[논문]장방향 복도 공간의 비상방송설비에 대한 음압 레벨과 음성 명료도 비교

정정호; 이성찬

doi:10.7731/kifse.2018.32.4.042

장방향 복도 공간의 비상방송설비에 대한 음압 레벨과 음성 명료도 비교
Comparison of Sound Pressure Level and Speech Intelligibility of Emergency Broadcasting System at Longitudinal Corridor 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.32 no.4, 2018년, pp.42 - 49

정정호 (한국화재보험협회 부설 방재시험연구원) , 이성찬 (영산대학교 건축플랜트학과)

초록
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본 연구에서는 건축음향시뮬레이션을 통하여 재실자에게 비상방송 설비에서 발생되는 비상 방송음이 명확하게 전달되는지를 알아보기 위하여 장방형 복도를 대상으로 NFSC 202의 기준에 따라 25 m 간격으로 비상 방송용 확성기가 설치되었을 때 건축마감재료 변경에 따라 음압레벨, 음성명료도 지표를 비교분석하였다. 마감재료로 흡음특성이 낮은 재료를 적용한 경우 충분한 음압 레벨은 확보할 수 있었지만, 재실자가 비상 방송음을 알아듣기 매우 어려운 수준의 음성명료도를 보였다. 마감재료로 흡음재료를 적용함에 따라 음성 명료도, 음성 전달 지수는 재실자가 잘 알아들을 수 있는 수준으로 개선이 가능한 것으로 나타났지만 재실자에게 전달되는 음압 레벨이 감소되며 같은 공간 내 레벨 차이가 크게 발생되는 것으로 나타났다. 따라서 흡음재료를 사용하여 음성명료도를 확보하고자 할 경우 고른 음압 레벨 분포를 확보하기 위하여 비상 방송용 확성기를 설치간격 조정 등이 필요한 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, in order to investigate whether or not the emergency broadcasting sound generated from an emergency broadcasting speaker is clearly transmitted to the occupant through architectural sound simulation, when the loudspeaker for emergency broadcasting is installed at intervals of 25 m according to NFSC 202 for a rectangular hallway. The sound pressure level and speech intelligibility index were analyzed according to changes in building finishing materials. With a reflective material finishing, sound pressure level satisfied the standard while speech intelligibility index was low. As a result of applying the sound absorbing material finishing, clarity and speech transmission index was improved to a level that could be understood by the occupant, whereas the sound pressure level delivered to the occupant decreased in the same space.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 2. Input Finishing Materials at Each Cases
표 Table 1. Relationship between STI and RASTI Values and Speech Recognition
그림 Figure 1. 3D modelling of longitudinal corridor for architectural acoustics simulation.
그림 Figure 2. Architectural acoustics simulation results on reverberation time.
표 Table 3. Absorption Coefficient of Input Finishing Materials in 1/1 Octave-band
그림 Figure 3. Architectural acoustics simulation results on C80 and D50.
그림 Figure 4. Architectural acoustics simulation results on C80 and D50.
그림 Figure 5. STI distribution in 4 cases with different finishing.
그림 Figure 6. RASTI distribution in 4 cases with different finishing.
그림 Figure 7. SPL simulation results with different sound absorption condition.
그림 Figure 8. Sound pressure level distribution.
그림 Figure 9. A-weighted sound pressure level in 4 cases with different finishing.
표 Table 4. Qualitative Evaluation of Architectural Sound Simulation Results

AI 본문요약
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문제 정의

건축음향 시뮬레이션 수행시 비상 방송용 확성기의 지향성은 반구형태로 음에너지가 전달되는 조건(반무지향성)으로 설정하여 실시하였다. 본 연구에서는 문과 같은 차폐물에 의한 장애가 발생할 수 있는 거실등과 같은 공간은 제외하였으며 장방형 복도공간 내에서의 음압분포를 알아보았다.

제안 방법

건축음향 마감에 따른 방송음 레벨, 잔향시간 및 음성전달지수 변화를 조사하기 위해 동일한 공간을 대상으로 마감재료를 변경한 4가지 조건에 대한 건축음향 시뮬레이션을 실시하였다. 조건별로 마감재 입력은 Table 2와 같다.
장방형 복도를 대상으로 비상방송설비 확성기에서 음을 발생시킨 4가지 조건에 대한 건축음향 시뮬레이션 결과는 Figure 1 에 나타내었다. 건축음향 시뮬레이션 수행시 비상 방송용 확성기의 지향성은 반구형태로 음에너지가 전달되는 조건(반무지향성)으로 설정하여 실시하였다. 본 연구에서는 문과 같은 차폐물에 의한 장애가 발생할 수 있는 거실등과 같은 공간은 제외하였으며 장방형 복도공간 내에서의 음압분포를 알아보았다.
반대로 확성기가 사용되는 공간에 흡음재료가 사용되어 음 에너지 감소가 빠르게 되면 음압 레벨은 낮게 나타났다. 따라서 비상방송설비에서 사용되는 확성기에서 발생되는 음 에너지 크기가 동일한 경우 흡음 재료 적용에 따른 비상 방송음의 음압 레벨을 시뮬레이션 하여 비교하였다.
마감재료로 흡음특성이 없는 재료를 적용한 경우 NFSC 202의 기준에 따라 비상방송설비를 설치하면 충분한 음압 레벨은 확보할 수 있었지만, 재실자가 비상 방송음을 알아 듣기 매우 어려운 환경으로 나타났다. 음성 명료도를 개선하기 위해 흡음재료를 천장, 바닥, 벽체에 단계적으로 적용하여 건축음향 시뮬레이션을 실시하였다. 흡음재료를 적용함에 따라 음성 명료도, 음성 전달 지수는 재실자가 잘 알아들을 수 있는 수준으로 개선이 가능한 것으로 나타났지만 재실자에게 전달되는 음압 레벨이 감소되며 공간내 레벨 차이가 크게 발생되는 것으로 나타났다.
이를 위해 본 연구에서는 장방형 복도 공간을 대상으로 NFSC 202의 규정과 실제 마감 재료 등을 고려하여 비상 방송음에 대한 음압 레벨과 다양한 음성 명료도 지표에 대한 시뮬레이션을 실시하였다. 이를 위해 복도 공간의 마감재료를 흡음재료로 단계적으로 변경하여 비상 방송음의 음압 레벨 분포와 음성 평료도 지표를 비교하였다.
비상 방송음을 명확하게 전달하기 위해서는 확성기에서 발생되는 음향뿐만 아니라 방송음이 재실자가 잘 알아들을 수 있도록 비상방송설비 뿐만 아니라 비상방송설비가 설치 운영되는 공간의 특성을 고려하여야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 장방형 복도 공간을 대상으로 NFSC 202의 규정과 실제 마감 재료 등을 고려하여 비상 방송음에 대한 음압 레벨과 다양한 음성 명료도 지표에 대한 시뮬레이션을 실시하였다. 이를 위해 복도 공간의 마감재료를 흡음재료로 단계적으로 변경하여 비상 방송음의 음압 레벨 분포와 음성 평료도 지표를 비교하였다.

대상 데이터

대상공간으로는 장방형 복도(높이 3 m × 폭 4 m × 80 m, Figure 1 참고)를 대상으로 NFSC 202의 기준에 따라 25 m 간격으로 비상 방송용 확성기(실내용 1 W, 정격전압의 80% 적용)를 배치하였다.

이론/모형

본 연구에서는 재실자에게 비상방송설비에서 발생되는 비상 방송음이 명확하기 전달되는 조건을 도출하기 위해 건축음향 시뮬레이션 기법을 적용하였다. 대상공간으로는 장방형 복도(높이 3 m × 폭 4 m × 80 m, Figure 1 참고)를 대상으로 NFSC 202의 기준에 따라 25 m 간격으로 비상 방송용 확성기(실내용 1 W, 정격전압의 80% 적용)를 배치하였다.

성능/효과

흡음재를 적용하지 않은 경우의 C80값은 0 dB 이하로 나타나 초기 80 [ms]의 음에너지보다 80 [ms] 이후의 음에너지가 더 큰 것으로 나타났다. 공간의 흡음성능이 증가됨에 따라 C80 값이 증가되어 명료한 방송음 전달이 가능한 것으로 나타났다. Figure 3(b)의 D50은 충격응답상에서 초기 50 [ms]의 음에너지와 전체 음에너지 비율을 나타낸 것이다.
마감재료로 흡음특성이 없는 재료를 적용한 경우 NFSC 202의 기준에 따라 비상방송설비를 설치하면 충분한 음압 레벨은 확보할 수 있었지만, 재실자가 비상 방송음을 알아 듣기 매우 어려운 환경으로 나타났다. 음성 명료도를 개선하기 위해 흡음재료를 천장, 바닥, 벽체에 단계적으로 적용하여 건축음향 시뮬레이션을 실시하였다.
6 이상의 D50 값이 요구된다. 모든 주파수 대역에서 명료한 비상 방송음을 전달하기 위해서는 장방형 복도의 천장, 바닥, 측벽 모두 흡음재료를 적용하는 것이 필요한 것으로 나타났다. 천장, 천장과 바닥에 흡음재료를 적용한 경우 63 [Hz] 대역을 제외하고는 0.
5 [s] 수준으로 나타났다. 장방형 복도 공간의 경우 바닥의 흡음성 증가에 의한 영향은 천장, 벽체에 흡음재료를 적용한 경우보다 낮은 것으로 나타났다.
6 이상으로 증가되는 것으로 나타났으며, 이는 잘 들리는 수준이다. 천장, 바닥 및 벽체에 모두 흡음재료를 적용하는 경우 STI, RASTI 값은 0.8 이상으로 비상 방송음이 재실자에게 매우 편하게 잘 전달될 수 있는 것으로 나타났다.
흡음재료 사용이 증가함에 따라 음압레벨 감소와 함께 동일한 공간 내에서의 음압 레벨 차이가 크게 발생되는 것으로 나타났다. 천장, 바닥, 벽에 흡음재료가 적용된 경우 10 dB 정도의 음압 레벨 차이가 발생되었으며, 1 [kHz]대역의 경우 약 13 dB 정도의 음압 레벨 차이가 나타났다. Figure 8 (b)는 비상 방송음 레벨 분포에 대한 표준 편차를 나타낸 것이다.
천장과 바닥에 흡음재료를 적용한 경우는 천장에 흡음재료를 적용한 경우에 비하여 평균 1 dB 정도 비상 방송음 레벨이 감소되는 것으로 나타났다. 천장, 바닥, 벽체에 모두 흡음 재료를 적용한 경우는 모든 주파수 대역에서 80 dB 이하로 비상 방송음이 전달되는 것으로 나타났으며, 적용한 흡음 재료에 의해 약 10 dB 정도의 비상 방송음 레벨이 감소되는 것으로 나타났다. 특히 1 [kHz] 대역의 경우 약 15 dB 정도의 레벨이 저하되는 것으로 나타났다.
천장, 바닥과 함께 측벽에도 흡음재를 적용한 경우의 STI 분포는 공간 전체에서 “Excellent (아주 편안하게 들을 수 있음)”로 나타났다.
모든 주파수 대역에서 명료한 비상 방송음을 전달하기 위해서는 장방형 복도의 천장, 바닥, 측벽 모두 흡음재료를 적용하는 것이 필요한 것으로 나타났다. 천장, 천장과 바닥에 흡음재료를 적용한 경우 63 [Hz] 대역을 제외하고는 0.55 이상의 D50 값을 갖는 것으로 나타났다.
천장 흡음재료를 적용함에 따라 3 dB - 6 dB 정도 비상 방송음 레벨이 감소되었다. 천장과 바닥에 흡음재료를 적용한 경우는 천장에 흡음재료를 적용한 경우에 비하여 평균 1 dB 정도 비상 방송음 레벨이 감소되는 것으로 나타났다. 천장, 바닥, 벽체에 모두 흡음 재료를 적용한 경우는 모든 주파수 대역에서 80 dB 이하로 비상 방송음이 전달되는 것으로 나타났으며, 적용한 흡음 재료에 의해 약 10 dB 정도의 비상 방송음 레벨이 감소되는 것으로 나타났다.
흡음재료를 적용하지 않은 경우는 충분한 크기의 음압레벨로 비상 방송음을 전달할 수 있는 것으로 판단된다. 천장에 흡음재료를 적용한 경우는 주파수 대역별로 77 dB - 82 dB 크기로 비상 방송음이 전달되는 것으로 나타났다. 천장 흡음재료를 적용함에 따라 3 dB - 6 dB 정도 비상 방송음 레벨이 감소되었다.
흡음재료가 적용되지 않은 경우 음에너지가 잘 흡수되지 않고 공간내에 반사음을 전달되므로 상대적으로 음압 레벨 분포가 고르게 나타나고 있다. 흡음재료 사용이 증가함에 따라 음압레벨 감소와 함께 동일한 공간 내에서의 음압 레벨 차이가 크게 발생되는 것으로 나타났다. 천장, 바닥, 벽에 흡음재료가 적용된 경우 10 dB 정도의 음압 레벨 차이가 발생되었으며, 1 [kHz]대역의 경우 약 13 dB 정도의 음압 레벨 차이가 나타났다.
흡음재료를 적용하지 않은 경우 읍압 레벨은 확보할 수 있지만 실제 피난 상황에서의 배경소음, 재실자의 대화음, 보행음 등으로 더 큰 음압 레벨이 필요할 수 있으며, 더 큰 음압 레벨이 확보되어도 소리가 매우 울려 비상 방송음이 재실자에게 정확하게 전달되지 못하는 것으로 나타났다.
음성 명료도를 개선하기 위해 흡음재료를 천장, 바닥, 벽체에 단계적으로 적용하여 건축음향 시뮬레이션을 실시하였다. 흡음재료를 적용함에 따라 음성 명료도, 음성 전달 지수는 재실자가 잘 알아들을 수 있는 수준으로 개선이 가능한 것으로 나타났지만 재실자에게 전달되는 음압 레벨이 감소되며 공간내 레벨 차이가 크게 발생되는 것으로 나타났다.
흡음재료를 천장, 천장과 바닥에 설치한 경우의 STI 분포는 매우 유사한 것으로 나타났으며, 두가지 경우 모두 “Good (잘 들림)” 수준으로 향상되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비상방송설비의 역할은 무엇인가?	비상방송설비는 화재, 지진 등 위급 재난 상황을 건축물내 재실자에게 신속하게 전파하여 효율적인 피난행동을 개시할 수 있도록 하여야한다. 이를 위해서는 재난 상황시 모든 재실자가 비상방송내용을 분명하게 전달할 수 있어야 한다.
	마감재료로 흡음특성이 낮은 재료를 선택했을 때 결과는 어떠한가?	본 연구에서는 건축음향시뮬레이션을 통하여 재실자에게 비상방송 설비에서 발생되는 비상 방송음이 명확하게 전달되는지를 알아보기 위하여 장방형 복도를 대상으로 NFSC 202의 기준에 따라 25 m 간격으로 비상 방송용 확성기가 설치되었을 때 건축마감재료 변경에 따라 음압레벨, 음성명료도 지표를 비교분석하였다. 마감재료로 흡음특성이 낮은 재료를 적용한 경우 충분한 음압 레벨은 확보할 수 있었지만, 재실자가 비상 방송음을 알아듣기 매우 어려운 수준의 음성명료도를 보였다. 마감재료로 흡음재료를 적용함에 따라 음성 명료도, 음성 전달 지수는 재실자가 잘 알아들을 수 있는 수준으로 개선이 가능한 것으로 나타났지만 재실자에게 전달되는 음압 레벨이 감소되며 같은 공간 내 레벨 차이가 크게 발생되는 것으로 나타났다.
	명확한 비상방송내용 전달이 가능한 소리 크기는 어느 정도인가?	비상 상황 발생시 재실자는 동시에 피난을 개시하면 많은 소음을 발생시킬 수 있으며, 이와 같은 상황에서도 충분히 비상방송내용이 재실자에게 전달되어야 한다. 일반적으로 방송음 또는 경보음이 배경소음 보다 15 dB 이상 큰 경우 재실자에게 배경소음의 영향 없이 잘 전달되는 것으로 알려져 있다(2,3).

참고문헌 (7)

National Fire Safety Code 202, "Fire Safety Code for Emergency Broadcasting System" (2017).
NFPA 72, "National fire alarm code", Quincy, MA, USA, National Fire Protection Association (2002).
BS 5839 : Part 1 2002, "Fire Detection and Fire Alarm System for Buildings", London, UK, British Standard Institution (2002).
H. S. Yang, J. H. Lee and J. S. Kim, "A Study on the Signal-to-Noise Ratio of Classrooms for Toddlers and School-aged Children at Deaf Schools", Audiology and Speech Research, Vol. 2, No. 1, pp. 28-32 (2006).

상세보기
KS F ISO 3382-1, "Acoustics - Measurement of Room Acoustic Parameters - Part 1: Performance Spaces" (2018).
KS F ISO 3382-3, "Acoustics - Measurement of Room Acoustics Parameters - Part 3: Open plan offices" (2018).
B. K. Lee and J. Y. Jeong, "Speech Privacy Evaluation of Open-plan Office by ISO 3382-3", Journal of KIAEBS, Vol. 8, No. 5, pp. 254-260 (2014).

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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