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문제 정의
- 국한되어 이뤄져왔다[1-5]. 대공간에서 음향시스템에 의한 음향특성에 있어서 본 연구에서는대공간의 건축조건 변화예 따른 음향특성 및 음향시스템 설계조건에 따른 음향특성을 예측 분석하고자 한다.
- 본 연구에서는 대공간에서 스피커 시스템 변화에따른 실내음장 특성 변화를 파악하기 위하여 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 예측 . 분석하였다.
- 이와 같은 배경에서 본 연구는 대공간의 전기음향 스피커 시스템 설계 시 중요하게 고려되는 스피커 시스템의 지향성 및 설치높이 그리고 설치 개수와 동시에 실의 흡음력 변화를 설계변수로 적용하여 실내음장특성의 변화를 분석함으로써 향후 전기음향 시스템 설계 시 기초 자료로 활용하고자 하였다.
제안 방법
- 대공간에서 실의 흡음력 및 시스템 변화에 따른음장 변화 특성을 잔향감과 명료도 관련 음향지표를 중심으로 살펴보았다. 본 연구결과를 바탕으로스피커 배치방식의 음향성능에 대한 물리적 평가외에 청취실험에 의한 주관적 평가가 이루어져야할 것이다.
- 본 연구에서는 6개 시스템 설계안을 검토하였다 (표 2).
- 대규모의 무주공간의 천장은 단일 유효면적으로 객석을 제외하고흡음력의 조절이 가능한 가장 큰 부위이다. 본 연구에서는 천장 흡음율을 3단계로 변화시켜 실의 흡음력을 조절하였으며, 단계별 변화에 따른 음향 특성을 분석하였다.
- 분산 배치방식은 국내외에서 사용빈도가 상대적으로 높은 배치방식으로잔향시간이 길고 배경소음이 높은 경우 선호하는방식이다. 스피커 시스템 설계안은 설치높이 및 개수, 지향성을 설계변수로, 6개 설계안을 구성하여분석하였다. ,
- 스피커 시스템의 지향성, 설치위치 및 개수를 변화시켜 6개 시스템을 설계함과 동시에 실의 흡음력을 3단계로 고려하여 총 18개의 음향 조건을 검토대상으로 하였다. 실내음장 특성 변화는 잔향시간(T30), 초기감쇠시 간(EDT), 초기음에너지 비(D50), 언어 명 료도 (RASTI) 그리고 음압레벨 분포(SPL deviation)를 대상으로 분석하였다. 결과를 요약하면 다음과 같다.
- 하였다. 실내의 37개의 평가지점을 대상으로 스피커의 설치높이 및 개수, 스피커의 지향성을변화시켜 6개 시스템을 설계하였으며, 동시에 3단계의 실의 흡음력 변화를 고려하여 총 18개 음향조건을 구성하였다. 실의 흡음력 변화는 대규모 체육시설에서 가장 면적이 크고 흡음재의 적용이 가능한천장면을 대상으로 하였다.
- 실의 흡음력 변화에 따른 전체 객석에서의 평균초기 음에 너 지 비 변화를 1/1 옥타브밴드의 중심 주파수별로 분석한 결과를 주파수대역별로 나누어 살펴보았다. 주파수대역별 검토는 저주파수대역 (LF, 125 Hz 및 250Hz 산술평균), 중주파수대역(MF, 500Hz 및 1kHz 산술평균), 고주파수대역 (HF, 2kHz 및 4kHz 산술평균), 전체주파수대역(OA, 125Hz~4kHz 산술평균)을대상으로 하였다.
- 것이다. 실의 흡음력 조건에 따른 주파수대역별 분석은 저주파대역 (LF), 중주파수대역(MF), 고주파수대역(HF), 전체주파수대역(OA)으로 나누어 검토하였다.
- 음향시스템 중 설계변수가 가장 많고 설계변수조절에 따른 음향성능의 차이가 비교적 뚜렷한 스피커 시스템의 설치높이 및 개수, 지향성, 주파수특성을 설계변수로 검토하였다.<표 3>은 검토대상스피커 시스템 A~F의 커버리지를 도식화하여 나타낸 것이다.
- 전체 수음점에서의 1/1옥타브밴드의 중심주파수값은 저주파대역 (LF), 중주파수대역 (MF), 고주파수대역(HF), 전체주파수대역(0A)으로 나누어 분석하였다. 분석 결과, 객석 전체의 평균 잔향시간은<그림 5>에서와 같이 주파수별로 실의 흡음력 증가와 다른 특성을 나타내었다.
- 것이다. 주파수대역별 초기감쇠시간은 저주파대역 (LF), 중주파수대역 (MF), 고주파수대역(HF), 전체주파수대역(OA)으로 나누어 검토하였다. 흡음력증가에 따른 초기감쇠시간의 변화는 중주파수대역 (MF) 및 전체주파수대역 (OA)에서 감소하는 경향을보였다.
- 폐쇄형 돔경기장을 대상으로 실의 흡음력 변화에따른 건죽음향 특성을 검토하였다. 대규모의 무주공간의 천장은 단일 유효면적으로 객석을 제외하고흡음력의 조절이 가능한 가장 큰 부위이다.
대상 데이터
- 실의 흡음력 변화는 대규모 체육시설에서 가장 면적이 크고 흡음재의 적용이 가능한천장면을 대상으로 하였다. 본 연구에서 검토된 음향성능 평가 파라메타는 명료도 및 잔향감과 관련된 변수들로서 잔향시간(T30), 초기감쇠시간(EDT), 초기음에너지비(D50), 언어명료도(RASH) 그리고 음압레벨 분포(SPL deviation)를 그 대상으로 하였다.
- 혼합형으로 나뉜다. 본 연구에서는 분산배치방식을 그 대상으로 하였다. 분산 배치방식은 국내외에서 사용빈도가 상대적으로 높은 배치방식으로잔향시간이 길고 배경소음이 높은 경우 선호하는방식이다.
- 본 연구의 평가대상 공간은 타원형의 야구전용돔경기장으로 24, 312석(197.8地可) x 153.1MO 규모이며, 체육활동 및 공연, 행사 등 다목적 경기장으로 계획되었다. 대상공간의 평면과 구체적인 건축제원은<그림 1>과 같다.
- 스피커 시스템의 설계 및 적용성 검토는 현재 계획이 진행 중인 22, 258석 규모의 폐쇄형 돔구장을대상으로 하였다. 실내의 37개의 평가지점을 대상으로 스피커의 설치높이 및 개수, 스피커의 지향성을변화시켜 6개 시스템을 설계하였으며, 동시에 3단계의 실의 흡음력 변화를 고려하여 총 18개 음향조건을 구성하였다.
- 분석하였다. 스피커 시스템의 지향성, 설치위치 및 개수를 변화시켜 6개 시스템을 설계함과 동시에 실의 흡음력을 3단계로 고려하여 총 18개의 음향 조건을 검토대상으로 하였다. 실내음장 특성 변화는 잔향시간(T30), 초기감쇠시 간(EDT), 초기음에너지 비(D50), 언어 명 료도 (RASTI) 그리고 음압레벨 분포(SPL deviation)를 대상으로 분석하였다.
- 실내의 37개의 평가지점을 대상으로 스피커의 설치높이 및 개수, 스피커의 지향성을변화시켜 6개 시스템을 설계하였으며, 동시에 3단계의 실의 흡음력 변화를 고려하여 총 18개 음향조건을 구성하였다. 실의 흡음력 변화는 대규모 체육시설에서 가장 면적이 크고 흡음재의 적용이 가능한천장면을 대상으로 하였다. 본 연구에서 검토된 음향성능 평가 파라메타는 명료도 및 잔향감과 관련된 변수들로서 잔향시간(T30), 초기감쇠시간(EDT), 초기음에너지비(D50), 언어명료도(RASH) 그리고 음압레벨 분포(SPL deviation)를 그 대상으로 하였다.
- 주파수대역별 검토는 저주파수대역 (LF, 125 Hz 및 250Hz 산술평균), 중주파수대역(MF, 500Hz 및 1kHz 산술평균), 고주파수대역 (HF, 2kHz 및 4kHz 산술평균), 전체주파수대역(OA, 125Hz~4kHz 산술평균)을대상으로 하였다. 분석 결과, 전반적으로 천장의 흡음율 증가가 초기음에너지의 비율을 높이는데 기여하는 것으로 분석되었다.
데이터처리
- 예측방법은 꾸준히 연구되어 왔다. 음향성능 예측은 대상공간을 Auto CAD를 이용해 3D 모델링으로 구성한 후, 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램 Catt-Acoustics V8.0을 이용하여 분석하였다.
성능/효과
- - 스피커 시스템 적용에 따른 평가 결과, 음성전달지수 및 초기음에너지비는 적용된 시스템 및 실의 흡음력 증가와 상관없이 거의 모든 시스템에서 50% 이상으로 나타났다. 시스템 설치높이가 높은시스템의 경우 실의 흡음력 조건보다 스피커 시스템의 영향을 더 받는 것으로 분석되었다.
- 특히, 흡음력 증가의 영향은 중간주파수대 역(MF) , 고주파수대 역 (HF) , 전체 주파수대역 (0A)에서 두드러지게 나타났으며 해당 주파수대역에서는 흡음력 증가에 따라 초기음에너지비는 거의 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. - 음성전달지수는 실의 흡음력이 가장 낮은 조건에서도 56.19%이상으로 나타났으며, 흡음력의 증가에 따라 66.21%, 82.35%로 높게 나타났다.
- - 잔향시간 평가 결과, 스피커 시스템의 설치위치가 낮을 경우 실의 흡음력 증가에 따라 잔향시간은감소는 것으로 나타났으나 스피커 설치 높이가 높은 시스템은 실의 흡음력 증가와 무관한 결과를 보였다. 즉, 실의 흡음력 변화에 의한 잔향시간 변화보다 적용 시스템에 따른 변화에 더 큰 영향을 받는것으로 분석되었다.
- - 잔향시간 평가 결과를 살펴보면, 실의 흡음력증가에 따라 고주파수대역 (HF) 및 중주파수대역 (MF)에서는 오히려 감소하는 것으로 분석되었다. - 실의 흡음력 증가에 따른 전체주파수대역(0A) 잔향시간은 실의 흡음력 증가에 따라 선형적으로감소하는 것으로 나타났으나 중 ■ 고주파수대역에서는 오히려 증가하거나 변화를 보이지 않았다.
- 5dB 범위로 나타났다. CASE 1에서 시스템 D, E 는 위치별 편차가 ±8dB로 상대적으로 크게 나타나실의 흡음력이 클수록 좌석별 편차가 큰 것으로 나타났다.
- 검토 결과, 실의 흡음력 변화에 의한 잔향시간 변화보다는 적용된 시스템에 따른 변화가 더 크게 영향을 미치고 있으며, 시스템에 따라 실 전체의 편차또한 다르게 나타났다. 스피커 설치위치가 낮은 시스템 A, B, C는 실의 흡음력 증가에 따라 잔향시간은 감소하였으며, 스피커 설치 높이가 높은 시스템 D, E, F는 실의 흡음력 증가와 무관한 결과를 보였다.
- <그림 4>는 대상공간의 실의 흡음력 증가에 따른 언어명료도 평가 결과를 표준편차와 함께 나타낸 것이다. 결과를 보면, 음성전달지수는 CASE 1에서 CASE 3으로 실의 흡음력이 증가할수록 선형적으로 비례하여 개선되는 것으로 나타났으며, 수음점별 편차도 감소한 것을 알 수 있었다. 천장 흡음율 조건에 따라 CASE 1은 56.
- 흡음력증가에 따른 초기감쇠시간의 변화는 중주파수대역 (MF) 및 전체주파수대역 (OA)에서 감소하는 경향을보였다. 그러나 저주파수대역 (LF) 초기감쇠시간은 CASE1 보다 CASE2에서 증가했으며, 고주파수대역 (HF)에서는 흡음력 증가에 관계없이 거의 유사한 결과를 보였으며 전체 주파수대역(OA)에서 표준편차가 큰 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 전술한바와 같이 실의 음향특성이라기 보다는 감쇠구간의비선형성에 기인한 것으로 판단된다.
- 특히 시스템 A, D, E는 실의 흡음력이 가장 낮은 CASE 1의 결과에서도 60%이상으로 나타나 실의 흡음력 조건보다는시스템의 음향적 특성이 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 낮게 설치된 스피커 시스템의 경우, 스피커 빔폭이 좁고 개수가 많을수록 초기음에너지비는 높게 나타났으며, 흡음력 증가에 따라 초기음에너지비는 낮아지는 경향을 보였다,
- 또한 중주파수대역 (MF) 잔향시간은 CASE 1, 2보다 흡음력이 가장 높은 조건인 CASE 3의 결과에서더 길게 나타났다. 중주파수대역(MF) 및 저주파수대역(LF) 잔향시간은 실의 흡음력 증가에 관계없이뚜렷한 상관관계를 나타내지 않고 있다.
- 초기음에너지비와 마찬가지로 시스템 설치높이가 낮은 시스템 A, B, C는 실의 흡음력 변화보다 스피커 시스템의 특성에 의한 영향을 더 받는 것으로 분석되었다. 반면 시스템 D, E, F와 같이 상대적으로 높게 설치된 경우 실의 스피커시스템 조건보다 실의 흡음력 조건의 영향을 더 받는 것으로 분석되었다. 분석결과, 시스템 D, E, F는 흡음력이 증가할수록 언어명료도 결과는 선형적으로 증가하는 것으로 나타났으며 시스템 E는 모든 조건 하에서 60% 이상으로높게 나타났다.
- 분석 결과, 객석 전체의 평균 잔향시간은에서와 같이 주파수별로 실의 흡음력 증가와 다른 특성을 나타내었다.
- 주파수대역별 검토는 저주파수대역 (LF, 125 Hz 및 250Hz 산술평균), 중주파수대역(MF, 500Hz 및 1kHz 산술평균), 고주파수대역 (HF, 2kHz 및 4kHz 산술평균), 전체주파수대역(OA, 125Hz~4kHz 산술평균)을대상으로 하였다. 분석 결과, 전반적으로 천장의 흡음율 증가가 초기음에너지의 비율을 높이는데 기여하는 것으로 분석되었다. 이는 지향성 음원으로부터오는 직접음에는 영향을 주지 않으나 반사되어 도달하는 후기음에너지의 약화를 통해 전체음에너지중에서 초기음에너지의 상대적 비율을 높여주었기때문에 중 고주파수대역(MF HF) 및 전체주파수대역(0A)에서 실의 흡음력 증가에 따라 거의 선형적으로 비례하여 증가하는 것으로 나타났다.
- 반면 시스템 D, E, F와 같이 상대적으로 높게 설치된 경우 실의 스피커시스템 조건보다 실의 흡음력 조건의 영향을 더 받는 것으로 분석되었다. 분석결과, 시스템 D, E, F는 흡음력이 증가할수록 언어명료도 결과는 선형적으로 증가하는 것으로 나타났으며 시스템 E는 모든 조건 하에서 60% 이상으로높게 나타났다.
- 분석결과음압레벨 편차는 거의 모든 시스템에서 ±2dB ~ ±3.5dB 범위로 나타났다. CASE 1에서 시스템 D, E 는 위치별 편차가 ±8dB로 상대적으로 크게 나타나실의 흡음력이 클수록 좌석별 편차가 큰 것으로 나타났다.
- 나타내고 있다. 설치높이가 낮은 시스템 A, B 그리고 C의 초기음에너지비는 실의 흡음력 증가와 무관한 결과를 보였으며 설치높이가 높은 시스템 D, E, F의 경우, 실의 흡음력 증가가 초기음에너지 비율의 증가에 기여하는 것으로 나타났다. 시스템의 설치높이가 낮을 경우 실의 흡음력의 영향보다 스피커 시스템의 지향특성이 초기음에너지비에더 큰 영향을 미치는 것으로 타나났다.
- 다르게 나타났다. 스피커 설치위치가 낮은 시스템 A, B, C는 실의 흡음력 증가에 따라 잔향시간은 감소하였으며, 스피커 설치 높이가 높은 시스템 D, E, F는 실의 흡음력 증가와 무관한 결과를 보였다. 특히, 시스템 D, E, F의 경우 CASE 1에서도 짧은 잔향시간을 나타내고 있어 실의 흡음력보다 상대적으로 스피커의 설치위치가 낮은 스피커 시스템이 잔향시간을 더 짧게 확보할 수 있는 것을 확인하였다.
- 이상으로 나타났다. 시스템 설치높이가 높은시스템의 경우 실의 흡음력 조건보다 스피커 시스템의 영향을 더 받는 것으로 분석되었다. 특히, 스피커 시스템의 설치 높이가 높을 경우 실의 흡음력증' 가에 따라 명료도 관련 지표인 초기음에너지비 및음성전달지수는 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 설치높이가 낮은 시스템 A, B 그리고 C의 초기음에너지비는 실의 흡음력 증가와 무관한 결과를 보였으며 설치높이가 높은 시스템 D, E, F의 경우, 실의 흡음력 증가가 초기음에너지 비율의 증가에 기여하는 것으로 나타났다. 시스템의 설치높이가 낮을 경우 실의 흡음력의 영향보다 스피커 시스템의 지향특성이 초기음에너지비에더 큰 영향을 미치는 것으로 타나났다. 초기음에너지비는 실의 흡음력이 낮은 시스템 F를 제외한 모든시스템에서 50%이상으로 나타났다.
- 언어명료도는 적용된 시스템 및 실의 흡음력 변화에 크게 상관없이 거의 모든 시스템에서 0.5 이상의 분포를 나타내어 , fair'로 평가되었다. 초기음에너지비와 마찬가지로 시스템 설치높이가 낮은 시스템 A, B, C는 실의 흡음력 변화보다 스피커 시스템의 특성에 의한 영향을 더 받는 것으로 분석되었다.
- 분석 결과, 전반적으로 천장의 흡음율 증가가 초기음에너지의 비율을 높이는데 기여하는 것으로 분석되었다. 이는 지향성 음원으로부터오는 직접음에는 영향을 주지 않으나 반사되어 도달하는 후기음에너지의 약화를 통해 전체음에너지중에서 초기음에너지의 상대적 비율을 높여주었기때문에 중 고주파수대역(MF HF) 및 전체주파수대역(0A)에서 실의 흡음력 증가에 따라 거의 선형적으로 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 반면저주파수대역(LF)에서는 CASE 1과 CASE 2에서 약간의 증가를 나타내는데 그치고 있으며 이는 천장면에 사용된 흡음구조의 특성에 기인한 것으로 판단된다.
- 전체주파수대역(0A) 잔향시간은 실의 흡음력 변화에 따라 감쇠하는 경향을 나타내었다. 주파수대역별 분석결과를 살펴보면, 고주파수대역(HF) 과 전체주파수대역 (0A) 잔향시간은흡음율의 증가에 따라 오히려 감소하는 경향을 보였다. 실의 흡음력이 가장 높은 CASE 3은 모든 주파수대역에서 좌석별로 높은 편차를 보이고 있다.
- 즉, 실의 흡음력 변화에 의한 잔향시간 변화보다 적용 시스템에 따른 변화에 더 큰 영향을 받는것으로 분석되었다.
- 결과를 보면, 음성전달지수는 CASE 1에서 CASE 3으로 실의 흡음력이 증가할수록 선형적으로 비례하여 개선되는 것으로 나타났으며, 수음점별 편차도 감소한 것을 알 수 있었다. 천장 흡음율 조건에 따라 CASE 1은 56.19%로 'fair'로 평가되었으며, CASE 2는 66.21%, CASE 3은 82.35%로 각각 'good', 'excellent'로 평가되었다.
- 초기음에너지비는 실의 흡음력이 낮은 시스템 F를 제외한 모든시스템에서 50%이상으로 나타났다. 특히 시스템 A, D, E는 실의 흡음력이 가장 낮은 CASE 1의 결과에서도 60%이상으로 나타나 실의 흡음력 조건보다는시스템의 음향적 특성이 더 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 낮게 설치된 스피커 시스템의 경우, 스피커 빔폭이 좁고 개수가 많을수록 초기음에너지비는 높게 나타났으며, 흡음력 증가에 따라 초기음에너지비는 낮아지는 경향을 보였다,
- 시스템 설치높이가 높은시스템의 경우 실의 흡음력 조건보다 스피커 시스템의 영향을 더 받는 것으로 분석되었다. 특히, 스피커 시스템의 설치 높이가 높을 경우 실의 흡음력증' 가에 따라 명료도 관련 지표인 초기음에너지비 및음성전달지수는 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 스피커 설치위치가 낮은 시스템 A, B, C는 실의 흡음력 증가에 따라 잔향시간은 감소하였으며, 스피커 설치 높이가 높은 시스템 D, E, F는 실의 흡음력 증가와 무관한 결과를 보였다. 특히, 시스템 D, E, F의 경우 CASE 1에서도 짧은 잔향시간을 나타내고 있어 실의 흡음력보다 상대적으로 스피커의 설치위치가 낮은 스피커 시스템이 잔향시간을 더 짧게 확보할 수 있는 것을 확인하였다. 그러나 건축음향 평가결과에서도 나타났듯이 스피커 시스템을 적용한 경우에도 음에너지의비선형 감쇠현상이 나타나고 있어, 잔향시간을 토대로 한 스피커 시스템의 적용성 검토 시 신중한 검토가 필요할 것으로 판단된다.
- 분석되었다. 특히, 흡음력 증가의 영향은 중간주파수대 역(MF) , 고주파수대 역 (HF) , 전체 주파수대역 (0A)에서 두드러지게 나타났으며 해당 주파수대역에서는 흡음력 증가에 따라 초기음에너지비는 거의 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. - 음성전달지수는 실의 흡음력이 가장 낮은 조건에서도 56.
- 주파수대역별 초기감쇠시간은 저주파대역 (LF), 중주파수대역 (MF), 고주파수대역(HF), 전체주파수대역(OA)으로 나누어 검토하였다. 흡음력증가에 따른 초기감쇠시간의 변화는 중주파수대역 (MF) 및 전체주파수대역 (OA)에서 감소하는 경향을보였다. 그러나 저주파수대역 (LF) 초기감쇠시간은 CASE1 보다 CASE2에서 증가했으며, 고주파수대역 (HF)에서는 흡음력 증가에 관계없이 거의 유사한 결과를 보였으며 전체 주파수대역(OA)에서 표준편차가 큰 것으로 나타났다.
후속연구
- 중심으로 살펴보았다. 본 연구결과를 바탕으로스피커 배치방식의 음향성능에 대한 물리적 평가외에 청취실험에 의한 주관적 평가가 이루어져야할 것이다.
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