24 와같다. 개선후유리형중정의각수음점의주파수별음성명료도는그림 22 와같다. 그림 22 를보면개선후주파수별각수음점의 D 50,500Hz 文化空間硏究 l 한국문화공간건축학회논문집통권 54 호 _ 2016. 5 193
Improvement and Variation of Acoustic Performance of Glass-faced Court Yard in Buildings 그림 24(a) 를보면음성전달지수는수음점별로 54 71%, 평균 61.3%, 표준편차 7.4% 로나타났다. 이를토대로개선 전 후음성전달지수를표 16 RASTI 평가기준에비교해보 면개선전 39.2% 로 Poor( 잘알아듣지못한다.) 로평가되 었으나개선후음성전달지수는 61.3% 로 Good( 잘들린 다.) 로평가되어음성전달지수가많이개선된것을알수 있다. 따라서개선후중정내부에서는원음이왜곡되지않 고음의요해도가높아음성전달이개선전에비해선명하 고명료할것으로사료된다. 본연구는호남기후변화체험관내부에위치한유리형중 정을대상으로음향성능을측정하여음향적결함을파악한 후, 측정자료를토대로음향시뮬레이션을이용하여 5 가지 개선안을제안하였다. 이렇게제안된개선안중최적의음 향성능을확보할것으로예측된개선 5 안을토대로중정내 부의마감재료및흡음조건을변화시켜음향성능을개선하 였다. 본연구의결과는다음과같다. 1. 개선전유리형중정의음향성능은 SPL(A) 는 82.4dB(A), SPL 500Hz 는 72.3dB, RT 500Hz 는 4.27 초, D 50,500Hz 은 24.3%, C 80,500Hz 은 -3.4dB, RASTI 는 39.2% 로나타났다. 따라서유 리형중정내부에서과도한울림과낮은명료도로인해심 각한음향적결함이발생하고있어이에대한개선이시 급하다. 2. 음향시뮬레이션을이용하여 5 가지음향성능개선안을 제안하였다. 개선안별음향성능범위는 SPL(A) 는 71.8 76.1dB(A), SPL 500Hz 는 65.9 70.6dB, RT 500Hz 는 1.2 2 초, D 50, 500Hz 은 36.5 57.8%, C 80, 500Hz 은 0.7 3.1dB, RASTI 는 49.2 62.8% 로나타났다. 따라서 5 가지개선안모두음향 성능이향상되었으며이중유리형중정의활용목적을 다목적홀 로간주한다면개선 5 안이가장적합할것으 로판단된다. 3. 음향성능평가기준인 500Hz 에서잔향시간에따른음향 성능개선전과개선안별흡음요소를비교해보면평균 흡음률 ( ) 은 0.07 에서 0.12 0.19, 실정수 (R) 는 74.7 에서 160.9 307.4, 흡음력 (A) 은 55.8m 2 에서 265.4 365.8m 2 로 증가하였다. 따라서유리형중정내부의마감재료를변경 함으로써흡음요소를변화시켜중정내부에적합한음향 성능을확보할수있었다. 4. 개선 5 안을토대로유리형중정의마감재료및흡음조 건을개선한결과 SPL(A) 는 76.4dB(A), SPL 500Hz 는 61.1dB, RT 500Hz 는 1.2 초, D 50, 500Hz 는 55.8%, C 80, 500Hz 는 3.8dB, RASTI 는 61.3% 로나타났다. 따라서음향적결함 이발생하여개선이시급했던유리형중정은다양한공 연및행사, 집회, 강연등이가능한다목적공간으로음 향성능이개선되었다. 1. 김재수, 건축음향 (2 판 ), 세진사, 2014.08 2. 정아영, 김재수, 유리형중정의음향성능분석, 대한설비공학회학술발표대회, 2014.11 3. 정아영, 김재수, 음향시뮬레이션을이용한유리형중정의음향성능개선, 대한설비공학회학술발표대회, 2015.06 4. 서준보, 김재수, 유리형중정의음향성능개선효과분석, 대한설비공학회학술발표대회, 2015.11 5. 정아영, 김재수, 농협창고를문화공간으로활용하기위한음향성능평가및분석, 한국문화공간건축학회논문집 50 호, 2015.05 6. 김재수, 정읍사예술회관의음향성능개선에관한연구, 한국문화공간건축학회논문집 38 호, 2012.05 7. 이동훈, 정아영, 김재수, 리모델링에따른동리국악당의음향성능개선및평가, 한국문화공간건축학회논문집 51 호, 2015.08 8. 남승훈, 김재수, 리모델링전후공연예술연습공간의체적과흡음요소와의상관성분석, 대한설비공학회학술발표대회 2015.11 9. F.R.atson, Acoustics of Buildings, John iley & Sons,Inc, 1948 10. Heinrich Kuttruff, Room Acoustics, Elsevier Applied Science, 1991 11. Leo Beranek, Concert and Opera Halls, Acoustical Society of America, 1996 12. M.David Egan, Concepts in Architectural Acoustics, McGRA W-Hill Book Company, 1972 13. Michael Barron, Auditorium Acoustics and Architectural Des ign, E & FN SPON, 1993 14. Yochi Ando, Architectural Acoustics, Springer, 1998 [ 논문접수 : 2016. 04. 10] [1 차심사 : 2016. 05. 09] [ 게재확정 : 2016. 05. 31] 194