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문제 정의
- 본 연구에서는 건축 실내음향 특성파악에 이용되는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 비상경보설비의 음향장치에 공급되는 전압의 변동에 따른 비상경보설비음의 전달 특성을 파악하였다.
- 이러한 관점에서 본 연구에서는 자동화재탐지설비의 지구음향장치에 있어서 건축 실내음향 특성파악에 이용되는 컴퓨터 시뮬레이션을 사용하여 비상경보설비의 음향장치에 공급되는 전압의 변동이 음향장치의 음량에 어떤 영향을 미치는지 파악하고자 하였으며, 건물내 전달되는 음압레벨의 변화를 컴퓨터 시뮬레이션과 실제 설비음을 작동시켜서 비교분석 하였다.
제안 방법
- 연구대상 평면의 강의실 내부의 음압레벨 예측을 위하여 각 강의실에 면한 벽체부의 음압레벨을 예측하였다. Figure 6의 a)에서 보면 벽체는 3개의 수음점의 평균값을 이용하였으며 문은 1개의 평균값을 이용하여 각 강의실 벽체부의 음압레벨을 예측하였다.
- 음향장치는 정격전압 80% 전압에서 음향이 발할 수 있도록 설계되어 있고, 본 연구의 대상건물은 수신기에서 발신기까지의 거리(500m) 이격에 따른 전압강하는 식(1)에서 약 5.5V이므로 전압범위를 DC 24V ± 20%로 설정하였다.
- 5V이므로 전압범위를 DC 24V ± 20%로 설정하였다. 이러한 본 실험에서는 자체 제작한 음향장치에 제공되는 전압은 디지털 파워 서플라이(digital power supply)를 이용하였다.4)
- Figure 6의 a)에서 보면 벽체는 3개의 수음점의 평균값을 이용하였으며 문은 1개의 평균값을 이용하여 각 강의실 벽체부의 음압레벨을 예측하였다. 이를 통하여 얻어진 주파수별 음압레벨을 이용하여 벽체와 문의 투과손실값을 적용한 후 각 강의실에 면한 벽체부에 컴퓨터 시뮬레이션의 면음원을 이용하여 전체 건물 내의 소음의 전달 특성을 파악하였다.
- 전압에 따른 비상경보설비의 음향파워레벨은 반무향실에서 측정하였다. 이렇게 측정된 음향파워레벨을 건축 실내음향 특성파악에 이용되는 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 Odeon4.
- 본 실험에서는 반무향실 및 무향실에서의 정밀 측정 방법(KS A ISO 3745)에 따라 반무향실에서 음압도를 측정하여 비상경보설비의 음향파워레벨을 산출하였다. 측정은 한국산업규격(KS A ISO 3745)에 따라 반구면 상의 10개 지점에서 반무향실내의 배경소음을 측정한 후, 측정대상기기의 음압도를 측정하여 음향파워레벨을 산출하였다.
- 컴퓨터 시뮬레이션 방법은 각각의 비상경보설비가 동일한 위치에서 무지향성 음원으로 노출시킨 후 반무향실에서 얻어진 비상경보설비 종류별 PWL값을 입력하여 복도의 거리별 위치에서 주파수별 음압레벨을 파악하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상 건축물은 학교시설로서 복도를 중심으로 양쪽으로 강의실이 계획되어 있는 중복도식 건물이다. 대상건물은 자동화재탐지설비 P형수신기가 설치되어 있는 대학내 건물로부터 직선거리 약 500m 정도 떨어진 위치에 있다. 대상건물의 평면형태는 Figure 5와 같다.
- 본 연구대상 건축물은 학교시설로서 복도를 중심으로 양쪽으로 강의실이 계획되어 있는 중복도식 건물이다. 대상건물은 자동화재탐지설비 P형수신기가 설치되어 있는 대학내 건물로부터 직선거리 약 500m 정도 떨어진 위치에 있다.
- 반구면 측정법에서 사용하는 구면은 음원의 음향 중심에 측정 중심을 두도록 하였으며, 측정 구면의 반지름은 최대 음원 치수의 2배 이상 또는 반사면으로부터 음원의 음향 중심까지의 거리의 3배 이상 중에서 큰 쪽을 선택하였다. 본 연구에서는 1m로 하였다.
- 실험에 사용된 음향장치는 비상벨설비와 자동식사이렌설비이며, 그 형태는 Figure 3과 같다.
- 자동화재탐지설비의 지구음향장치에 있어서 수신기와 말단회로의 이격거리로 말미암아 발생하는 전압강하에 따른 비상경보설비의 전달특성을 파악하기 위해 D대학의 강의동을 선정하였다.
- 화재비상경보음 전달 실태 측정은 본 실험에서 사용된 음향장치 중 경종과 전자식 폰형만을 이용하여 대상건물의 복도에서 전압에 따라 음향을 발생하였다. 측정위치는 음향장치의 1m 떨어진 위치를 포함하여 복도 6개소와 강의실 내부 2개소를 측정하였다.
데이터처리
- 전압에 따른 비상경보설비의 음향파워레벨은 반무향실에서 측정하였다. 이렇게 측정된 음향파워레벨을 건축 실내음향 특성파악에 이용되는 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 Odeon4.21를 이용하여 각 실내에 전달되는 비상경보설비음의 음량 특성과 실제 비상경보설비음을 작동시켜 측정한 음량 특성과 비교 분석하였다.
이론/모형
- 본 실험에서는 반무향실 및 무향실에서의 정밀 측정 방법(KS A ISO 3745)에 따라 반무향실에서 음압도를 측정하여 비상경보설비의 음향파워레벨을 산출하였다. 측정은 한국산업규격(KS A ISO 3745)에 따라 반구면 상의 10개 지점에서 반무향실내의 배경소음을 측정한 후, 측정대상기기의 음압도를 측정하여 음향파워레벨을 산출하였다.
- 비상경보설비의 음량 전달특성 분석은 음선추적법(Ray-tracing method)과 허상법(Image model method)에 의한 3차원 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하였으며 사용프로그램은 Odeon4.21이다.
- 시험에 사용된 장비는 Rion社의 다채널신호분석처리기(SA-01 8ch)를 이용하였다. 반구면상의 마이크로폰 설치 위치 및 측정 장면은 Figure 4와 같다.
- 음향시뮬레이션에서 측정조건은 온도 20℃, 습도 50%로 하였으며, 확산방법은 Lambert Method, Impulse Response 길이는 3000ms, Transition order는 3으로 설정하였다.6)
성능/효과
- 8dB로 측정되었다. 또한 경종은 주파수 증가에 따라 음항파워레벨이 증가하고 고주파 대역에서 피크 레벨을 보이는데 반해 전자사이렌의 폰형과 스피커형은 135~200Hz에서 최저음향파워레벨을 보이다가 이후 급격히 증가하는 패턴을 나타냈다.
- 전압에 증가함에 따라 PWL도 증가하는 경향을 보이고 있다. 특히 경종과 전자식 사이렌 폰형은 전압에 따라 약 1dB씩 증가하는 경향이 보였고, 전자식 사이렌 스피커형은 약 2dB씩 변화되는 경향을 보여주었다.
후속연구
- 복도와 다르게 음압레벨의 차이가 크게 발생한 강의실 내부는 음압레벨을 예측할 경우에 복도와 면한 벽체부 외 인접 강의실, 천정반자 그리고 기타 우회경로를 통해 음이 전달된 것으로 사료된다. 하지만 현장측정을 통한 실측치와 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 예측치의 오차를 분석하여 추후 계획될 건축물의 화재비상경보 설비음의 전달 특성을 초기에 예측 가능할 것으로 사료된다.
- 향후 예측수법의 정확도와 타당성 검토을 통해 화재비상경보음의 전달특성을 건축물의 계획 시에 예측 비교한다면 화재 경보의 인지 가능성을 높일 수 있을 것으로 사료된다.
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