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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 전용공연장의 건축음향 내장재료 중 천장재료에 대하여 건축시공단계에서 음향적인 문제점과 차음 그리고 이중구조공간에 음향적인 특성을 파악하기 위하여 실험실에서 복합구조를 만들어 음향성능을 측정하였다. 전용공연장의 음향적인 특성에 맞는 공연공간으로 이용될 수 있도록 복합구조에 대한 연구를 진행하여 음향재료와 공간조건에 따르는 실내공간에서 발생되는 음향인자를 측정분석하고 전용공연장의 최적의 음향조건을 만족하도록 시공에 반영하였다.
제안 방법
- 3) 충격음 차단성능 측정은 하부 알루미늄 타공판의 종류에 따라 Ø 7 mm, Pitch 15 mm와 Ø 9 mm, Pitch 15 mm 두가지를 측정하였으며 KS F 2863-1 표준에 따라 단일수치 평가량을 산출하였다.
- 4) 타공판의 Modal Test는 두 가지 알루미늄 타공판과 스틸 타공판(Ø 5 mm, Pitch 18 mm)을 비교하였다.
- 5) 무향실에서의 천장 마감재(유공판)의 실제 악기 연주 평가를 위하여 우선 사물놀이 악기별로 음향특성을 각각 녹음하고 무향실에 시험체(50 cm x 50 cm)판 16개를 설치하여 사물놀이 공연시 안성 남사당에서의 음향적인 특성을 평가하였다. 그 결과 무향실에서 발생한 드라이 음원의 음향특성과 유사한 음압레벨분포를 알루미늄 복합판에서 음향레벨의 지향특성을 실제 눈으로 볼 수 있었으며, 전용공연장의 사물놀이 공연시 4000-5000 Hz 부근의 고음역에서 음의 지향성의 변화가 발생하여 반사음이 발생됨을 분석결과 알 수가 있었다.
- Modal Test는 알루미늄 유공판 2종(Ø 7 mm, Pitch 15 mm, Ø 9 mm, Pitch 15 mm)과 스틸 타공판 1종(Ø 5 mm, Pitch 18 mm)을 대상으로 실시하였다.
- 무향실에서의 천장 마감재(유공판)의 실제 악기 연주 평가를 위하여 우선 사물놀이 악기별로 음향특성을 각각 녹음하고 무향실에 시험체(50 cm x 50 cm)판 16개를 설치하여 사물놀이 공연시 전용공연장에서의 음향적인 특성을 Acoustic Camera로 평가를 실시하였다(그림 13참조).
- 연구범위는 남사당 전용공연장 천장구조 설계안에 대하여 실물모형을 시험실에 설치하여 음향감쇠계수(KS F 2808), 충격음 차단성능(KS F 2865), 흡음계수(KS F 2805)를 측정분석하는 것으로 한다.
- 음향감쇠계수 측정은 하부 알루미늄 타공판의 종류에 따라 Ø 7 mm, Pitch 15 mm와 Ø 9 mm, Pitch 15 mm 두가지를 측정하였으며 결과는 그림 7과 같다.
- 전용공연장 천장구조 마감재로 사용되는 알루미늄 유공판의 공진주파수, 감쇠 및 중고주파수 진동 차단성능을 확인하기 위하여 Modal Test를 실시하였다. Modal Test는 알루미늄 유공판 2종(Ø 7 mm, Pitch 15 mm, Ø 9 mm, Pitch 15 mm)과 스틸 타공판 1종(Ø 5 mm, Pitch 18 mm)을 대상으로 실시하였다.
- 전용공연장 천장구조를 대상으로 충격음 차단성능(경량충격음)을 평가하였다. 충격음 평가는 우천시 공연장 천장구조에서 발생되는 충격음을 평가하기 위한 것으로 KS F 2865를 적용하여 측정하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 전용공연장의 건축음향 내장재료 중 천장재료에 대하여 건축시공단계에서 음향적인 문제점과 차음 그리고 이중구조공간에 음향적인 특성을 파악하기 위하여 실험실에서 복합구조를 만들어 음향성능을 측정하였다. 전용공연장의 음향적인 특성에 맞는 공연공간으로 이용될 수 있도록 복합구조에 대한 연구를 진행하여 음향재료와 공간조건에 따르는 실내공간에서 발생되는 음향인자를 측정분석하고 전용공연장의 최적의 음향조건을 만족하도록 시공에 반영하였다.
- 제진성능의 측정은 실내공간에서 유공판이 동적인 외력을 받고 있는지 동 특성(Dynamic Properties) 을 측정하였다.
- 충격음 차단성능 측정은 하부 알루미늄 타공판의 종류에 따라 Ø 7 mm, Pitch 15 mm와 Ø 9 mm, Pitch 15 mm 두가지를 측정하였으며 KS F 2863-1 표준에 따라 단일수치 평가량을 산출하였다.
- 흡음계수 측정은 하부 알루미늄 타공판의 종류에 따라 Ø 7 mm, Pitch 15 mm와 Ø 9 mm, Pitch 15 mm 두 가지를 측정하였으며 결과는 그림 8과 같다.
대상 데이터
- 안성 남사당 전용공연장 천장구조의 음향성능 평가를 위해 실제 천장구조를 실험실 규모로 제작하여 상하부가 연결된 잔향실에 설치하였다. 천장구조의 제작 및 설치 과정은 표 1과 같으며, 시험체의 모식도와 평가방법을 그림 1 ~ 그림 4까지 나타내었다.
이론/모형
- 전용공연장 천장구조의 음향감쇠계수 평가는 KS F 2808 표준에 따라 천장구조 외부에서 내부로 전달되는 소음의 음향감쇠계수를 측정하여 KS F 2862 규격에 따라 단일수치 평가량을 산출하였다.
- 전용공연장 천장구조의 흡음계수 평가는 KS F 2805 “잔향실에서의 흡음계수 평가방법”에 따라 측정하여 NRC(Noise Reduction Coefficient)를 산출하였다.
- 전용공연장 천장구조를 대상으로 충격음 차단성능(경량충격음)을 평가하였다. 충격음 평가는 우천시 공연장 천장구조에서 발생되는 충격음을 평가하기 위한 것으로 KS F 2865를 적용하여 측정하였다.
성능/효과
- 1) 음향감쇠계수의 측정은 하부알루미늄 타공판의 종류에 따라 Ø 7 mm, Pitch 15 mm와 Ø9 mm, Pitch 15 mm 두가지 알루미늄 타공판을 비교한 결과 차음성능 (음향감쇠계수)의 경우 단일수치 평가량은 동일한 것으로 나타났으며, Ø 9 mm, Pitch 15 mm 알루미늄 타공판의 경우 저주파수 및 고주파수 대역의 차음성능이 다소 높은 것으로 나타났다.
- 2) 흡음계수 측정은 하부 알루미늄 타공판의 종류에 따라 Ø 7 mm, Pitch 15 mm와 Ø 9 mm, Pitch 15 mm 두가지를 측정하였으며 NRC 값으로는 각각 0.80, 0.80으로 나타났으나, 흡음계수를 측정한 결과 천장에 설치되는 알루미늄 유공내판은 유공률을 23% 갖는 9 Ø-15 P로 타공하여 글라스울을 시공하였을때의 흡음을 측정하였을 경우 설계값과 가장 유사한 흡음특성이 나타났다.
- 표 4는 알루미늄 타공판(Ø 9 mm, Pitch 15 mm)의 공진주파수 및 감쇠 특성 분석 결과를 나타낸 것이다. 감쇠는 대부분의 공진주파수에서 0.8 - 1.1 % 정도의 값을 갖으며 3가지 타공판 중에서 가장 높은 댐핑 성능을 갖는 것으로 나타났다. 그림 12는 공진주파수 분석결과로 400 Hz 이상 주파수 대역에서 스틸 타공판에 비해 상대적으로 적은 진동 특성이 발생됨을 모드형상 분석으로 확인할 수 있다.
- 5) 무향실에서의 천장 마감재(유공판)의 실제 악기 연주 평가를 위하여 우선 사물놀이 악기별로 음향특성을 각각 녹음하고 무향실에 시험체(50 cm x 50 cm)판 16개를 설치하여 사물놀이 공연시 안성 남사당에서의 음향적인 특성을 평가하였다. 그 결과 무향실에서 발생한 드라이 음원의 음향특성과 유사한 음압레벨분포를 알루미늄 복합판에서 음향레벨의 지향특성을 실제 눈으로 볼 수 있었으며, 전용공연장의 사물놀이 공연시 4000-5000 Hz 부근의 고음역에서 음의 지향성의 변화가 발생하여 반사음이 발생됨을 분석결과 알 수가 있었다. 전용공연장 운영 시 고음역에 대한 대책이 필요할 것으로 사료된다.
- 사물놀이 공연시 전용공연장에서 음향적인 특성 평가 결과 음압레벨분포를 알루미늄 복합판에서 실제 눈으로 음향레벨의 지향특성을 볼 수 있었으며, 전용공연장의 사물놀이 공연시 4000-5000 Hz 부근의 고음역에서 음의 지향성의 변화가 발생되어 반사음이 발생됨을 분석결과 알 수가 있다.
- 4) 타공판의 Modal Test는 두 가지 알루미늄 타공판과 스틸 타공판(Ø 5 mm, Pitch 18 mm)을 비교하였다. 스틸 타공판의 경우 진동 감쇠 성능이 알루미늄 타공판보다 낮은 것으로 나타났으며, 중고주파수 대역의 진동 에너지 및 진동 모두가 조밀하게 나타났다. 이는 공연장 내부의 큰 음향에너지가 타공판에 전달될 경우 2차 고체음이 스틸 타공판 표면에서 발생될 수 있음을 의미한다.
- 안성 남사당 전용공연장 천장구조의 흡음계수 평가 결과 Ø 9 mm, Pitch 15 mm의 알루미늄 타공판을 적용한 경우 250 Ø 이상 대역에서 약 61 dB 정도 높은 충격음 차단성능을 갖는 것으로 나타났다.
- 음향감쇠계수 단일수치 평가량(Rw)은 각각 52, 52로 나타났으며, 전용공연장 천장구조의 음향감쇠계수 측정결과 실내 측에 설치되는 알루미늄 타공판의 종류에 따라 2000 Hz 이상의 대역에서 2 dB 이상의 음향감쇠계수 차이가 발생하는 것으로 나타났으나, 2000 Hz 이하 주파수 대역에서는 큰 차이가 발생하지 않은 것으로 나타났다.
- 전용공연장 천장구조의 흡음계수 평가 결과 Ø 9 mm, Pitch 15 mm의 알루미늄 타공판을 적용한 경우 250 Hz 이상 대역에서 약 1 dB 정도 높은 충격음 차단성능을 갖는 것으로 나타났다.
- 전용공연장 천장구조의 흡음계수 평가 결과 250 Hz - 2000 Hz 대역의 산술평균 값인 NRC는 두가지 경우 0.80, 0.80으로 동일하게 나타났다. 주파수 특성의 경우 그림 8에서와 같이 2500 Hz 이상의 대역에서 Pitch 15 mm, 9 mm의 경우가 낮게 나타났으며, 이는 타공면적 및 배후 공간의 충진재료 등에 의한 영향으로 판단된다.
- 3) 충격음 차단성능 측정은 하부 알루미늄 타공판의 종류에 따라 Ø 7 mm, Pitch 15 mm와 Ø 9 mm, Pitch 15 mm 두가지를 측정하였으며 KS F 2863-1 표준에 따라 단일수치 평가량을 산출하였다. 평가결과 경량충격음레벨이 54, 55로 나타났다. 안성 남사당 전용공연장 천장구조의 흡음계수 평가 결과 Ø 9 mm, Pitch 15 mm의 알루미늄 타공판을 적용한 경우 250 Ø 이상 대역에서 약 61 dB 정도 높은 충격음 차단성능을 갖는 것으로 나타났다.
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