[논문]대학 강의실의 공석 시 측정값을 이용한 만석 시 음향지표의 예측

최영지

doi:10.7776/ask.2018.37.5.343

초록
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본 연구에서는 대학 강의실에서 공석 시 음향지표를 이용하여 만석 시 강의실의 음향지표를 예측하는 방법을 제시하였다. 먼저 공석 시 측정한 강의실의 $T_{30}$값으로 공석 시 실의 총 흡음력을 계산할 수 있다. 선행연구(Choi, 2016)에서 제시한 12개 강의실의 공석 시 총 흡음력에 대한 만석 시 총 흡음력의 선형 회귀식을 이용하여 만석 시 실의 총 흡음력을 예측할 수 있다. 공석 시에 대한 만석 시의 총 흡음력 비를 토대로 재실자의 부가흡음에 의한 강의실의 음향지표 변화폭을 예측할 수 있다. 이 예측방법을 이용하여 공석 시 실의 음향지표 값을 알면 비슷한 규모의 만석 시 강의실의 음향상태의 예측이 가능하다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes a simple procedure for estimating the acoustical parameter values in an occupied classroom from measurements in the unoccupied classroom. The total sound absorption in an unoccupied classroom can be calculated from measured reverberation times in the room. The expected occupied a...

This paper proposes a simple procedure for estimating the acoustical parameter values in an occupied classroom from measurements in the unoccupied classroom. The total sound absorption in an unoccupied classroom can be calculated from measured reverberation times in the room. The expected occupied absorption can be calculated using equation that was obtained in a previous study (Choi, 2016) by fitting a linear regression line to a plot of total occupied absorption versus the corresponding unoccupied total absorption values measured in 12 university classrooms. The ratios of occupied-to-unoccupied sound absorption are used to predict increments in the values of acoustical parameters when occupants are added to the rooms. Occupied values of acoustical parameters can be estimated from unoccupied values and the change in total room absorption due to adding occupants.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Mean dimensions of the 20 classrooms and the mean percentage of seats occupied during the measurements including mean (500 Hz-1000 Hz) T₃₀ values for both occupied and unoccupied cases.
표 Table 2. Mean 1000 Hz total sound absorption for occupied and unoccupied classrooms and the ratios of occupied-to-unoccupied total room sound absorption along with their volume and occupied 1000 Hz T₃₀ values.
그림 Fig. 1. Measured incremental changes to EDT values at 1000 Hz due to adding occupants to each classroom versus the ratio of occupied-to-unoccupied total room sound absorption at 1000 Hz.
그림 Fig. 2. Measured incremental changes to C₅₀ values at 1000 Hz due to adding occupants to each classroom versus the ratio of occupied-to-unoccupied total room sound absorption at 1000 Hz.
그림 Fig. 3. Measured incremental changes to G_late values at 1000 Hz due to adding occupants to each class room versus the ratio of occupied-to-unoccupied total room sound absorption at 1000 Hz.
그림 Fig. 4. Measured incremental changes to U₅₀ values at 1000 Hz due to adding occupants to each classroom versus the ratio of occupied-to-unoccupied total room sound absorption at 1000 Hz.
표 Table 3. Summary of: the correlation coefficients (R²), the statistical significance (p-value) of the correlation coefficients (*p<0.2, **p<0.05, ***p<0.01), the values of slopes (β), and intercepts (α) for incremental changes in rooms (N = 20).

AI 본문요약
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문제 정의

, 차이 값(incremental changes to acoustical parameter values, Δ)을 산정하여 공석 시에 대한 만석 시 실의 총 흡음력 비로 각 음향지표의 차이 값이 예측가능한지 분석하였다. 공석 시와 만석 시의 재실자 흡음에 따른 4개 음향지표 차이 값을 기준 주파수인 1000 Hz의 예측 결과를 예시로 보여주고자 한다.
이와 같이 공석 시 실의 총 흡음력을 알면 재실자의 부가흡음력의 예측이 가능하고 만석 시 재실자 흡음에 의한 실의 음향지표의 변화 값의 예측도 가능하다. 따라서, 본 연구에서는 선행연구^[2]에 대한 후속연구로 20개 대학 강의실에서 공석 시 실의 평균 흡음력과 음향지표를 이용하여 만석 시 강의실의 음향지표의 예측이 가능한 방법을 제시하였다
본 연구에서는 대학 강의실에서 공석 시 음향지표를 이용하여 만석 시 강의실의 음향지표를 예측하는 방법을 제시하였다. 공석 시 측정한 강의실의 T₃₀값으로 공석 시 실의 총 흡음력을 계산할 수 있다 .
실제 강의현장에서의 음향측정을 허락해준 강원대학교 공과대학 교수진과 측정에 도움을 준 건축공학과 학생들에게 이에 감사를 표한다. 이 논문은 2015년과 2018년도 정부(교육부)의 재원으로 한국연구재단의 지원(No.

가설 설정

[1,2] 재실자에 의한 부가 흡음은 강의실의 잔향감 이외에 언어 명료도와 음의 크기 값에 영향을 주며 실의 음향 상태에 따라 이 음향지표의 변화 값이 다르다.^[2]이와 같은 방법으로 재실자의 부가 흡음에 의한 실의 음향지표의 변화폭이 예측가능하며 재실자의 부가 흡음이 강의실의 높은 언어 명료도 성취에 기여하는지 예측가능하다.

제안 방법

20개 강의실에서 측정한 공석 시와 만석 시의 평균잔향시간을 이용하여 강의실의 총 흡음력을 산정하였다. Table 2에 1000 Hz의 공석 시와 만석 시 실의 총 흡음력, 실의 체적, 그리고 1000 Hz의 만석 시 T₃₀값을 제시하였다.
Type 46 AF)을 통해 충격응답을 측정하였다. 각 강의실별 평균 음향지표 값 도출을 위해 각 수음점의 충격응답에서 산출한 측정값을 산술평균하였다.
음원은 로그스윕(logarithmic sweep)을 이용하였으며 12면체 스피커(Norsonic, Nor276)로 음원을 방출하였다. 강단의 중심에 1.5 m 높이의 음원점 1개소와 각 강의실의 좌석에 1.2 m 높이로 균등히 분포한 수음점 4개 ~ 9개소에서 1/2인치 마이크로폰(G.R.A.S.Type 46 AF)을 통해 충격응답을 측정하였다. 각 강의실별 평균 음향지표 값 도출을 위해 각 수음점의 충격응답에서 산출한 측정값을 산술평균하였다.
본 장에서는 20개 강의실에서 공석 시와 만석 시의 재실자 흡음에 따른 4개 음향지표, EDT, C50, Glate,그리고 U50, 차이 값(incremental changes to acoustical parameter values, Δ)을 산정하여 공석 시에 대한 만석 시 실의 총 흡음력 비로 각 음향지표의 차이 값이 예측가능한지 분석하였다.
을 토대로 실시하였다. 음원은 로그스윕(logarithmic sweep)을 이용하였으며 12면체 스피커(Norsonic, Nor276)로 음원을 방출하였다. 강단의 중심에 1.
음향지표는 강의실 음향평가에 중요한 초기감쇠 시간 (Early Decay Times, EDT), 언어명료도(clarity,C₅₀), 음의 크기 (sound strength, G), 그리고 초기 대 후기음 에너지 비 (useful-to-detrimental ratio, U₅₀)를 위주로 분석하였다.^[2,5,6]초기감쇠시간은 음에너지량이10 dB 감쇠하는데 소요되는 시간을 의미한다.

대상 데이터

컴퓨터실, 화상 회의실은 전공 강의실로, 회의실은 대형 강의로 사용되어 대상공간에 포함하였다. 20개 강의실중 12개 강의실은 선행연구결과[2]를 이용하였으며 나머지 8개 강의실을 추가하여 측정하였다. 20개 강의실중 15곳은 측벽에 창이 있는 장방형이고, 5 곳은 부정형이다.
대상공간은 K대학의 20개 강의실로 17개의 강의실과 3개의 컴퓨터실, 화상 회의실, 회의실이다. 컴퓨터실, 화상 회의실은 전공 강의실로, 회의실은 대형 강의로 사용되어 대상공간에 포함하였다.

이론/모형

강의실의 음향측정은 ISO 3382법^[4]을 토대로 실시하였다. 음원은 로그스윕(logarithmic sweep)을 이용하였으며 12면체 스피커(Norsonic, Nor276)로 음원을 방출하였다.
1 장 Table 3의 선형 회귀식을 이용하여 만석 시 강의실의 음향지표 값을 예측하는 방법에 대해 기술하였다. 먼저, 공석 시 강의실의 총 흡음력은 Sabine식을 이용하여 측정한 T₃₀값으로 계산 할 수 있다. 공석 시 강의실의 총 흡음력을 이용하여 체적과 착석률이 유사한 강의실의 만석 시 실의 총 흡음력을 아래 Eq.

성능/효과

공석 시에 대한 만석 시의 총 흡음력 비를 이용하여 본 연구에서 대상으로 한 와 비슷한 조건 (평균 체적: 519,평균 착석률: 58 %, Table 1 참조)의 강의실의 만석 시 음향지표 (EDT, C₅₀,G_late,U₅₀)변화폭을 예측할 수 있다. 이 예측방법을 이용하여 강의실에서 공석 시 실의 음향지표를 측정하여 재실자의 착석 없이 동일한 강의실에서 재실자의 착석률에 따른 음향지표의 예측이 가능하다. 그 결과 재실자 착석에 의한 강의실의 음향 상태를 미리 예측 가능하여 높은 언어 명료도에 성취에 기여 할 수 있다.
이 예측식은 500 Hz과 1000 Hz에서의 공석 시 실의 총 흡음력에 대한 만석 시 실의 총 흡음력의 관계를 선형회귀식으로 나타내었다. 이 예측식을 토대로 선행연구와 유사한 체적과 착석률의 강의실에서 공석 시실의 총 흡음력을 이용하여 만석 시 실의 총 흡음력의 산정이 가능하다.
01) 에 있음을 알 수 있다. 이들 4개 음향지표 중에 재실자 흡음에 의한 EDT 값의 변화가 가장 높은 상관계수(R² = 0.925)를 나타내었고 U₅₀, C₅₀, G_late순으로 나타났다. Table 3의 선형회귀식을 이용하여 만석 시 재실자 흡음에 의한 각 음향지표 변화 값의 예측이 가능하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	(본 연구에서) 강의실의 음향측정은 무엇을 토대로 실시하였는가?	강의실의 음향측정은 ISO 3382법[4]을 토대로 실시하였다. 음원은 로그스윕(logarithmic sweep)을 이용하였으며 12면체 스피커(Norsonic, Nor276)로 음원을 방출하였다.
	초기감쇠 시간은 무엇인가?	음향지표는 강의실 음향평가에 중요한 초기감쇠 시간 (Early Decay Times, EDT), 언어명료도(clarity,C50), 음의 크기 (sound strength, G), 그리고 초기 대 후기음 에너지 비 (useful-to-detrimental ratio, U50)를 위주로 분석하였다. [2,5,6] 초기감쇠시간은 음에너지량이10 dB 감쇠하는데 소요되는 시간을 의미한다.
	재실자에 의한 부가 흡음은 강의실의 잔향감 이외에 어떤 값에 영향을 주는가?	대학 강의실에서 재실자에 의한 흡음영향은 실의 음향 상태에 따라 상이하며 이는 실의 총 흡음력에 대한 재실자의 흡음력의 비율에 따른 것이다. [1,2] 재실자에 의한 부가 흡음은 강의실의 잔향감 이외에 언어 명료도와 음의 크기 값에 영향을 주며 실의 음향 상태에 따라 이 음향지표의 변화 값이 다르다. [2]이와 같은 방법으로 재실자의 부가 흡음에 의한 실의 음향지표의 변화폭이 예측가능하며 재실자의 부가 흡음이 강의실의 높은 언어 명료도 성취에 기여하는지 예측가능하다.

참고문헌 (6)

M. Hodgson, "Experimental investigation of the acoustical characteristics of university classrooms," J. Acoust. Soc. Am. 106, 1810-1819 (1999).

상세보기
Y. J. Choi, "Effect of occupancy on acoustical conditions in university classrooms," Appl. Acoust. 114, 36-43 (2016).

상세보기
M. Hodgson and E. M. Nosal, "Effect of noise and occupancy on optimal reverberation times for speech intelligibility in classrooms," J. Acoust. Soc. Am. 111, 931-939 (2002).

상세보기
ISO 354-Acoustics, Measurement of sound absorption in a reverberation room (2003).
J. S. Bradley, R. Reich, and S. G. Norcross, "On the combined effects of signal-to-noise ratio and room acoustics on speech intelligibility," J. Acoust. Soc. Am. 106, 1820-1828 (1999).

상세보기
Y. J. Choi, "Comparison of two types of combined measured, STI, and U50, for predicting speech intelligibility in classrooms," Archives of Acoustics 42, 527-532 (2017).

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