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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 차음성능 측정에서 우리가 알고자 하는 것은 음원실과 수음실의 레벨차이(LD)기 때문이다. 그럼에도 불구하고 이 실험을 진행한 이유는 풍선을 이용한 측정방법에서 불확도에 영향을 주는 요인을 최소화하기 위해서 였다.
• 먼저 그림 2와 같이 풍선 음원의 위치를 10개소로 선정하고 각각의 위치에 따른 음압레벨을 분석하였다. 그리고 나서 10개의 위치에서 평균편차를 분석하여 평균값과 유사한 4개소를 선정하여 차음성능 평가시 그 위치에서 음원을 발생시키고자 하였다. 앞선 실험에서 동일한 수음점에서 풍선 크기에 따른 레벨편차가 1 dB 내외였으므로 이 분석에서 풍선의 크기에 따른 음압변수는 고려하지 않았다.
• 이 글에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 현장에서 간편하게 차음성능을 측정할 수 있는 방법으로 표준 대신 풍선을 이용한 차음성능 측정방법에 대해서 제안하고자 한다.
• 풍선음원을 이용한 차음성능 측정방법을 진행하기에 앞서 먼저 규격에서 제시하고 있는 음원에 대한 성능 규정을 살펴보기로 한다. ‘KS F 2808:2001, 건물부재의 공기 전달음 차단성능 실험실 측정방법’에서는 음원실에서의 음의 발생에 대한 방법을 명시하고 있으며 그 중 주요한 내용을 살펴보면 다음과 같다.

가설 설정

• 다음으로는 흡음력 보정 유무에 따른 차음성능 결과를 비교해 보았다. 동특성을 다르게 했을 경우 마이크로폰에 입사되는 반사음 에너지의 크기가 다르기 때문에 같은 잔향시간으로 보정했을 경우 평가값이 다를 건을 가정하고 측정을 실시했으며그 결과는 표 5와 같다.
• 그리고 나서 10개의 위치에서 평균편차를 분석하여 평균값과 유사한 4개소를 선정하여 차음성능 평가시 그 위치에서 음원을 발생시키고자 하였다. 앞선 실험에서 동일한 수음점에서 풍선 크기에 따른 레벨편차가 1 dB 내외였으므로 이 분석에서 풍선의 크기에 따른 음압변수는 고려하지 않았다. 한편, 투과손실값을 계산할 때는 4개소에서 측정한 값을 산술 평균하여 사용하였다.

제안 방법

• 다음으로는 흡음력 보정 유무에 따른 차음성능 결과를 비교해 보았다. 동특성을 다르게 했을 경우 마이크로폰에 입사되는 반사음 에너지의 크기가 다르기 때문에 같은 잔향시간으로 보정했을 경우 평가값이 다를 건을 가정하고 측정을 실시했으며그 결과는 표 5와 같다.
• 그림 1에서 보는 바와 같이 풍선음원은 평가대상 주파수대역 전체에서 100 dB 내외의 크기를 갖고 있어 표준음원에서 발생시키는 음압레벨과 거의 유사한 수준이며 차음성능을 측정하기에 충분한 크기의 음압레벨을 확보하는 것으로 판단된다. 두번째로 풍선의 크기에 따른 음압레벨 편차를 분석해보았다. 7개 풍선을 각각 크기를 다르게 한 후 풍선을 터뜨리고 같은 위치에서 음압레벨을 평가한 결과 레벨 편차는 1 dB 수준인 것으로 나타났다.
• 표 3의 결과에서 알 수 있는 것은 1번, 3번, 5번, 6번 위치의 음압레벨이 평균 및 편차가 작은 것으로 나타났다. 따라서 차음성능 실험에서는 1, 3, 5, 6번 위치에서 풍선을 터뜨린 후 차음성능을 평가하기로 하였다. 참고로 표준 음원을 동일한 위치에서 발생시킨 후 평균 편차를 분석한 결과는 2, 5, 6, 9번에서 가장 작은 편차가 나타났다.
• 일반적으로 재료의 차음성능을 측정하기 위해 사용되는 음원은 지향성을 갖지 않는 표준음원이며, 이를 이용하여 광대역 노이즈를 발생시켜 차음성능을 측정한다. 또한 음원실 내 음장을 가능한 확산음장으로 만들고 정상상태의 소음으로 만들기 위해서 충분한 측정시간(에너지평균시간)을 확보하는 조건에서 차음성능을 평가한다. 이와 관련하여 KS F 2808(2001)에서는, 고정식 마이크로폰은 400 Hz이하의 주파수 대역에서 6초 이상, 500 Hz이상의 주파수 대역에서는 4초 이상으로 등가 읍압레벨을 측정하고 있으며 이동식 마이크로폰의 경우 30초 이상으로 규정하고 있다.
• 먼저 그림 2와 같이 풍선 음원의 위치를 10개소로 선정하고 각각의 위치에 따른 음압레벨을 분석하였다. 그리고 나서 10개의 위치에서 평균편차를 분석하여 평균값과 유사한 4개소를 선정하여 차음성능 평가시 그 위치에서 음원을 발생시키고자 하였다.
• 풍선음원이 규격에서 제시한 조건을 만족하는지 여부를 확인하기 위해 항목별로 살펴보았다. 먼저 인접주파수 대역의 레벨차에 대해서 분석하였다. 식 (1)에 의해서 계산한 결과를 바탕으로 마이크로폰과 2.
• 하지만 풍선의 경우 극히 짧은 순간 음이 발생하기 때문에 실내의 1차, 2차 반사음이 마이크로폰에 입사되는 지에 대한 분석을 할 필요가 있다. 이를 위해 동일한 시료를 대상으로 동특성을 다르게 하여 수음실의 음압레벨을 측정해 보았다. 실험조건은 표 4와 같다.
• 풍선음원이 규격에서 제시한 조건을 만족하는지 여부를 확인하기 위해 항목별로 살펴보았다. 먼저 인접주파수 대역의 레벨차에 대해서 분석하였다.
• 7개 풍선을 각각 크기를 다르게 한 후 풍선을 터뜨리고 같은 위치에서 음압레벨을 평가한 결과 레벨 편차는 1 dB 수준인 것으로 나타났다. 풍선의 공기압은 바람을 불어넣는 도구를 이용하여 동일한 횟수로 바람을 넣어 일정한 공기압을 유지하도록 하였다.

데이터처리

• 앞선 실험에서 동일한 수음점에서 풍선 크기에 따른 레벨편차가 1 dB 내외였으므로 이 분석에서 풍선의 크기에 따른 음압변수는 고려하지 않았다. 한편, 투과손실값을 계산할 때는 4개소에서 측정한 값을 산술 평균하여 사용하였다.

이론/모형

• 풍선을 이용한 차음성능 측정시 기본적인 측정방법은 KSF 2808:2001을 따랐으나, 풍선의 특성상 음원을 지속적으로 발생시킬 수 없기 때문에 일반적인 에너지평균법으로 측정할 수 없다. 따라서 풍선이 터질 때 발생하는 최대값을 평가하기 위해 중량 바닥충격음을 측정하는 방법과 동일하게 Peak-hold 방식으로 음압레벨을 평가하였다. 이때 유의해야할 사항은 Peak-hold의 동특성에 따른 수음실의 흡음력의 영향을 고려하는 것이었다.

성능/효과

• 두번째로 풍선의 크기에 따른 음압레벨 편차를 분석해보았다. 7개 풍선을 각각 크기를 다르게 한 후 풍선을 터뜨리고 같은 위치에서 음압레벨을 평가한 결과 레벨 편차는 1 dB 수준인 것으로 나타났다. 풍선의 공기압은 바람을 불어넣는 도구를 이용하여 동일한 횟수로 바람을 넣어 일정한 공기압을 유지하도록 하였다.
• 결과적으로 차음성능 평가에서 음원 위치에 따른 음압레벨 편차는 음압레벨의 크기보다 그 중요성이 덜하다고 판단된다. 차음성능 측정에서 우리가 알고자 하는 것은 음원실과 수음실의 레벨차이(LD)기 때문이다.
• 둘째, 음원의 음향 파워는 모든 주파수 대역에서 수음실내의 음압레벨이 배경소음 레벨보다 15 dB 이상 크게 되도록 설정한다.
• 한편, 흡음력 보정 여부에 따라서는 재료의 실제 차음성능과 많은 차이가 나는 것을 볼 수 있었다. 따라서 Peakhold 방식으로 측정할 때에도 흡음력 보정이 고려되어야 함을 확인할 수 있었다. 그러나 이는 수음실의 체적이 작은 공간에 적용할 수 있는 결과이며 체적이 100 m³ 이상인 공간에서의 추가적인 실험 및 검증이 필요하다고 판단된다.
• 그러나 수음실의 체적이 클 경우에도 이와 같은 결론을 얻을 수 있는가에 대해서는 보다 많은 실험적 검토가 이루어져야 할 것이다. 또한 음압레벨 평균방식이 아닌 Peak-hold 방식으로 차음성능을 평가할 때에도 잔향시간 측정을 통한 흡음력 보정은 필요한 것으로 나타났다.
• 이상의 결과를 정리하면 풍선을 이용하여 차음성능을 평가하는 방법은 표준 음원을 사용한 측정방법의 평가 결과와 크게 다르지 않았다. 그러나 수음실의 체적이 클 경우에도 이와 같은 결론을 얻을 수 있는가에 대해서는 보다 많은 실험적 검토가 이루어져야 할 것이다.
• 따라서 차음성능 실험에서는 1, 3, 5, 6번 위치에서 풍선을 터뜨린 후 차음성능을 평가하기로 하였다. 참고로 표준 음원을 동일한 위치에서 발생시킨 후 평균 편차를 분석한 결과는 2, 5, 6, 9번에서 가장 작은 편차가 나타났다.
• 첫째, 음원실에서 발생된 음은 정상 상태이며 측정 대상 주파수 범위 전체에 걸쳐서 연속 스펙트럼을 갖는 것으로 한다. 음원실에서 음압 스펙트럼 특성은 서로 인접한 주파수 대역의 레벨차가 6 dB미만이어야 한다.

후속연구

• 그림에서와 같이 동특성에 따른 차음성능 결과는 크게 다르지 않았다. 그러나 동특성 설정에 따른 평가값 증감 여부에 대해서 보다 확실한 여부를 살펴보기 위해서는 다양한 측정조건에서 통계적 유의성을 검증하여 결론을 내려야 할 것으로 사료된다.
• 이상의 결과를 정리하면 풍선을 이용하여 차음성능을 평가하는 방법은 표준 음원을 사용한 측정방법의 평가 결과와 크게 다르지 않았다. 그러나 수음실의 체적이 클 경우에도 이와 같은 결론을 얻을 수 있는가에 대해서는 보다 많은 실험적 검토가 이루어져야 할 것이다. 또한 음압레벨 평균방식이 아닌 Peak-hold 방식으로 차음성능을 평가할 때에도 잔향시간 측정을 통한 흡음력 보정은 필요한 것으로 나타났다.
• 따라서 Peakhold 방식으로 측정할 때에도 흡음력 보정이 고려되어야 함을 확인할 수 있었다. 그러나 이는 수음실의 체적이 작은 공간에 적용할 수 있는 결과이며 체적이 100 m³ 이상인 공간에서의 추가적인 실험 및 검증이 필요하다고 판단된다. 즉, 비교적 실의 체적이 작은 아파트, 오피스 등에서는 동특성에 따른 차 음성능 결과값 차이가 없지만 체적이 큰 공간에서는 동특성 시간에 따른 흡음보정값은 실험을 진행하여 그 영향을 판단해야 한다.
• 따라서 향후 음향시험동에서 진행하는 차음시험에서는 풍선음원을 이용한 차음시험을 병행하여 통계적 의미를 갖는 결과들을 학계에 보고할 계획이다.
• 따라서 보다 많은 현장 데이터와 서로 다른 시료를 대상으로 그 유효성을 검증할 필요가 있다. 이러한 검증을 통해 현장에서의 간편한 음원을 사용해도 된다는 것이 증명된다면 공인성적서와 같은 신뢰성 높은 측정결과를 요구하지 않는 한 현장에서의 간편한 성능평가나 구조체의 차음성능에 대한 상호비교 평가에 있어서는 풍선을 이용한 성능평가가 충분히 유용한 결과를 제공할 수 있을 것으라 기대된다.

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질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
차음성능을 평가	차음성능을 평가하는 KS F 2808(2001)에서는 어떻게 규정했나?	또한 음원실 내 음장을 가능한 확산음장으로 만들고 정상상태의 소음으로 만들기 위해서 충분한 측정시간(에너지평균시간)을 확보하는 조건에서 차음성능을 평가한다. 이와 관련하여 KS F 2808(2001)에서는, 고정식 마이크로폰은 400 Hz이하의 주파수 대역에서 6초 이상, 500 Hz이상의 주파수 대역에서는 4초 이상으로 등가 읍압레벨을 측정하고 있으며 이동식 마이크로폰의 경우 30초 이상으로 규정하고 있다.
재료의 차음성능	재료의 차음성능을 측정하기 위해 사용되는 음원은?	일반적으로 재료의 차음성능을 측정하기 위해 사용되는 음원은 지향성을 갖지 않는 표준음원이며, 이를 이용하여 광대역 노이즈를 발생시켜 차음성능을 측정한다. 또한 음원실 내 음장을 가능한 확산음장으로 만들고 정상상태의 소음으로 만들기 위해서 충분한 측정시간(에너지평균시간)을 확보하는 조건에서 차음성능을 평가한다.
차음성능을 평가	차음성능을 평가할 때의 조건은?	일반적으로 재료의 차음성능을 측정하기 위해 사용되는 음원은 지향성을 갖지 않는 표준음원이며, 이를 이용하여 광대역 노이즈를 발생시켜 차음성능을 측정한다. 또한 음원실 내 음장을 가능한 확산음장으로 만들고 정상상태의 소음으로 만들기 위해서 충분한 측정시간(에너지평균시간)을 확보하는 조건에서 차음성능을 평가한다. 이와 관련하여 KS F 2808(2001)에서는, 고정식 마이크로폰은 400 Hz이하의 주파수 대역에서 6초 이상, 500 Hz이상의 주파수 대역에서는 4초 이상으로 등가 읍압레벨을 측정하고 있으며 이동식 마이크로폰의 경우 30초 이상으로 규정하고 있다.

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