현장실험을 통한 학교교실의 벽체 차음성능 및 측로전달소음 조사 Investigation of the sound insulation performance of walls and flanking noises in classrooms using field measurements원문보기
미국과 영국에서는 교실의 적정한 음환경을 제공하기 위하여 잔향시간 및 배경소음에 대한 기준이 수립되어 있다. 또한 이를 실현하기 위한 건축계획방법 및 실내마감재 적용에 대한 가이드라인을 제시하고 있다. 그러나 대한민국의 경우 학교 교실의 배경소음 기준을 만족하기 위한 가이드라인이 부족할 뿐만 아니라 이에 기초가 되는 교실 벽체의 차음성능에 대한 실태조사가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 학교 교실의 실내외 소음에 대한 차음성능을 조사하기 위하여 대한민국 청주시 소재 중학교 2개소의 외부벽체와 실간벽체의 구조를 조사하였다. 실내외 벽체의 차음성능 및 측로전달소음을 비교분석하기 위하여 투과손실, 가중 표준화 음압레벨차, 음향 감쇠 계수, 신호대잡음비 등을 측정하였다. 연구결과 실간벽체의 경우 건식벽으로 건립된 학교의 차음성능이 습식벽보다 높게 나타났으며, 특히 중고파수대역에서 높은 차음성능을 나타내었다. 외부벽체의 경우 각 학교 별로 차음성능을 비교하였을 때 단창을 이중으로 배치한 학교보다 복층유리를 사용한 학교의 성능이 더 높은 것으로 나타났다. 또한 측로전달소음의 경우 창문을 모두 개방하거나 복도 측 창문과 문을 연 경우 기준을 초과하는 것으로 나타나 내부 소음에 의해 학생이 음성전달에 방해를 받을 수 있음을 알 수 있었다.
미국과 영국에서는 교실의 적정한 음환경을 제공하기 위하여 잔향시간 및 배경소음에 대한 기준이 수립되어 있다. 또한 이를 실현하기 위한 건축계획방법 및 실내마감재 적용에 대한 가이드라인을 제시하고 있다. 그러나 대한민국의 경우 학교 교실의 배경소음 기준을 만족하기 위한 가이드라인이 부족할 뿐만 아니라 이에 기초가 되는 교실 벽체의 차음성능에 대한 실태조사가 부족한 실정이다. 본 연구에서는 학교 교실의 실내외 소음에 대한 차음성능을 조사하기 위하여 대한민국 청주시 소재 중학교 2개소의 외부벽체와 실간벽체의 구조를 조사하였다. 실내외 벽체의 차음성능 및 측로전달소음을 비교분석하기 위하여 투과손실, 가중 표준화 음압레벨차, 음향 감쇠 계수, 신호대잡음비 등을 측정하였다. 연구결과 실간벽체의 경우 건식벽으로 건립된 학교의 차음성능이 습식벽보다 높게 나타났으며, 특히 중고파수대역에서 높은 차음성능을 나타내었다. 외부벽체의 경우 각 학교 별로 차음성능을 비교하였을 때 단창을 이중으로 배치한 학교보다 복층유리를 사용한 학교의 성능이 더 높은 것으로 나타났다. 또한 측로전달소음의 경우 창문을 모두 개방하거나 복도 측 창문과 문을 연 경우 기준을 초과하는 것으로 나타나 내부 소음에 의해 학생이 음성전달에 방해를 받을 수 있음을 알 수 있었다.
In USA and UK, the standards of both reverberation time and background noise level have been established for the appropriate aural environment in classrooms. In order to realize this, guidelines for architectural planning and interior finishing have been also suggested. However, in Korea, there has ...
In USA and UK, the standards of both reverberation time and background noise level have been established for the appropriate aural environment in classrooms. In order to realize this, guidelines for architectural planning and interior finishing have been also suggested. However, in Korea, there has hardly been any guidelines for satisfying background noise criteria and investigation about sound insulation performance of current walls of classrooms. The present study investigates the structure of outer wall and walls between classrooms of two middle schools in order to analyze the sound insulation performance against both exterior and interior noises. Acoustic parameters including transmission loss, standardized sound level difference, and signal to noise ratio have been measured and analyzed for sound insulation performance of walls and flanking noises. As a result, concerning the walls in between classrooms, it was found that walls of dry construction have greater sound insulation performance rather than the walls of wet construction especially in mid and high frequency bands. Also, It was revealed that thermopane, insulated pair glass, of outer walls, has greater sound insulation performance than the double window consisted of two single pane glass. Regarding flanking noises, the standards were exceeded when all windows, or windows and doors front onto corridor were opened. It denotes that students could be disturbed with the sound transmission by the interior noises.
In USA and UK, the standards of both reverberation time and background noise level have been established for the appropriate aural environment in classrooms. In order to realize this, guidelines for architectural planning and interior finishing have been also suggested. However, in Korea, there has hardly been any guidelines for satisfying background noise criteria and investigation about sound insulation performance of current walls of classrooms. The present study investigates the structure of outer wall and walls between classrooms of two middle schools in order to analyze the sound insulation performance against both exterior and interior noises. Acoustic parameters including transmission loss, standardized sound level difference, and signal to noise ratio have been measured and analyzed for sound insulation performance of walls and flanking noises. As a result, concerning the walls in between classrooms, it was found that walls of dry construction have greater sound insulation performance rather than the walls of wet construction especially in mid and high frequency bands. Also, It was revealed that thermopane, insulated pair glass, of outer walls, has greater sound insulation performance than the double window consisted of two single pane glass. Regarding flanking noises, the standards were exceeded when all windows, or windows and doors front onto corridor were opened. It denotes that students could be disturbed with the sound transmission by the interior noises.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 논문에서는 교실 간 벽체(내벽)의 차음 성능을 비교하고 그 적정성을 평가하는데 있어서 미국 및 영국의 기준을 참고하고자 한다.
본 연구는 대한민국 교실의 배경소음 기준을 준수하고 정온한 학습 환경을 조성하기 위한 가이드라인 제시를 위해 교실 내에 유입되는 다양한 경로에 대한 조사를 진행하였다. 특히 실내외 소음이 투과될 수 있는 벽체의 차음성능을 조사하고 복도를 통해 유입될 수 있는 측로전달소음을 측정하였다.
본 연구에서는 대한민국 충북 청주시에 위치한 중학교 교실의 외벽 및 내벽의 차음성능과 측로전달소음 실태를 조사하였다. 이를 위해 총 8개 중학교의 교실 외벽 및 내벽의 구조를 조사하였으며, 그중 2개 학교를 선정하여 실험을 통해 차음성능 및 측로전달소음을 측정하였다.
본 연구에서는 대한민국의 학교 교실에서 소음이 전파되는 다양한 경로에 대한 실태를 조사하였다. 그러나 본 논문의 실험 대상이 청주시 내 2개 학교인 관계로그 실험 결과가 대한민국의 모든 학교의 음향적 상태를 대표한다고 단언하기 어렵다.
7은 실험대상 학교의 교실 및 복도에 설치된 7개의 수음점에서 측정한 소음의 음압레벨을 측정한 결과이다. 이를 통해 음원실인 옆 교실에서 발생한 소음이 복도를 거쳐 수음실인 대상 교실로 유입되는 소음의 정도를 파악하고자 하였다.
제안 방법
교실간 벽체의 성능을 평가하기 위하여 음원실과 수음실의 음압레벨 차를 바탕으로 단일 수치 평가량을 산출하였다. 본 논문에서는 미국과 영국에서 설정한 교실 간 벽체 차음성능 기준을 모두 비교하기 위하여 측정결과를 바탕으로 투과손실(TL)과 표준화음압레벨 차(D nT)를 산출한 뒤 각각의 단일수치 평가량인 음향투과등급(STC) [5] 와 가중 표준화 음압레벨차(D nT,w ) [6] 과 비교함으로써 대상 학교의 교실 간 벽체 차음성능을 평가하였다.
교실에서 수업 진행 시 인접 복도 및 교실에서 전달되는 소음의 영향을 조사하기 위하여 측로전달소 음을 측정하였다. 측정시 교실에서 측로전달소음이 전달될 수 있는 상황을 아래와 같이 3가지로 구분할 수 있으며 Fig.
한편 B학교의 경우 단일창을 이중으로 설치한 관계로 내외 창문의 개폐에 의해 차음성능에 차이가 발생할 수 있다. 따라서 외부 창문만 닫은 경우(B-1) 와 내외부 창문을 모두 닫은 경우(B-2)로 구분해 총 2가지 상황을 측정하였다.
인접교실의 음원이 미치는 영향을 알아보기 위해 수음실에 균등하게 배치하였으며 특히 음원과 가까운 뒷좌석의 경우 수음점을 추가(R6)하여 진행하였다. 또한, 측로전달소음의 경로를 파악하기 위하여 복도에도 수음점을 배치(R7)하여 실험하였다.
교실간 벽체의 성능을 평가하기 위하여 음원실과 수음실의 음압레벨 차를 바탕으로 단일 수치 평가량을 산출하였다. 본 논문에서는 미국과 영국에서 설정한 교실 간 벽체 차음성능 기준을 모두 비교하기 위하여 측정결과를 바탕으로 투과손실(TL)과 표준화음압레벨 차(D nT)를 산출한 뒤 각각의 단일수치 평가량인 음향투과등급(STC) [5] 와 가중 표준화 음압레벨차(D nT,w ) [6] 과 비교함으로써 대상 학교의 교실 간 벽체 차음성능을 평가하였다.
실내외 소음에 대한 학교교실 벽체의 차음성능을 조사하기 위해서는 실험대상 선정이 중요하다. 본 연구에서는 실험대상 학교를 선정함에 있어서 우선 학교 건축물을 시공방식별로 분류하였다.
본 연구에서는 대한민국 충북 청주시에 위치한 중학교 교실의 외벽 및 내벽의 차음성능과 측로전달소음 실태를 조사하였다. 이를 위해 총 8개 중학교의 교실 외벽 및 내벽의 구조를 조사하였으며, 그중 2개 학교를 선정하여 실험을 통해 차음성능 및 측로전달소음을 측정하였다.
이를 위해 측정대상 학교의 빈 교실에서 배경소음을 측정하였다. B중학교의 경우 33.
인접교실의 음원이 미치는 영향을 알아보기 위해 수음실에 균등하게 배치하였으며 특히 음원과 가까운 뒷좌석의 경우 수음점을 추가(R6)하여 진행하였다. 또한, 측로전달소음의 경로를 파악하기 위하여 복도에도 수음점을 배치(R7)하여 실험하였다.
측로전달소음의 측정 시 음원은 지향성 스피커를 사용하였으며 수업을 진행했을 때를 가정하여 학생 쪽을 지향하도록 하였다. 음원의 위치는 실제 교사의 위치인 강단에 바닥으로부터 1.
본 연구는 대한민국 교실의 배경소음 기준을 준수하고 정온한 학습 환경을 조성하기 위한 가이드라인 제시를 위해 교실 내에 유입되는 다양한 경로에 대한 조사를 진행하였다. 특히 실내외 소음이 투과될 수 있는 벽체의 차음성능을 조사하고 복도를 통해 유입될 수 있는 측로전달소음을 측정하였다. 이를 위해 청주시 내 2개 학교를 선정하여 실제 현장에서의 실험을 수행하였다.
대상 데이터
실험대상으로 선정된 교실의 외벽 차음성능을 측정은 2015년 7월에서부터 8월에 걸쳐 진행되었다. 모든 실험은 KS F 2235를 준수하였으며 공석 시에 수행하였다 . 음원의 경우 외벽으로부터 7 m 떨어진 거리에 지향성 스피커를 45° ± 5°의 입사각으로 설치하였으며 출력레벨은 90 dB 이상으로 설정하였다.
대한민국의 학교 건축은 건립년도에 따라 시공방식은 크게 4가지로 구분되며, 그 내용으로는 표준설계도서(standard design document), 공개경쟁(public tender), 현상공모(design competition), BTL(Build Transfer Lease) 입찰 방식을 들 수 있다. 본 연구에 서는 이상의 분류에 따라 청주시 내 중학교를 시공 형태 별로 2개소씩 선정하여 외부벽체 및 실간벽체에 대하여 조사하였으며 그 결과는 다음 Table 1에 나타난 바와 같다.
본 연구에서는 유사한 벽체구조를 가진 표준설계 도서와 공개경쟁, 현상공모 형식의 학교 중 1개소와 BTL 입찰 방식의 학교 중 1개소를 선정하였다. 실험대상 학교는 1986년에 표준 설계도서를 바탕으로 건축된 B학교와 가장 최근에 설립된 H학교이다.
본 연구에서는 유사한 벽체구조를 가진 표준설계 도서와 공개경쟁, 현상공모 형식의 학교 중 1개소와 BTL 입찰 방식의 학교 중 1개소를 선정하였다. 실험대상 학교는 1986년에 표준 설계도서를 바탕으로 건축된 B학교와 가장 최근에 설립된 H학교이다.
실험대상으로 선정된 교실의 외벽 차음성능을 측정은 2015년 7월에서부터 8월에 걸쳐 진행되었다. 모든 실험은 KS F 2235를 준수하였으며 공석 시에 수행하였다 .
특히 실내외 소음이 투과될 수 있는 벽체의 차음성능을 조사하고 복도를 통해 유입될 수 있는 측로전달소음을 측정하였다. 이를 위해 청주시 내 2개 학교를 선정하여 실제 현장에서의 실험을 수행하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다.
음원은 무지향성 스피커를 음원실의 중앙에 설치하여 90 dB의 높은 음원을 발생시켰으며, 수음점의 경우 음원실의 경우 음원으로부터 1 m 떨어진 위치에 1곳 설치하였다. 한편 수음실에서는 학생이 위치한 장소의 4개모서리 및 중앙점을 포함해 총 5개소에 측정점을 선정하였으며 모두 바닥으로부터 1.5 m 높이에 설치하였다. 실험 시 측로전달소음의 유입을 막기 위해 모든 창문 및 문을 닫고 수행하였다.
데이터처리
교실 외벽의 차음성능을 비교 ‧ 평가하기 위하여 측정결과를 바탕으로 표준화 음압레벨차(Dls,2m,nT) 을 산출하였으며, 이는 아래의 Eq. (1)로 산출할 수있다.
이론/모형
교실 간 벽체의 차음성능 측정을 위하여 KS F 2809를 준수해 실험을 진행하였다. 음원은 무지향성 스피커를 음원실의 중앙에 설치하여 90 dB의 높은 음원을 발생시켰으며, 수음점의 경우 음원실의 경우 음원으로부터 1 m 떨어진 위치에 1곳 설치하였다.
교실에서 측정된 결과는 KS F 2868에 명시된 표준 화음압레벨차(DnT,w)를 통해 분석하였으며, 이를 Tables 1 및 2의 미국과 영국 기준을 참고하여 평가하였다.
다만 음향투과등급(STC)의 경우 일반적으로 실험실에서 이루어지는 것이므로 본 논문에서 측정한 결과 값을 FSTC(Field Sound Transmission Class)로 표현하였다. FSTC의 경우 일반적으로 STC값에 비해 5-8정도 낮은 값을 보인다.
성능/효과
1) 교실 외벽의 경우 창호를 모두 닫았을 때 가중 표준화 음압레벨차가 약 25 dB ~ 28 dB로 나타났다. 한편 일반유리로 이루어진 창호를 이중으로 배치한 B 학교의 경우 폐쇄된 창호의 수에 따라 차음성능이 달라지는 것을 알 수 있었다.
2) 교실 간 벽체의 차음성능 측정결과, 두 학교 모두 미국의 기준(STC 50) 보다 낮으며 B학교의 경우 영국의 기준(D nT,w 45 dB) 보다 낮게 나타났다.
3) 측로전달소음 측정결과, B학교의 경우 복도 측창호의 개폐여부에 따라 교실의 소음레벨이 평균 19.6 dB(A)의 편차가 발생한다. 따라서 복도를 통한 측로전달소음의 유입으로 소음대 잡음비를 증가시켜 명료도를 저해할 수 있다.
두 학교 모두 창문을 모두 개방한 경우와 복도 측창문만 개방한 경우의 측정값에 큰 편차가 발생하지 않는 것을 알 수 있었다. 반면 모든 창호를 닫은 경우(all closed)에서 앞의 두 가지 경우와 비교해 볼 때 B학교와 H학교에서 각각 19.
반면 현상공모와 BTL의 경우 2000년대 이후에 지어진 학교의 형태로 외부벽체는 단일창이지만 복층유리를 사용한 창호로 이루어져 있다. 또한 실간 벽체는 석고보드를 이용한 건식벽체를 사용하고 있으며 두께는 135 mm ~ 150 mm로 습식벽체보다 두께가 얇은 것으로 나타났다.
주파수대역별 투과손실 산출 결과를 살펴보면 250 Hz 이하의 저주파대역에서는 B학교의 측정값이 높게 나타났지만 250 Hz 이상의 중고주파대역에서는 H학교의 측정값이 높게 나타남을 알 수 있다. 이것은 학교별 교실 간 벽체의 구성 재료에 의한 결과이다.
측정 결과 각 교실의 창문을 모두 개방한 경우(all opened)와 복도 측 창문만 개방한 경우(semi opened)에 수음실 내에서 측정된 음압레벨이 B학교와 H학교에서 각각 45.1 dB(A) 및 37.6 dB(A)로 나타났다. 이것은 미국 및 영국의 교실 내 배경소음 기준인 35 dB(A) [5,6]를 초과하는 값이다.
측정결과 B학교의 경우 창문을 외부 창호만 닫았을 때(B-1)와 내외부 창문을 모두 닫은 경우(B-2)의 가중 표준화 음압레벨차(Dls,2m, nT,w)는 각각 22 dB과 25 dB로 산출되어 내부 창호에 의한 영향이 약 3 dB 정도로 나타났다. 이것은 대한민국 학교의 교사 내 소음 기준 [15] 에 입각해 교실 외벽에 입사되는 소음이 최대 55 dB(A)이라고 가정할 때, 외벽을 투과해 실내에 유입되는 소음이 약 30 dB ~ 33 dB(A)임을 의미한다.
1) 교실 외벽의 경우 창호를 모두 닫았을 때 가중 표준화 음압레벨차가 약 25 dB ~ 28 dB로 나타났다. 한편 일반유리로 이루어진 창호를 이중으로 배치한 B 학교의 경우 폐쇄된 창호의 수에 따라 차음성능이 달라지는 것을 알 수 있었다.
후속연구
본 연구에서는 대한민국의 학교 교실에서 소음이 전파되는 다양한 경로에 대한 실태를 조사하였다. 그러나 본 논문의 실험 대상이 청주시 내 2개 학교인 관계로그 실험 결과가 대한민국의 모든 학교의 음향적 상태를 대표한다고 단언하기 어렵다. 또한 측로전달소음이 발생할 수 있는 다양한 경로에서 면밀한 실험이 이루어지지 못한 한계를 갖고 있다.
또한 측로전달소음이 발생할 수 있는 다양한 경로에서 면밀한 실험이 이루어지지 못한 한계를 갖고 있다. 따라서 향후 추가적이고 지속적인 후속 연구를 통해 국내 교실의 배경소음에 영향을 미치는 건축적 요소를 밝혀낼 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
대한민국의 학교 건축의 시공방식은 건립년도에 따라 어떻게 구분되는가?
대한민국의 학교 건축은 건립년도에 따라 시공방식은 크게 4가지로 구분되며, 그 내용으로는 표준설계도서(standard design document), 공개경쟁(public tender), 현상공모(design competition), BTL(Build Transfer Lease) 입찰 방식을 들 수 있다. 본 연구에 서는 이상의 분류에 따라 청주시 내 중학교를 시공 형태 별로 2개소씩 선정하여 외부벽체 및 실간벽체에 대하여 조사하였으며 그 결과는 다음 Table 1에 나타난 바와 같다.
배경소음이 학생들에게 어떤 영향을 미치는가?
해외에서는 배경소음과 학업성취도의 상관관계에 대해 많은 연구가 이루어지고 있는데, 교실의 배경소음이 학생들의 독해 능력 등 학업성취도에 영향을 미치며, [1] 높은 배경소음이 학업성취도를 저하 시킨다는 결과가 발표된 바 있다. [2-4] 이러한 연구결 과를 바탕으로 미국과 영국에서는 교실 설계 시 인접 공간에 따른 실간 벽체의 차음성능 기준과 이를 만족 하기 위한 다양한 가이드라인을 제시하고 있다.
본 연구에서 교실에서 측로전달소음이 전달될 수 있는 상황을 어떻게 구분하는가?
(a) 문과 창문을 모두 열었을 경우 (all opened)
(b) 복도 측 창문과 문만 열었을 경우 (semi opened)
(c) 문과 창문을 모두 닫았을 경우 (all closed)
참고문헌 (17)
A. L. Bronzaft, "The effect of a noise abatement program on reading ability," J. Environmental Psychology, 1, 215-222 (1981).
J. E. Dockrell, B. M. Shield, "Acoustical barriers in classrooms: the impact of noise on performance in the classroom," British Educational Research Journal, 32, 509-525 (2006)
L. M. Ronsse and L. M. Wang, "Effects of noise from building mechanical systems on elementary school student achievement," ASHRAE, 116, 347-354 (2010).
H. Sato and J. S. Bradley, "Evaluation of acoustical conditions for speech communication in working elementary school classrooms," J. Acoust. Soc. Am., 123, 2064-2077 (2008).
ANSI/ASA S12.60, Acoustical Performance Criteria, Design Requirements, and Guidelines for Schools - Part 1 : Permanent Schools, American National Standard, 10, 2010.
EFA PSBP, Acoustic Performance Standards for The Priority Schools Building Programme, U.K., 10-13, 2012.
J. You and J. Y. Jeon, "Evaluation of speech intelligibility in classrooms with air conditioning noise" (in Korean), J. Archi. Inst. Kr. Suppl.1(s) 25, 371-374 (2005).
J. Y. Kyoung, Investigation of the high school outdoor noise environment in Cheong-ju, (Master thesis, Chungbuk National University, 2011).
K. H. Lee, S. W. Lee, W. R. Choi, "A study on design guidelines of preliminary school classroom based on environmental performance (2)" (in Korean), J. Archi. Inst. Kr. Suppl. 5, 225-232 (1989).
C. H. Son, Y. J. Choi, and K. H. Lee, "A study on the environmental design of the classroom in elementary schools with particular reference to natural lighting and sound insulation performance," J. Kr. Inst. Educat. Facili. 10, 13-20 (1997).
KS F 2235, Field measurements of sound insulation of building facades and facade elements, Korea Standard Association, 2016.
KS F 2862, Rating of airborn noise sound insulation in buildings and building elements (in Korean), Korea Standard Association, 2012.
M. Mehta, Architectural Acoustics - Principles and Design (Prentice Hall, U.S.A, 1999), pp. 108.
KS F 2809, Field measurements of airborne sound insulation of building (in Korean), Korea Standard Association, 2016.
Korea Ministry of Government Legislation, Education Ministry of Korea, "Enforcement Rule of the School Health Act," (2017).
I. Bork, "A comparison of room simulation software-The 2nd round robin on room acoustical computer simulation," Acta Acustica, 86, 943-956 (2000).
K. S. Pearsons, R. L. Bennett, and S. Fidell, "Speech levels in various noise environments," U.S. Environmental Protection Agency, 46, (1977).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.