[논문]청각 보호 장구의 실내 충격소음 차음성능에 관한 연구

정성학; 송기혁

doi:10.9708/jksci.2014.19.5.037

청각 보호 장구의 실내 충격소음 차음성능에 관한 연구
A study of the Indoor-Impulse Noise Attenuation Effect for the Hearing Protection Devices 원문보기

韓國컴퓨터情報學會論文誌 = Journal of the Korea Society of Computer and Information, v.19 no.5, 2014년, pp.37 - 42

초록
AI-Helper

본 연구의 목적은 170 dB 수준의 충격 소음원에서 주파수별 귀마개의 차음성능을 확인하고, 주파수 특성과 패턴 형상을 분석하는데 있다. 충격 소음에서의 Combat Arm Earplug와 3M Form types 1100 Earplug의 주파수별 귀마개 차음성능을 산출하였다. 차음성능을 확인하기 위해서 B&K Head and Torso Simulator와 Ear Simulator를 제작하여 충격 소음원의 주파수별로 차음성능을 비교하였다. 기존의 연구들은 충격 소음원이라 할지라도 대부분 140 dB 수준의 고충격 소음원이였으나, 본 연구는 그보다 더 높은 수준의 충격 소음원이라는 특징을 가지고 있다. 연구결과, 주파수별 충격소음의 차음효과는 평균 28.58 dB 인 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The objective of this study is the frequency of the noise source 170 dB level of impulsive sound attenuation performance by earplugs to identify, to analyze the frequency characteristics of a shape and pattern. The attenuation performance of the impulsive noise by the frequency levels on the Combat Arm and 3M Form types 1100 Earplugs were evaluated. In order to check the sound attenuation performance of the B&K head and torso simulator and sound attenuation performance of the ear simulator data was verified. Previous studies have most impact, even in the noise source and the impulse noise level is 140 dB, but this study is higher than that of the impulsive noise source features. The results of the impulse noise attenuation effect is frequency-dependent mean 28.58 dB.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

하지만 같은 조건일지라도 음압레벨이 낮은 무향실에서는 틈새가 크지 않기 때문에 음을 적절하게 저감시킬 수 있지만 충격소음과 같이 음압레벨이 큰 경우는 이들 틈새를 강한 충격음이 더 확산되는 효과로 인해 쉽게 투과하는 것으로 분석된다. 따라서 틈새를 줄이기 위해 실제 귀의 내부 구조와 유사하게 귓구멍의 크기를 수정해서 Ear Simulator를 제작하여 평가를 해 보았다. Ear Simulator를 사용한 차음성능 결과는 그림 4와 같다.
본 연구는 실내 충격소음에서 귀마개 차음성능과 특성을 반영하는 감쇠효과를 제시함으로써 실내 충격소음에 대한 귀마개 선정에 기여하고자 한다.
따라서 충격소음에 노출되는 운용자는 청각 보호를 위해 우선적으로 귀마개를 착용하여야 한다. 본 연구에서는 시중에서 쉽게 구할 수 있는 특정 귀마개를 선정하여 최대피크음압이 170 dB 이상인 로켓모타에 대하여 충격소음 차음성능을 실험으로 증명하고자 하였다.
또한, 2,000 Hz 이상에서 높은 소음 저감 특성을 보였다[11-16]. 이러한 결과는 충격소음의 주파수 범위에 따라 차음효과의 특성이 이질적인 성격을 보인다는 본 연구의 주안점이 대두된 것이다.
충격소음에 대한 귀마개 차음성능을 확인해 보았다. 사람과 비슷한 형상을 구현한 B&K HATS를 이용하여 초기 시험하였으나 완전밀폐가 되지 않아 적절한 결과를 얻지 못하였다.

제안 방법

Ear Simulator에 사용된 음압센서는 Bruel & Kjaer 4944A이며, 자체 제작한 Ear Simulator의 형상은 GRAS 사의 RA0045모델과 동일한 형상으로 제작하였으며, 압력형으로 최대 182 dB까지 음압레벨을 측정할 수 있는 것이며, 측정 시 데이터 수집속도는 100,000 Hz 로 하였다. Data처리는 NI board를 사용하여 20 채널 데이터를 처리할 수 있도록 하였다. 동시 처리를 위해서 신호를 동기화한 NI board를 통하여 측정 데이터를 수집하였다.
001). Ear Simulator에서 차음성능을 분석하였다[16-17]. 상대T 검정을 수행한 결과는 다음의 표 1에서와 같다.
동시 처리를 위해서 신호를 동기화한 NI board를 통하여 측정 데이터를 수집하였다. Fourier변환과 A-weighting을 적용한 이후 밴드 주파수 내의 PSD(power spectrum density)를 합하는 방식으로 계산하였다. 또한, 마이크로폰, Head and Torso Simulator와 함께 측정 가능하며, 데이터를 획득하여 비교할 수 있도록 하였다.
사용된 Head and Torso Simulator는 지속소음에 대한 성능시험에 적합하며 충격소음에 대한 실험을 수행하기 위해서는 충격소음용 Head and Torso Simulator가 필요하다. 따라서 귀마개의 정확한 차음성능을 확인하기 위해 Ear Simulator를 사용하기로 결정하였으며 시중에 판매되는 Ear Simulator의 한계음압이 170 dB 이하 뿐 이어서 직접 Ear Simulator를 제작하여 실험을 실시하였다. 다음의 그림 1은 제작한 Ear Simulator이다.
Fourier변환과 A-weighting을 적용한 이후 밴드 주파수 내의 PSD(power spectrum density)를 합하는 방식으로 계산하였다. 또한, 마이크로폰, Head and Torso Simulator와 함께 측정 가능하며, 데이터를 획득하여 비교할 수 있도록 하였다. 측정의 신뢰성을 확보하기 위해서 한국표준과학연구원에서 검증시험을 실시하였다.
그러나, 개인화기의 종류나 사격환경에 따라 소총은 약 165dB 수준의 레져용 개인소총도 있으며, 화기의 종류에 따라 그 보다 더 높은 음압이나 주파수를 갖는 것도 있다. 본 연구에서 평가한 소음원의 스펙트럼은 170dB 이상의 고충격 소음으로 기존의 연구와 다른 주파수 스펙트럼을 갖는 것이 특징이다[8-10]. 미국의 James(2007)은 귀마개가 있을 때와 없을 때를 분석하였다.
운용자가 귀마개를 착용하였을 경우의 귀마개 차음성능을 알아보기 위해 Bruel & Kjaer Head and Torso Simulator를 이용하여 실험하였다.
사람과 비슷한 형상을 구현한 B&K HATS를 이용하여 초기 시험하였으나 완전밀폐가 되지 않아 적절한 결과를 얻지 못하였다. 이후 완전밀폐를 구현한 Ear Simulator를 제작하여 귀마개의 차음성능을 확인하였다. 완전밀폐가 이루어진 상태에서 시험한 결과 충격소음에서의 귀마개 차음성능이 어느 정도인지를 알 수 있었다.

대상 데이터

Ear Simulator에 사용된 음압센서는 Bruel & Kjaer 4944A이며, 자체 제작한 Ear Simulator의 형상은 GRAS 사의 RA0045모델과 동일한 형상으로 제작하였으며, 압력형으로 최대 182 dB까지 음압레벨을 측정할 수 있는 것이며, 측정 시 데이터 수집속도는 100,000 Hz 로 하였다.
Data처리는 NI board를 사용하여 20 채널 데이터를 처리할 수 있도록 하였다. 동시 처리를 위해서 신호를 동기화한 NI board를 통하여 측정 데이터를 수집하였다. Fourier변환과 A-weighting을 적용한 이후 밴드 주파수 내의 PSD(power spectrum density)를 합하는 방식으로 계산하였다.
본 연구에 사용된 귀마개는 3M 사에서 제공되는 Foam Earplug 1110 Corded (Product Code:0-51138-29009-7, NSN: 50051138-2900907)과 Ultra-fit Earplug (Product Code: 370-1000, NSN:6515-01-466-2710)이다. 운용자가 귀마개를 착용하였을 경우의 귀마개 차음성능을 알아보기 위해 Bruel & Kjaer Head and Torso Simulator를 이용하여 실험하였다.
또한, 마이크로폰, Head and Torso Simulator와 함께 측정 가능하며, 데이터를 획득하여 비교할 수 있도록 하였다. 측정의 신뢰성을 확보하기 위해서 한국표준과학연구원에서 검증시험을 실시하였다. 모든 음압센서의 높이는 바닥에서 120 cm이며, 음압센서에는 방풍망을 설치하여 바람으로 인한 풍잡음의 영향을 최소화 하였다.

성능/효과

귀마개와 음압센서 사이의 밀폐된 공간에서 발생한 200 Hz 이하 주파수가 발생하지 않도록 시험 환경을 개선한다면 더욱 정확한 주파수 특성을 파악할 수 있을 것이다. 1 kHz 이상의 고주파 대역에서는 모든 보호장구가 양호한 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있으며, 저주파 대역으로 갈수록 성능이 저하됨을 알 수 있다. 200에서 1,000 Hz 의 저주파 영역에서는 청각 보호 장구의 차음효과가 5에서 18 dB 인 것으로 나타났으며, 200 Hz 이하에서는 주파수별 음압레벨이 오히려 증가하는 경향을 보였다.
1 kHz 이상의 고주파 대역에서는 모든 보호장구가 양호한 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있으며, 저주파 대역으로 갈수록 성능이 저하됨을 알 수 있다. 200에서 1,000 Hz 의 저주파 영역에서는 청각 보호 장구의 차음효과가 5에서 18 dB 인 것으로 나타났으며, 200 Hz 이하에서는 주파수별 음압레벨이 오히려 증가하는 경향을 보였다. 원인을 분석한 결과, 귀마개와 B&K HATS 귀속의 음압센서 사이에는 밀폐된 공간이 형성 되며 이 공간에서 충격소음의 잔향이 지속되어 저주파 대역의 음압레벨이 증가했기 때문인 것으로 판단된다.
운용자가 귀마개를 착용하였을 경우의 귀마개 차음성능을 알아보기 위해 Bruel & Kjaer Head and Torso Simulator를 이용하여 실험하였다. Head and Torso Simulator에서의 실험결과가 예상했던 차음성능이 나오지 않았으며 이는 밀폐조건이 완전하지 못해 서임을 확인하였다. 사용된 Head and Torso Simulator는 지속소음에 대한 성능시험에 적합하며 충격소음에 대한 실험을 수행하기 위해서는 충격소음용 Head and Torso Simulator가 필요하다.
미국의 James(2007)은 귀마개가 있을 때와 없을 때를 분석하였다. 귀마개 유무에 따라 1,000 Hz 근방에서 소음 차음효과가 작았으며 저주파에서는 낮은 저감특성을 보였다. 또한, 2,000 Hz 이상에서 높은 소음 저감 특성을 보였다[11-16].
또한, 2가지 타입의 귀마개를 통계분석한 결과, 차음성능은 유의한 차이를 보였다(P<0.001).
측정의 신뢰성을 확보하기 위해서 한국표준과학연구원에서 검증시험을 실시하였다. 모든 음압센서의 높이는 바닥에서 120 cm이며, 음압센서에는 방풍망을 설치하여 바람으로 인한 풍잡음의 영향을 최소화 하였다.
본 연구결과에서는 기존의 연구들과 비교해 볼 때, 충격 소음원이라 할지라도 대부분 140 dB 수준의 고충격 소음원이였으나 그보다 더 높은 수준의 충격 소음원이라는 특징을 가지고 있다. 주파수별 충격소음의 차음효과는 평균 28.
완전밀폐가 이루어진 상태에서 시험한 결과 충격소음에서의 귀마개 차음성능은 Foam 1110은 평균 26.7247 dB(±14.3935)이며, Ultra-fit은 평균 28.5809 dB(±13.3139)로 확인되었다.
이후 완전밀폐를 구현한 Ear Simulator를 제작하여 귀마개의 차음성능을 확인하였다. 완전밀폐가 이루어진 상태에서 시험한 결과 충격소음에서의 귀마개 차음성능이 어느 정도인지를 알 수 있었다.
본 연구결과에서는 기존의 연구들과 비교해 볼 때, 충격 소음원이라 할지라도 대부분 140 dB 수준의 고충격 소음원이였으나 그보다 더 높은 수준의 충격 소음원이라는 특징을 가지고 있다. 주파수별 충격소음의 차음효과는 평균 28.58 dB 인 것으로 나타났다. 이러한 연구결과는 향후, 실내 충격 소음에 대한 차음성능을 반영하는 현장 운용 지표로 활용될 것으로 판단된다.
본 연구결과는 피크음압레벨의 경우 결과의 편차가 심한 편이지만 전체음압레벨의 경우 일관성을 보인다는 장점이 있다. 최대음압레벨이 증가하는 원인을 확인하기 위해서 실내외에서 측정된 시간-압력 데이터를 FFT하여 1/3옥타브 밴드 영역별 음압으로 나타내어 분석하면, 모든 주파수 영역에서 음압이 증가함을 보였으며 특히 100 Hz 이하 저주파 영역에서 차이가 급격하게 커짐을 확인할 수 있었다.

후속연구

귀마개와 음압센서 사이의 밀폐된 공간에서 발생한 200 Hz 이하 주파수가 발생하지 않도록 시험 환경을 개선한다면 더욱 정확한 주파수 특성을 파악할 수 있을 것이다. 1 kHz 이상의 고주파 대역에서는 모든 보호장구가 양호한 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있으며, 저주파 대역으로 갈수록 성능이 저하됨을 알 수 있다.
58 dB 인 것으로 나타났다. 이러한 연구결과는 향후, 실내 충격 소음에 대한 차음성능을 반영하는 현장 운용 지표로 활용될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소음이란 무엇인가?	소음은 물리적 현상에 의해 발생하는 소리 가운데 사람이 불쾌하게 느끼는 소리를 의미하며 일반소음과 달리 충격소음은 고에너지, 짧은 지속시간의 특징을 갖는다. 미사일, 로켓 등은 발사 시에 강한 충격소음이 동반되며 이로 인해 운용자는 위험한 상황에 노출될 수 있다.
	충격소음의 특징은 무엇인가?	소음은 물리적 현상에 의해 발생하는 소리 가운데 사람이 불쾌하게 느끼는 소리를 의미하며 일반소음과 달리 충격소음은 고에너지, 짧은 지속시간의 특징을 갖는다. 미사일, 로켓 등은 발사 시에 강한 충격소음이 동반되며 이로 인해 운용자는 위험한 상황에 노출될 수 있다.
	충격소음에서 청각 보호를 위해 우선적으로 귀마개를 착용하여야 하는 이유는 무엇인가?	소음은 물리적 현상에 의해 발생하는 소리 가운데 사람이 불쾌하게 느끼는 소리를 의미하며 일반소음과 달리 충격소음은 고에너지, 짧은 지속시간의 특징을 갖는다. 미사일, 로켓 등은 발사 시에 강한 충격소음이 동반되며 이로 인해 운용자는 위험한 상황에 노출될 수 있다. 따라서 충격소음에 노출되는 운용자는 청각 보호를 위해 우선적으로 귀마개를 착용하여야 한다.

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상세보기
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표제어: PCR

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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