[논문]초등학교 일반교실의 음향성능 실태측정 및 평가지표 특성 고찰

이성복; 김명준; 양홍석

doi:10.5050/ksnve.2015.25.7.462

초등학교 일반교실의 음향성능 실태측정 및 평가지표 특성 고찰
Characteristics of Acoustic Indicators Evaluating Speech Intelligibility in Korean Elementary School Classrooms 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.25 no.7, 2015년, pp.462 - 469

이성복 (Department of Architectural Engineering, Graduate School of University of Seoul) , 김명준 (Department of Architectural Engineering, University of Seoul) , 양홍석 (Land and Housing Institute, Land and Housing Corporation)

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to examine characteristics of various acoustic indicators evaluating speech intelligibility such as reverberation time(T30), D50, C50 and speech transmission index(STI) in Korean elementary school classrooms. Results showed that mean T30 at middle frequencies(500 Hz to 2000 Hz) measured in 9 classrooms was about 0.75 s, which exceeds a regulation specified on American National Standards(ANSI); 0.60 s. Mean D50, C50 and STI were 60 % to 66 %, +2 dB to +3 dB, and 0.65, respectively. The maximum difference in D50 and C50 according to different receiver points in a classroom was 13 % and 2.5 dB, while the maximum difference in T30 was 0.03 s. Whereas STI measured in classrooms has relatively low correlation with other indicators, correlation between D50 and C50 was high, R2=.9964. In addition, T30 and C50 were fitted well as logarithmic regression curve with R2=.9610. It was +3.73 dB in C50 and 68 % in D50 which are the value corresponding to 0.60 s in T30 on this curve.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 이 연구에서는 면적, 마감, 형태 등이 유사한 9개의 초등학교 일반교실을 대상으로 음성명료도 관련 실내음향지표(T30, C50, D50, STI) 실험을 통해의 음향특성을 분석하고 미국(5)과 영국(6)에서 교실 음향 평가지표로 사용하고 있는 잔향시간과 C50, D50, STI와의 상관관계 분석을 수행하여 교실음향 평가 시 실내음향 평가지표 도입 및 기준마련을 위한 기초연구를 수행하였다.

가설 설정

두 초기반사음 평가지표와 주관적 반응과의 관계에 대한 실험(11)에서 C50가 D50에 비해 선형적으로 더 잘 대응되는 것으로 알려졌다. 따라서 이 연구에서는 교실 음향성능 평가에 앞서 물리적 지표와 주관적 반응의 일대일 대응 측면에 있어 C50가 D50에 비해 유리할 것으로 가정하고 측정 시 국내 초등학교 교실에서 그 차이가 얼마나 나타나는 지 확인하였다.

제안 방법

STI는 일반적으로 음성명료도를 평가하기 위해 사용되는데 실의 음향특성과 SNR을 동시에 평가할 수 있는 지표로 측정 시 SNR의 고려 유무(4)에 따라 그 결과가 달라질 수 있으나, 이 연구에서는 배경소음에 비해 15 dB 이상 높은 레벨의 충격성 음원을 사용하여 SNR의 영향을 배제하고 측정을 진행하였다.
이 연구에서는 초등학교 일반교실의 음성명료도 관련 실내음향지표(T30, D50, C50, STI) 실험을 통해 음향성능 실태를 파악하고, 각 평가지표의 교실 내 수음점 위치에 따른 특징과 지표 간 상관관계를 분석하여 아래와 같은 연구결과를 도출하였다.

대상 데이터

교실 주요 마감으로는 바닥재로 ‘우드 플로링’ 혹은 ‘고무타일’, 벽체는 ‘모르타르 위 수성페인트’, 천장은 ‘흡음 텍스’를 사용하였다. 각 초등학교당 1~2개 학급을 대상으로 측정을 실시하였고 학급당 수용 인원은 26~32명, 교실의 체적은 약 140 m3~200 m3인 것으로 조사되었다. 이는 모든 측정대상 교실이 미국음향학회에서 0.
1은 대상 초등학교 일반교실의 모습을 보여주며 Table 1은 각 초등학교 교실의 주요 제원을 나타낸다. 교실 주요 마감으로는 바닥재로 ‘우드 플로링’ 혹은 ‘고무타일’, 벽체는 ‘모르타르 위 수성페인트’, 천장은 ‘흡음 텍스’를 사용하였다. 각 초등학교당 1~2개 학급을 대상으로 측정을 실시하였고 학급당 수용 인원은 26~32명, 교실의 체적은 약 140 m3~200 m3인 것으로 조사되었다.
초등학교 교실의 음향성능 평가를 위해 서울, 경기 지역에 위치한 6개 공립초등학교 내에 있는 9개 일반교실을 대상으로 실험을 실시하였다. Fig.

데이터처리

다채널 신호분석기(Harmonie, 01dB, France)를 이용하여 측정 및 녹음 후에 wav 형식의 파일로 변환하여 분석 프로그램(DIRAC v5.0, B&K, Denmark)으로 T30와 D50, C50, STI를 분석하였다

이론/모형

측정은 한국산업규격(KS F 2864: 2012)(12)에 의거하여 실시하였으며 Fig. 2는 측정 시 교실 내 음원 및 수음점 위치를 나타낸다.

성능/효과

(1) 국내 초등학교 일반교실의 평균 T30는 500 Hz~2000 Hz에서 약 0.75 s로 나타나 미국음향학회 권고 기준인 0.60 s를 초과하는 것으로 분석되었다. 평균 D50와 C50의 경우 500 Hz~4000 Hz에서 각각 60%~66 %, +2 dB~+3 dB로 나타났다.
(2) 교실 내 수음점 위치에 따른 T30의 차이는 JND 0.05 s 이내인 약 0.01 s~0.03 s로 나타났다. D50의 경우 그 차이는 약 3 %~13 %(JND 5 %), C50는 0.
(3) D50와 C50의 수음 위치에 따른 JND 대비 차이가 유사하게 나타나고 선형 회귀식의 결정계수 역시 R2=.9964로 거의 1에 가까워 잔향시간이 약 0.60 s~0.90 s정도의 특징을 갖는 국내 초등학교 일반교실의 음향성능 평가 시 큰 특징 차이를 보이지 않을 것으로 사료된다.
(4) T30와 C50의 대수 회귀식의 결정계수는 R2=.9610으로 상관관계가 상당히 높게 나타났고 T30와 D50의 경우 역시 R2=.9570으로 높게 나타났다. 미국음향학회 권고 기준인 0.
(5) STI의 경우 교실 내 위치에 따른 상대적인 값의 차이가 D50와 C50와는 다른 양상으로 나타나고, 단순 선형 회귀분석 결과 역시 유의성이 낮은 것으로 나타났다. 향후 STI 측정 시 신호 대 잡음비를 달리하여 측정값을 비교하거나, 한국어에 대한 주관적 평가와 물리적 지표와의 대응 정도를 확인할 필요가 있는 것으로 사료된다.
03 s로 나타났다. D50의 경우 그 차이는 약 3 %~13 %(JND 5 %), C50는 0.9 dB~2.5 dB(JND 1.1 dB)로 잔향시간과 비교하여 교실 음향성능 평가 시 수음점 위치에 따른 편차를 확인하는 데에 있어 유용한 지표임을 알 수 있었다.
9570으로 높게 나타났다. 미국음향학회 권고 기준인 0.60 s를 C50와 D50의 대수 회귀식에 적용하면 각각 1 kHz 기준 +3.73 dB, 68 %임을 알 수 있다.
60 s를 초과하는 것으로 분석되었다. 평균 D50와 C50의 경우 500 Hz~4000 Hz에서 각각 60%~66 %, +2 dB~+3 dB로 나타났다. 평균 STI의 경우 신호 대 잡음비 15 dB 이상의 조건에서 ‘Good’에 해당하는 0.
평균 D50와 C50의 경우 500 Hz~4000 Hz에서 각각 60%~66 %, +2 dB~+3 dB로 나타났다. 평균 STI의 경우 신호 대 잡음비 15 dB 이상의 조건에서 ‘Good’에 해당하는 0.65로 평가되었다.

후속연구

D50는 500 Hz 기준으로 약 64 %인 것으로 나타났으며 보통 성인을 대상으로 한 회화를 위한 공간에서 약 60 %가 권장(13)되는 점을 감안하여 초등학교 교실에서는 이보다 조금 높은 수준이어야 할 것으로 사료된다. C50는 중주파수 대역(500 Hz~4000 Hz)에서 +2 dB~+3 dB 범위로 측정되었으며 C50에 대한 구체적인 권고 기준이 마련되어 있지 않아 C50 지표에 대한 음향설계범위 설정연구가 필요할 것으로 사료된다. 단일수치 평가지표인 STI는 0.
위의 결과를 토대로 현행 미국과 영국에서 교실 음향 평가 시 사용하고 있는 잔향시간과 배경소음지표 사용 시 동일한 교실 내 청취자 위치에 따른 음성명료도 편차를 최소화하기 위한 음향설계 적용이 어려울 수 있어, 이를 반영할 수 있는 지표인 D50나 C50의 도입에 대한 검토가 필요하다고 판단된다. 따라서 교실의 음향성능 측정을 통해 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위해서는 한국어에 대한 주관적 음성명료도 평가와 D50나 C50 등의 물리적인 지표에 대한 대응 정도에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
위의 결과를 토대로 현행 미국과 영국에서 교실 음향 평가 시 사용하고 있는 잔향시간과 배경소음지표 사용 시 동일한 교실 내 청취자 위치에 따른 음성명료도 편차를 최소화하기 위한 음향설계 적용이 어려울 수 있어, 이를 반영할 수 있는 지표인 D50나 C50의 도입에 대한 검토가 필요하다고 판단된다. 따라서 교실의 음향성능 측정을 통해 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위해서는 한국어에 대한 주관적 음성명료도 평가와 D50나 C50 등의 물리적인 지표에 대한 대응 정도에 관한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
3에서 확인할 수 있듯이 교실 내 위치에 따른 상대적인 값의 차이가 D50와 C50와는 다른 양상으로 나타나는 것을 알 수 있었다. 이는 STI 측정 시 신호 대 잡음비를 고려하지 않았기 때문일 가능성이 있고, D50나 C50와는 다른 특징을 반영하는 지표이기 때문에 향후 연령에 따른 주관적 평가와 물리적 지표와의 대응 정도에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
(5) STI의 경우 교실 내 위치에 따른 상대적인 값의 차이가 D50와 C50와는 다른 양상으로 나타나고, 단순 선형 회귀분석 결과 역시 유의성이 낮은 것으로 나타났다. 향후 STI 측정 시 신호 대 잡음비를 달리하여 측정값을 비교하거나, 한국어에 대한 주관적 평가와 물리적 지표와의 대응 정도를 확인할 필요가 있는 것으로 사료된다.

참고문헌 (16)

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상세보기
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Haan, C. H. and Moon, K. C., 2004, An Experimental Research on the Room Acoustical Environment of the Elementary School Classrooms, The Journal of Korean Institute of Educational Facilities, Vol. 11, No. 1, pp. 5-14.
British Standards Institution, 2011, BS EN 60268-16:2011, Sound System Equipment-Part 16: Objective Rating of Speech Intelligibility by Speech Transmission Index.
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International Standards Organization, 2009, ISO 3382-1, Acoustics-measurement of Room Acoustic Parameters-Part 1:Performance Spaces.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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