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문제 정의
- 따라서 이 연구에서는 유럽의 대표적인 예측모델인 RLS-90과 CRTN을 활용하여 도로와 인접한 단일건물을 대상으로 도로소음을 예측하고 도로 및 건물 조건에 따른 소음의 특성을 평가 ·고찰하였다.
- 이 연구는 합리적인 도로소음 예측을 위한 기초연구로서 유럽에서 사용하고 있는 주요 예측모델 중 RLS-90과 CRTN을 이용하여 도로 및 인접한 단일건물조건에 따른 소음의 전달특성을 고찰하였다. 이 연구의 주요 결과를 정리하면 다음과 같다.
제안 방법
- 도로와 건물의 배치각도에 따른 소음 특성을 분석하기 위해 도로와 건물이 평행한 경우를 0°로 설정하고 도로와 건물이 수직관계인 90°로 설정하여 15°씩 변화를 주어 소음 특성을 고찰하였다.
- 또한 같은 조건이라도 예측모델에 따라 예측소음도에 차이가 있을 수 있기 때문에 도로 앞 1 m 지점에서 예측된 소음도를 기준으로 예측 대상 지점에 도달하는 소음도의 상대적 크기로 비교 하였다.
- CRTN은 교통량으로부터 L10을 산정하여 이를 이격거리, 반사와 장애물에 의해 일련의 절차에 따라 감쇠량을 계산한다. 발생 소음(L10,source)은 주행속도, 대형차 혼입률, 경사도, 도로면 조건을 보정치로 더하여 산정하며, 이를 이격거리(CDi), 지면흡음(CGr), 도로의 관측각(CAn), 장애물 및 방음벽(CSc), 반사효과(CRef) 등의 보정을 통해 최종 소음을 산정한다.
- 이 연구에서 수행하는 소음 예측에 대한 신뢰성 검토를 위해 기존에 연구된(14) 아파트 단지의 도로 소음 실측치를 토대로 시뮬레이션 예측치와 비교하였다. 대상 아파트 단지는 주요국도 및 간선도로와 130 m 이격된 K 아파트 단지와 7 m 이격된 S 아파트 단지로 도로로부터 단지로 유입되는 소음도가 환경기준을 초과하는 지역이다.
- . 이 연구에서는 전달경로상 조건인 도로와 직접 인접한 건물에 초점을 맞춰 도로와 건물의 이격거리, 건물의 높이, 건물의 배치각도, 건물 외벽에 의한 반사를 중심으로 고찰하였다. 이때 회절 및 스크린 효과와 상대적으로 영향이 적은 기상조건, 기타 소음 등의 인자는 제외하였다.
대상 데이터
- 아파트 단지의 도로 소음 실측치를 토대로 시뮬레이션 예측치와 비교하였다. 대상 아파트 단지는 주요국도 및 간선도로와 130 m 이격된 K 아파트 단지와 7 m 이격된 S 아파트 단지로 도로로부터 단지로 유입되는 소음도가 환경기준을 초과하는 지역이다. 대상 아파트 단지와 인접도로의 특징은 Fig.
- 도로소음 예측모델은 유럽을 중심으로 여러 모델이 개발되었다. 이 연구에서 사용된 RLS-90은 독일에서 개발되었고, CRTN은 영국에서 개발되었다. 현재 유럽에서는 EU Environmental Noise Directive를 중심으로 소음지도 작성에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며 도로소음 예측의 경우, 도로소음 예측모델을 가지고 있지 않은 국가나 예측모델을 변경하고자 하는 국가에서는 프랑스에서 개발된 XPS31-133(舊 NMPB)을 사용하도록 권고하고 있다(9).
- 03 dB(A)로 나타나 거의 일치하는 것으로 평가되었다(7). 이 연구에서는 RLS-90과 CRTN을 대상으로 연구를 진행하였으며, RLS-90과 CRTN의 특징을 정리하면 Table 1과 같다.
- 이 연구에서는 도로와 건물의 이격거리, 수음점의 높이, 건물의 배치각도, 건물 외벽에 의한 반사 등 4가지의 영향인자를 중점대상으로 하였으며, 각각의 변수설정 조건을 정리하면 Table 6과 같다.
이론/모형
- 또한 같은 조건이라도 예측모델에 따라 예측소음도에 차이가 있을 수 있기 때문에 도로 앞 1 m 지점에서 예측된 소음도를 기준으로 예측 대상 지점에 도달하는 소음도의 상대적 크기로 비교 하였다. 이 연구에서 설정한 영향인자에 대하여 변수를 다양하게 적용하고 조건 변화에 따라 나타나는 결과를 고찰하기 위해 범용 소음예측 프로그램 중 하나인 CadnaA(ver 3.6, DataKustik 社)를 사용하였다.
성능/효과
- (1) 실제 2개 아파트단지의 도로소음 실측값과 예측값을 비교한 결과, RLS-90으로 예측할 경우 최대 1.2 dB(A), CRTN으로 예측할 경우 4.6 dB(A)의 오차가 나타나 RLS-90가 CRTN에 비해 실측값과 더 유사한 것으로 평가되었다.
- (2) 도로와 건물의 이격거리 변화에 따른 소음저감량 고찰 결과, 저층부는 거리감쇠 효과와 지면감쇠 효과가 동시에 나타나 중층부, 상층부보다 상대적으로 저감량이 크게 나타났다. 이격거리와 수음점 높이에 따라 지면감쇠와 거리감쇠의 영향이 다르게 나타나기 때문에 공동주택의 소음 평가방법 수립시 취약층을 중심으로 이격거리와 수음점 높이에 따른 소음 저감특성을 고려 할 필요가 있다고 판단된다.
- (3) 지면감쇠효과에 대한 영향은 두 예측모델 모두 이격거리와 수음점의 높이에 의존한다. 이때 지면감쇠효과의 보정값의 크기는 RLS-90이 CRTN에 비해 상대적으로 크게 나타나는 경향을 보였다.
- (4) 도로와 인접한 단일건물의 배치각도 변화에 따라 수음점에서 도로를 바라보는 관측각의 크기가 변하기 때문에 상대적으로 관측각의 크기가 작은 수직배치가 평행배치보다 약 2.8 dB(A) 낮게 예측되었다.
- (5) 건물 외벽으로부터 1 m 이격된 지점에서 예측된 소음은 반사음의 영향으로 건물이 없을 때보다 2.5 dB(A) 높게 예측되는 것으로 나타났다. 실제 공동주택에서 외부 도로소음을 측정할 때 외부에 면한 창(발코니창)을 열어 놓는 등 반사음의 발생조건이 충분하지 않은 경우 이에 대한 영향을 고려할 필요가 있다고 판단된다.
- 이는 이격거리가 가까운 지점에서는 지면감쇠효과 보다 거리감쇠에 의한 영향이 지배적으로 작용해 저층일수록 저감량이 작게 나타났지만 이격거리가 증가할수록 지면감쇠효과가 작용하여 저층부에서 추가적인 저감이 이루어진 것으로 사료된다. RLS-90과 CRTN 모두 10 m~40 m 구간에서는 5층 지점의 소음저감량이 가장 적어 예측소음도가 가장 큰 것으로 나타났다. 즉, 이격거리가 10 m 이내로 가까울 경우 저층부의 소음도가 크게 나타나고 이후 이격거리가 증가할수록 저층부에 비하여 중층, 고층부의 소음이 크게 나타나 므로, 실제 공동주택 계획 시 도로와 건물의 이격거리에 따라 소음 평가 대상층의 선정에 유의할 필요가 있다고 판단된다.
- 8의 값과 비교하여 Table 7로 정리하였다. 도로와 건물의 이격거리가 10 m에서 50 m로 증가하여도 반사음의 차이는 0.0~0.1 dB(A)로 나타나 이격거리가 변하여도 건물 외벽의 반사음은 일정한 것으로 나타났다. 따라서 건물 외벽의 반사음은 건물 반사 계수의 영향을 받으며 도로와 건물의 이격거리 변화와는 관계없는 것으로 나타났다.
- 도로와 건물의 이격거리가 10 m일 때, 건물의 음향 반사 계수에 따른 반사음 크기를 Fig. 8로 정리한 결과 두 예측모델의 결과 값이 거의 일치하는 것으로 나타났고 ISO 9613-2(18)에서 다루는 반사음원(LW,im)식의 패턴과 유사하게 나타났다. 이와 같은 결과는 두 예측모델에서 건물의 음향 반사 계수에 따른 보정식이 없기 때문에 프로그램 상에서 ISO 9613-2의 반사음원(LW,im)식이 적용되었기 때문으로 사료된다.
- 3과 같다. 두 예측모델 모두 1층에서 저감량이 크게 나타나며, 특히 이격거리가 가까운 지점에서 급격히 증가하다가 이격거리가 증가할수록 점차 둔화되는 로그스케일의 형태가 나타났다. 이에 비해 5층 이상의 높이에서는 이격거리가 증가할수록 비교적 일정한 폭으로 저감량이 증가하였다.
- 6과 같으며 두 예측모델의 결과값은 유사한 것으로 나타났다. 두 예측모델 모두 배치각도 변화에 따른 각 층별 소음도는 큰 차이가 없으며, 건물이 도로와 평행할 때 약 2.2~2.5 dB(A)의 건물 반사음이 추가적으로 발생하며 이후 건물의 각도 변화에 따라 건물 반사음의 영향이 적어지는 것으로 나타났다. D.
- 5는 도로와의 이격거리가 1 m인 지점에 위치한 건물의 1층을 기준으로 전 지점의 소음 저감특성을 나타낸 것이다. 두 예측모델 모두 이격거리 5 m 이내의 구간에서는 1층의 소음 저감량이 전 층에서 가장 적어 소음도가 가장 큰 것으로 나타났다. 이격거리가 증가 할수록 1층의 저감량이 상대적으로 크게 증가해 RLS-90은 이격거리 10 m 부근에서 5층과 같은 저감량을 가지며 CRTN은 이격거리 5 m 이상에서 5층과 같은 저감량이 나타났다.
- 즉, RLS-90으로 예측한 경우 실측치와의 오차가 사람의 청력을 통해 소음의 크기를 감지할 수 있는 최소범위인 3 dB(A) 이내로 CRTN보다 실측치와 유사한 경향이 나타났다. 따라서 RLS-90을 이용한 도로소음 예측은 신뢰성이 있는 것으로 판단되며 CRTN은 실측치와 약 4.1 dB(A)의 오차가 발생하기 때문에 예측 시 오차범위에 대한 주의가 필요할 것으로 판단된다.
- 1 dB(A)로 나타나 이격거리가 변하여도 건물 외벽의 반사음은 일정한 것으로 나타났다. 따라서 건물 외벽의 반사음은 건물 반사 계수의 영향을 받으며 도로와 건물의 이격거리 변화와는 관계없는 것으로 나타났다. 현장에서 외부 도로소음을 측정 할 때 현장 여건에 따라 창문을 열어놓고 측정하는 경우 반사음의 영향이 발생하지 않아 소음도가 낮게 측정될 수가 있다.
- 이때는 DS와 DR의 크기에 의해 반사음의 크기가 결정되며 도로와 건물의 배치각도가 90°에 가까워질수록 θS에 대하여 θR이 감소하므로 반사음의 크기가 작아져 건물의 수직배치가 반사음의 저감측면에 유리한 것을 확인하였다. 따라서 도로와 인접한 단일건물에 대해 건물배치각도의 측면만 고려하면 수직배치가 평행배치에 비해 소음이 약 2.8 dB(A)낮은 것으로 평가되었다.
- Table 3, 4는 Table 2를 바탕으로 예측한 결과와 실측치와의 오차 범위를 비교한 것이다. 실측치와 RLS-90으로 예측한 값의 편차는 각각 0.2 dB(A), 1.2 dB(A)로 나타났고 실측치와 CRTN으로 예측한 값의 오차는 각각 4.6 dB(A), 3.6 dB(A)로 나타나 CRTN보다 RLS-90의 예측치가 실측치와 더 유사한 것으로 나타났다. 즉, RLS-90으로 예측한 경우 실측치와의 오차가 사람의 청력을 통해 소음의 크기를 감지할 수 있는 최소범위인 3 dB(A) 이내로 CRTN보다 실측치와 유사한 경향이 나타났다.
- 7로 정리하였다. 예측지점이 건물 외벽으로부터 1 m 이격된 지점으로 가정하면 예측모델 모두 건물 외벽의 반사효과로 2.2~2.5 dB(A)의 소음도 증가가 나타나며 이후 거리가 증가할수록 반사음의 크기는 줄어드는 것으로 나타났다. KS F 2869 공동주택 외부 교통소음 현장 측정 방법(17)에서는 측정위치를 외벽으로부터 1 m 이격된 지점으로 규정하고 있다.
- 이격거리가 증가 할수록 1층의 저감량이 상대적으로 크게 증가해 RLS-90은 이격거리 10 m 부근에서 5층과 같은 저감량을 가지며 CRTN은 이격거리 5 m 이상에서 5층과 같은 저감량이 나타났다.
- 6 dB(A)로 나타나 CRTN보다 RLS-90의 예측치가 실측치와 더 유사한 것으로 나타났다. 즉, RLS-90으로 예측한 경우 실측치와의 오차가 사람의 청력을 통해 소음의 크기를 감지할 수 있는 최소범위인 3 dB(A) 이내로 CRTN보다 실측치와 유사한 경향이 나타났다. 따라서 RLS-90을 이용한 도로소음 예측은 신뢰성이 있는 것으로 판단되며 CRTN은 실측치와 약 4.
- 4는 RLS-90과 CRTN의 지면 보정식을 이용하여 1층과 10층의 이격거리별 저감량을 나타낸 예로써, 두 예측모델은 1층의 경우 이격거리가 10 m이내의 구간에서 저감량이 거의 유사하게 나타났다. 하지만 10 m 이후의 구간에서는 RLS-90의 저감량이 더 큰 것으로 나타났고 10층의 경우에도 RLS-90의 저감량이 크게 나타나, RLS-90은 CRTN에 비해 지면효과에 의한 보정이 크게 작용하는 것으로 나타났다.
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