[논문]바닥 진동 거동 및 충격원 특성을 고려한 바닥 중량 충격음 평가방법 고찰

이민정; 최현기

doi:10.11112/jksmi.2017.21.4.069

바닥 진동 거동 및 충격원 특성을 고려한 바닥 중량 충격음 평가방법 고찰
Consideration on Rating Method for Heavy Impact Sound Taking Account of the Characteristics of Floor Vibration and Impact Sources 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.21 no.4, 2017년, pp.69 - 79

이민정 (한양대학교) , 최현기 (경남대학교 소방방재공학과)

초록
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표준 중량 충격원의 실제 충격원 재현성에 대한 논란이 있음에도 현재 기준에서는 뱅머신 방식만 사용하고 있다. 현행 기준의 평가방법 및 등급 기준이 충격원 특성을 고려하지 못하고 있어 충격원의 선택에 따라 바닥충격음 차단 성능 등급에 차이가 발생하기 때문이다. 본 연구는 충격원 특성 외에 바닥 진동 거동 특성을 함께 고려한 현행 기준의 바닥충격음 평가 방법 고찰을 목적으로 한다. 공동주택 mock-up 실험동에서 표준 중량 충격원과 실충격원에 대하여 바닥충격음을 측정하고 이를 이용하여 해외 평가 방법과 우리나라의 평가 방법을 비교 검토하였다. 또한 현행 바닥충격음 평가 기준의 대상 주파수 범위를 벗어나는 저주파수 대역의 음압레벨은 네텔란드의 저주파 소음 인지 곡선과 국내 연구자가 제안한 저주파 소음 기준안을 이용하여 평가하였다. 그 결과 기준 및 평가 산정 방법에 따라 성능 평가 결과가 상이하며, 바닥 진동의 지배 주파수 범위에서 모든 충격원에 대한 바닥충격음 가청 소음으로 인식하여 성가시게 느낄 가능성이 매우 크다. 현행 평가 기준의 단일수치 평가량 산정 방법은 충격원에 따라 상이한 음압레벨 스펙트럼 특성을 제대로 반영하지 못하며, 바닥의 진동 거동 지배 주파수를 포함하는 저주파수 대역의 음압레벨을 고려하지 않고 있어 바닥충격음에 대한 평가 결과와 사람의 인지 수준에 차이가 발생할 수 있다. 따라서 충격원에 따른 음압레벨의 스펙트럼 특성과 저주파수 대역의 음압레벨을 반영할 수 있도록 현행 기준의 평가 방법을 보완할 필요가 있다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to reconsider the rating method for the floor impact sound insulation performance in current criterion. Although there are some arguments about proper standard heavy impact source with reproducibility of actual impact source in residence building, bang machine is adopted as the only standard heavy impact source in domestic criterion. To inspect the rating methods of evaluation criteria, this study conducted vibration test for both of standard heavy impact sources and actual impact sources. Using the test results, the floor impact sound insulation performance levels were assessed by each of several criteria. In addition, low frequency noise beyond current criteria was evaluated. Consequently, the floor impact sound levels have different performance levels according to adopted criteria, and measured floor impact sounds are bound to annoy the neighbors in the low frequency range. Current criteria does not consider the spectrum characteristics of floor impact sound according to impact sources and low frequency noise. This may cause the difference between the floor impact sound insulation performance level and human perception. Thus current criterion needs to be complemented to reflect the spectrum characteristics of floor impact sound levels according to impact sources and sound pressure levels in low frequency range.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 바닥 중량 충격음 평가 시 충격원에 따른 국내 기준 적용의 문제점 파악 및 보완 방안 마련을 위한 연구의 일환으로 표준 중량 충격원과 실충격원을 이용하여 바닥 충격음을 측정하고, 이를 이용하여 충격원 특성에 따른 각국 기준의 평가 방법 및 등급 기준을 비교하였다.
본 연구에서는 바닥충격음 평가 기준에서 고려하지 못하는 바닥 진동의 지배 주파수 대역의 음압레벨 평가를 위하여 네델란드의 저주파소음 인지 곡선과 Lee et al.(2011)의 권고기준안을 이용하였다.
본 연구에서는 바닥충격음 평가 기준에서 고려하지 못하는 바닥 진동의 지배 주파수 대역의 음압레벨 평가를 위하여 저주파 소음 평가를 시도하였다. 이를 위하여 가청 소음의 여부 결정에 사용되는 네델란드의 저주파소음 인지 곡선과 피험자의 100%가 성가심을 느끼는 수준의 Lee et al.
본 연구에서는 표준 중량 충격원과 실충격원에 대한 바닥충격음을 측정하고 이를 이용하여 현행 기준의 바닥충격음압 레벨 평가 방법을 해외 기준과 비교 검토하였다. 또한 현행 바닥충격음 평가 기준의 대상 주파수 범위를 벗어나는 저주파수 대역의 음압레벨은 네텔란드의 저주파 소음 인지 곡선과 국내 연구자가 제안한 저주파 소음 기준안을 이용하여 평가하였다.

제안 방법

ISO 717-2는 경량 충격음에 대한 평가 방법이지만 기준선을 이동시키는 방법이 국내 규격과 상응하고 사람의 청감을 반영한 기준 곡선에 대한 단일 수치 결정이라는 점에의미를 두어 본 연구의 바닥충격음 측정값에 대한 ISO 717-2의 단일수치 평가량을 산정해 보았다.
5 m 정도 떨어진 위치를 가력 하도록 하였다. Photos 1과 2는 아동의 실충격원 가력 모습으로, 뛰어내림(jump)의 경우 표준 중량 충격원과 마찬가지로 가속도계와 0.5 m 정도 떨어진 위치에서 아동이 의자에서 뛰어내리도록 하고, 달리기(running)의 경우 가속도계에서 0.5 m 정도 떨어진 점을 지나는 위치의 양벽면 사이를 자유롭게 마음껏 왕복하여 달리도록 하였다. 충격력 가력 시 국내 주거양식을 반영하여 아동은 신발을 착용하지 않았으며, 마감처리 안된 맨바닥 슬래브면에 아동이 긁히거나 다치지 않도록 달릴때에는 덧양말을 신기고, 점핑시에는 의자 앞바닥에 충분히 넓게종이를 밀착하여 깔아두었다
각국 기준에 따라 산정된 단일수치 평가량을 Table 2에 정리하였는데, ISO 717-2의 단일수치 평가량의 경우 기준곡선 이동으로 결정된 레벨을 기록하고 그 레벨에서 5 dB 차감한 단일수치 평가량을 괄호안에 기록하였다. 또한 전 주파수 대역에 대한 오버올레벨(overall level)을 평탄특성(dB(lin))과 A 특성 가중 값(dB(A))으로 산정하여 비교하였다.
본 연구에서는 표준 중량 충격원과 실충격원에 대한 바닥충격음을 측정하고 이를 이용하여 현행 기준의 바닥충격음압 레벨 평가 방법을 해외 기준과 비교 검토하였다. 또한 현행 바닥충격음 평가 기준의 대상 주파수 범위를 벗어나는 저주파수 대역의 음압레벨은 네텔란드의 저주파 소음 인지 곡선과 국내 연구자가 제안한 저주파 소음 기준안을 이용하여 평가하였다.
바닥충격음 음압레벨은 시상수 ‘fast’로 1/3 Octave band 분석을, 바닥 진동의 경우 ‘exponential’ 평균을 이용한 FFT 분석을 수행하였다.
특히 바닥충격음은 충격력으로 발생한 바닥진동으로 말미암은 고체전달음이므로 슬래브의 바닥 진동 거동특성은 바닥충격음 발생에 직접 영향 요인이 된다. 본 연구에서는 구조체의 거동과 충격원 종류를 음압레벨에 미치는 영향 요인으로 고려하기 위하여 바닥 구조를 맨슬래브 조건으로 한정하였다.
공동주택 바닥충격음 차단구조인정 및 관리기준에서는 바닥충격음 차단성능 평가를 위한 측정대상 공간을 거실로 규정하고 거실과 침실의 구분히 명확하지 않은 소형평형 공동주택의 경우 가장 넓은 공간을 대상으로 측정하도록 규정하고 있다. 본 연구에서는 바닥충격음 음압레벨에 영향을 미치는 슬래브의 진동 거동 차이 비교를 위해서 거실(living room) 외에 가장 큰 침실(room1)을 추가하여 2개 공간의 바닥 슬래브에 대하여 진동 가속도와 음압레벨을 측정하였다. Fig.
본 연구에서는 주거 공간에서 뛰어내리거나 달리는 활동량이 많으나 그 행동을 제제하기가 쉽지 않아 충격원으로서 발생 빈도가 비교적 높을 것으로 예상되는 만 4세 아동의 뛰어내리기와 달리기를 실충격원으로 선정하여 바닥 충격음을 측정하였다. Fig.
충격원에 따른 바닥 충격음 측정은 D연구소의 공동주택 mock-up 실험동에서 수행되었다. 실험동의 단위세대 평면은 Fig. 6과 같고, 충격원은 뱅머신과 고무공, 아동의 뛰어내림과 달리기를 각각 표준 중량 충격원과 실충격원으로 적용하였다.
충격원 특성 외에 바닥의 진동 거동 특성을 반영하기 위하여 공동주택 mock-up 실험동의 거실과 거실 다음 규모의 침실을 대상으로 음압레벨과 함께 바닥 진동 가속도를 측정하였다. 바닥의 진동의 지배주파수는 거실의 경우 30 Hz이며 뱅머신에 대한 바닥 진동 응답에서는 60 Hz에서 약하게 2차모드 거동을 나타내고 있다.
충격원에 따른 바닥 충격음 측정은 D연구소의 공동주택 mock-up 실험동에서 수행되었다. 실험동의 단위세대 평면은 Fig.
표준 중량 충격원은 음원실 “P”점 가속도계에서 0.5 m 정도 떨어진 위치를 가력 하도록 하였다.

대상 데이터

실험참가 아동의 체중은 16∼58 kg으로 전체 70%가 25∼35 kg이다
표준 중량 충격원으로는 뱅머신과 고무공을 모두 사용하였고, 실충격원으로는 실 주거 공간에서 충격력 발생 빈도가 높을 것으로 예상되는 만 4세 아동의 뛰어내림과 달리기를 선택하였다. 실험에 참가한 아동의 체중은 18.

데이터처리

계측 및 분석 장비로 PULSE 3560-B를 사용하였으며, 4개 충력원 각각에 대하여 30초 동안 연속적으로 가력하여 기록하였다. 바닥충격음 음압레벨은 시상수 ‘fast’로 1/3 Octave band 분석을, 바닥 진동의 경우 ‘exponential’ 평균을 이용한 FFT 분석을 수행하였다.

이론/모형

본 연구에서는 바닥충격음 평가 기준에서 고려하지 못하는 바닥 진동의 지배 주파수 대역의 음압레벨 평가를 위하여 네델란드의 저주파소음 인지 곡선과 Lee et al.(2011)의 권고기준안을 이용하였다. 바닥 진동의 지배주파수 범위에서 모든 충격원에 대한 바닥충격음 레벨은 네델란드의 저주파수 인지 곡선을 상회하고 있어 가청 소음으로 인식할 가능성이 크다.
공동주택 Mock-up 실험동의 거실과 침실에서 측정된 4개 충격원에 대한 바닥충격음의 단일 수치 평가량을 각국 규격의 방법에 따라 산정하였다.
국내 평가 기준에서는 바닥충격음의 단일 수치 평가량을 산정하여 각 등급 기준치와 비교하도록 하고 있다. 본 연구에서 각 충격원에 대한 바닥충격음의 단일수치 평가량은 중량바닥 충격음 평가 방법에 대한 국내 규격 KS F 2863-2와 일본 JIS A 1419-2 및 경량 충격음에 대한 평가 방법인 ISO 717-2에 따라 산정하였다. KS F 2863-2의 규정에 의한 바닥 충격음 레벨 단일 수치 평가량은 뱅머신, 고무공, 아동의 뛰어내림과 달리기에 대하여 순서대로 거실은 50 dB, 48 dB, 50 dB, 46 dB이며, 침실은 49 dB, 45 dB, 49 dB, 43 dB이다.

성능/효과

본 연구에서 각 충격원에 대한 바닥충격음의 단일수치 평가량은 중량바닥 충격음 평가 방법에 대한 국내 규격 KS F 2863-2와 일본 JIS A 1419-2 및 경량 충격음에 대한 평가 방법인 ISO 717-2에 따라 산정하였다. KS F 2863-2의 규정에 의한 바닥 충격음 레벨 단일 수치 평가량은 뱅머신, 고무공, 아동의 뛰어내림과 달리기에 대하여 순서대로 거실은 50 dB, 48 dB, 50 dB, 46 dB이며, 침실은 49 dB, 45 dB, 49 dB, 43 dB이다. JIS A 1419-2의 평가 기준에 따르면 침실에서의 고무공과 아동 달리기 충격에 대한 음압레벨은 50 dB이고 나머지의 경우는 55 dB이다.
실충격원은 대상 아동의 체중과 연령에 따라 최대충격력 크기가 광범위하게 분포한다. 본 연구에 참여한 아동은 미취학 아동 평균에 해당하는 만 4세의 체중 18.3kg인 여아로, 대상 아동보다 더 큰충격력을 가지는 아동 또는 성인의 경우 발생하는 바닥충격음은 특히 바닥 진동의 지배 주파수 대역에서 더 높은 음압레벨을 발생시킬수 있으며, 따라서 성가심을 느낄가능성은 더 높아질 수 있다.
수음실 천장 마감재의 영향이 포함되는 것으로 판단되는 침실을 제외하고 거실의 슬래브에 대한 바닥충격음 단일수치평가량을 분석해보면, 뱅머신은 63 Hz과 250 Hz 대역에서, 고무공과 아동의 뛰어내림 및 달리기의 경우 125 Hz와 250 Hz 대역에서 결정적이며 모두 50 dB 이하로 대상 바닥의 슬래브는 공동주택 바닥구조의 바닥충격음 차단성능 기준 제한을 만족한다
10은 국내 규격 KS F 2863-2의 규정에 의한 바닥 충격음 레벨 단일 수치 평가량 결정 과정을 나타내고 있으며, 거실에서 표준 중량 충격원인 뱅머신과 고무공의 단일수치에 의한 바닥충격음 레벨은 각각 50 dB과 48 dB이고, 실충격원으로 사용한 아동의 뛰어내림과 달리기의 경우 각각 50 dB과 46 dB로 결정된다. 침실의 바닥충격음 단일수치 평가량은 뱅머신, 고무공, 아동의 뛰어내림, 달리기에 대하여 순서대로 49dB, 45 dB, 49 dB 43 dB이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	층간소음은 어떻게 구분되는가?	특히 층간소음 문제는 제도적 장치와 기술적 대응이 동시에 요구되는 사안이다. 층간소음은 배관구 등을 통해 소리가 직접 전달되는 공기전달음과 바닥충격음으로 구분되고, 바닥충격음은 충격원에 따라 다시 경량충격음과 중량충격음으로 나뉜다. 공기전달음에 의한 층간소음은 차음․ 흡읍․ 방음 등의 방법을 적용할 수 있다.
	바닥 성능 등급 판정에서 충격원 특성에 따른 등급 결과에 논란이 발생한 이유는?	표준 중량 충격원으로 고무공을 사용할 경우에는 보정값을 사용하여 뱅머신과 동일한 성능등급 기준을 적용하도록 하고 있다. 이와 같은 평가 방법 및 성능등급 기준은 충격원의 특성을 반영하지 못하며, 사용된 충격원 특성에 따라 바닥 충격음 차단성능이 서로 다른 등급으로 판정되는 결과를 초래하기도 한다. 충격원 특성에 따른 등급 결과에 논란이 발생하자 공동주택 바닥충격음 차단성능 관리 기준은 2015년 12월 개정 시 표준 중량 충격원으로 뱅머신 방식을 사용하도록 지정하였다.
	바닥 충격음의 특징은?	공기전달음에 의한 층간소음은 차음․ 흡읍․ 방음 등의 방법을 적용할 수 있다. 그러나 바닥 충격음은 바닥진동이 구조체를 따라 사방으로 전달되어 이웃 세대에서 소음을 발생시키는 고체전달음이므로 구조체의 진동 거동을 함께 고려해야 한다. 특히 층간소음 이웃사이센터에 접수된 민원의 70% 이상이 보행 시 뒤꿈치의 충격이나 뜀 등 거주자의 거동으로 발생한 중량충격음으로 말미암은 것으로 충격원을 제거하거나 격리할 수 없어 완충재와 마감재 등의 사용 외에 구조체의 성능 규정과 이에 따른 적절한 구조설계가 요구된다.

참고문헌 (11)

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