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문제 정의
- 본 연구는 건축시공연대와 설계방법이 다른 3개의 초등학교를 선정하여 실내음향인자와 인접교실과의 차음성능을 측정하고, 이 결과를 바탕으로 종합표준설계에 의해 지어진 과거의 초등학교와 설계경기를 통해 지어진 새로운 학교간의 음향성능과 차음성능을 분석·평가하고자 한다. 또한 최근에 실시되고 있는 열린교실의 유동성 있는 배치를 기존의 교실과 비교하였을 때 음향성능 면에서 얼마나 차이가 있는지를 알아보고자 한다.
- 본 연구는 건축시공연대와 설계방법이 다른 3개의 초등학교를 선정하여 실내음향인자와 인접교실과의 차음성능을 측정하고, 이 결과를 바탕으로 종합표준설계에 의해 지어진 과거의 초등학교와 설계경기를 통해 지어진 새로운 학교간의 음향성능과 차음성능을 분석·평가하고자 한다. 또한 최근에 실시되고 있는 열린교실의 유동성 있는 배치를 기존의 교실과 비교하였을 때 음향성능 면에서 얼마나 차이가 있는지를 알아보고자 한다.
제안 방법
- 그림 1은 조사한 3개 학교 단위교실의 창문과 출입문의 위치를 보여주고 있다. 3개 학교 공히 같은 위치에 창문과 출입문이 있는 관계로 대표적으로 C학교의 교실 단위평면을 기재하였다.
- 각 교실내에 설정된 6개의 수음점에서 측정한 음압레벨의 평균치를 교실별로 비교하여 분석하였다. 음원의 출력은 90dB로 동일하게 방사하였으며 음원과 수음점의 이격거리는 동일하게 설정하여 측정하였다.
- 각 교실별 차음성능을 국내와 외국의 기준과 비교하여 보았다. 국내 초등학교 일반교실의 실간 차음 기준은 표 5에 나타난 미국의 사례와 같이 STC45를 기준하고 있다.
- 각 교실에서의 음향성능을 파악하기 위하여 음압레벨(SPL), 잔향시간(RT), 음이해도(RASTI), 음성명료도(D50)등의 실내음향인자와 실간 차음성능을 측정하였다. 또한 출입문과 창문의 개폐상태에 따른 경우를 설정하여 창을 모두 닫았을 때, 창을 반만 열었을 때, 창을 모두 열었을 때, 문만 열었을 때를 설정하여 각 교실별로 실내음향측정을 실시하였다.
- 각 학교의 실간벽체에 대한 차음성능 측정과 더불어 실제로 각 교실에서 실간 차음성능을 분석하였다. 각 교실의 실간차음량은 그림 14에 나타난 바와 같이 창문을 개폐한 정도에 따라 TL 값의 크기가 결정되었다.
- 초등학교 교실의 비교실험을 위하여 청주에 위치한 초등학교 중에서 종합표준설계를 통해 건축된 학교 1개(C교실)와 설계경기를 통해 건축된 학교 2개를 선택하였다. 그리고 설계경기를 통해 건축된 학교도 열린교실(J교실)을 표방하는 학교와 일반학교(W교실)로 나누어 선택을 하였다.
- 실내음향인자 측정에서는 교실내에 4개의 수음점을 선정하여 실시하였으며, 차음성능 측정에서는 6개의 수음점을 설정하여 실시하였다. 그리고 실내음향인자와 차음성능 측정시에 아래의 4가지 상황을 설정하여 측정하였다.
- 각 교실에서의 음향성능을 파악하기 위하여 음압레벨(SPL), 잔향시간(RT), 음이해도(RASTI), 음성명료도(D50)등의 실내음향인자와 실간 차음성능을 측정하였다. 또한 출입문과 창문의 개폐상태에 따른 경우를 설정하여 창을 모두 닫았을 때, 창을 반만 열었을 때, 창을 모두 열었을 때, 문만 열었을 때를 설정하여 각 교실별로 실내음향측정을 실시하였다.
- 측정시 음원신호는 MLS신호를 사용하였고, 90dB의 출력으로 음원신호를 방사하였다. 모든 실험은 3번씩 측정하여 평균값을 취하였다.
- 전자의 경우에서 교실의 교탁에 교사의 얼굴 높이에 무지향성 음원(Omni-directional speaker)을 설치하였고, 후자의 경우 실의 중앙에 음원을 설치하여 측정하였다. 실내음향인자 측정에서는 교실내에 4개의 수음점을 선정하여 실시하였으며, 차음성능 측정에서는 6개의 수음점을 설정하여 실시하였다. 그리고 실내음향인자와 차음성능 측정시에 아래의 4가지 상황을 설정하여 측정하였다.
- 각 교실내에 설정된 6개의 수음점에서 측정한 음압레벨의 평균치를 교실별로 비교하여 분석하였다. 음원의 출력은 90dB로 동일하게 방사하였으며 음원과 수음점의 이격거리는 동일하게 설정하여 측정하였다. 각 교실의 주파수별 음압레벨은 그림 10에 나타난 바와 같다.
- 이상의 연구에서 종합표준설계에 의해 지어진 초등학교와 근래에 들어 설계경기를 통해 지어진 학교의 음향성능 및 차음성능을 측정하였으며 실험에 따른 분석결과는 아래와 같다.
- 첫번째로는 한 교실안에서 음향인자를 측정하는 측정을 실시하였으며, 두 번째로는 인접한 두 교실 간의 차음성능을 측정하였다. 전자의 경우에서 교실의 교탁에 교사의 얼굴 높이에 무지향성 음원(Omni-directional speaker)을 설치하였고, 후자의 경우 실의 중앙에 음원을 설치하여 측정하였다. 실내음향인자 측정에서는 교실내에 4개의 수음점을 선정하여 실시하였으며, 차음성능 측정에서는 6개의 수음점을 설정하여 실시하였다.
- 실내음향측정은 크게 두 가지로 실시하였다. 첫번째로는 한 교실안에서 음향인자를 측정하는 측정을 실시하였으며, 두 번째로는 인접한 두 교실 간의 차음성능을 측정하였다. 전자의 경우에서 교실의 교탁에 교사의 얼굴 높이에 무지향성 음원(Omni-directional speaker)을 설치하였고, 후자의 경우 실의 중앙에 음원을 설치하여 측정하였다.
대상 데이터
- 교실의 선정에 있어서 표준설계도와 최근에 신축한 교실중 대표성을 갖는 교실을 선정하였다. 측정대상 교실중 C초등학교는 1978년에 표준설계도에 의하여 시공된 학교이며, W초등학교는 1996년에 설계경기에 의하여 신축되었다.
- 초등학교 교실의 비교실험을 위하여 청주에 위치한 초등학교 중에서 종합표준설계를 통해 건축된 학교 1개(C교실)와 설계경기를 통해 건축된 학교 2개를 선택하였다. 그리고 설계경기를 통해 건축된 학교도 열린교실(J교실)을 표방하는 학교와 일반학교(W교실)로 나누어 선택을 하였다.
- 교실의 선정에 있어서 표준설계도와 최근에 신축한 교실중 대표성을 갖는 교실을 선정하였다. 측정대상 교실중 C초등학교는 1978년에 표준설계도에 의하여 시공된 학교이며, W초등학교는 1996년에 설계경기에 의하여 신축되었다. 또한 J초등학교는 열린교실을 지향하여 가장 최근인 2000에 완공되었다.
- 0m로 설정하였다. 측정시 음원신호는 MLS신호를 사용하였고, 90dB의 출력으로 음원신호를 방사하였다. 모든 실험은 3번씩 측정하여 평균값을 취하였다.
성능/효과
- 1) 신축교사의 RASTI 값이 10년 이상된 학교(0.70)나 열린교실(0.64)보다 높은 것으로 나타났다.
- 2) 잔향시간은 열린교실에서 가장 높았으며 이는 바닥재를 콘크리트위에 바로 시공한 때문으로 비롯된다. 초등학교 교실의 적정치에 가장 적당한 값은 10년 이상된 학교에서 나타나고 있다.
- 3) 실내 음성명료도는 역시 일반 신축교사가 열린교실보다 높게 나타났다. 이것은 실의 기밀과 내부바닥의 마감자재의 차이로 비롯되었으며 최근의 열린교실은 음의 차음과 실내 명료도에서 열악한 것으로 나타났다
- 4) 교실간의 실간벽체의 차음치는 최근에 신축한 교실은 설계기준인 STC45를 만족하고 있으나 열린교실의 경우 이보다 STC값이 5정도 부족한 것으로 나타났다.
- 5) 각 학교별 교실간의 차음치 비교에서도 열린교육에 따라 가변적으로 교실의 구성할 수 있도록 구성한 교실의 교실간 차음치는 기존의 교실보다 차음성능이 중간주파수 대역 이상에서 평균 5∼6dB 낮은 것으로 나타났다.
- 교실간의 차음량을 비교하여 보면 실간 벽체의 차음성능에서 나타난 바와 같이 TL값은 W교실이 가장 크고 J교실이 가장 작게 나타났다. 이것은 칸막이벽의 재료와 두께가 가장 큰 원인으로 나타났다.
- 따라서 차음성능의 차이는 학교마다 교실과 교실의 차음벽과 교실과 복도사이의 벽 및 출입문의 기밀성의 차이에서 주로 비롯된 것으로 나타났다.
- 잔향시간 분석결과 C교실과 W교실의 경우 잔향시간(T500-1000)이 각각 0.56초와 0.57초를 보이고 있는 반면에, J교실은 0.74의 값을 보여 기준치에서 가장 먼 것으로 나타났다 (그림 8 참조). 특히, J교실의 높은 잔향시간은 다른 두 교실의 바닥재가 얇은 Wood Flooring인데 비하여 J교실의 바닥재료가 콘크리트위에 직접 Wood panel을 설치함으로서 저음부의 흡음성이 낮은 것도 하나의 원인이라고 판단된다.
- 조사결과 각 교실의 크기는 전체 부피로는 비슷하나 바닥 면적은 최근의 학교일수록 점차 증가하는 추세에 있음을 알 수 있었다.
- 창문의 개폐상태에 따른 음성이해도 분석결과 창문을 모두 닫은 경우에 음성이해도가 더 작아지는 결과를 나타내었다. 이것은 창문을 열었을 경우 창문을 통한 음손실의 의하여 벽체의 흡음력이 증가하는 것과 같은 역할을 하여 잔향시간과 후기 반사음이 감소됨으로 음성이해도는 향상되는 것으로 보인다.
- 음성의 이해도는 RASTI 값을 측정함으로서 평가할 수 있다. 측정결과 학교 교실의 음성이해도 기준치인 0.6을 모두 상회하고 있으나 세 학교를 비교한 결과 W교실이 가장 높은 RASTI값(0.74)을 나타내었다. C교실과 J 교실의 RASTI 값 0.
후속연구
- 위의 결과를 토대로 열린학교에서의 재료 선택과 개방성의 적용을 신중히 하여 건축음향성능을 높일 필요가 있다고 판단된다. 또한 향후 초, 중,고등학교의 교실의 종류에 따른 목적에 따라 실내음환경의 기준이 마련되어 부위별로 적정한 실내마감자재의 제시가 이루어져야 할 것이다.
- 학교의 수업은 대부분이 육성과 시청각 자료에 의해서 이루어 지기 때문에 무엇보다도 음성의 명료도 확보는 매우 중요한 것이다. 위의 결과를 토대로 열린학교에서의 재료 선택과 개방성의 적용을 신중히 하여 건축음향성능을 높일 필요가 있다고 판단된다. 또한 향후 초, 중,고등학교의 교실의 종류에 따른 목적에 따라 실내음환경의 기준이 마련되어 부위별로 적정한 실내마감자재의 제시가 이루어져야 할 것이다.
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