[논문]방송용 다목적 홀에서 배너 가변에 따른 음향 환경 변화

박호철; 서로사; 서춘기; 전진용

doi:10.7776/ask.2019.38.5.558

[국내논문] 방송용 다목적 홀에서 배너 가변에 따른 음향 환경 변화
Effects of changes in banner size on acoustic environments in multipurpose halls for broadcasting 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.38 no.5, 2019년, pp.558 - 567

박호철 (한양대학교 건축공학과 건축음향연구실) , 서로사 (한양대학교 건축공학과 건축음향연구실) , 서춘기 (한양대학교 건축공학과 건축음향연구실) , 전진용 (한양대학교 건축공학과 건축음향연구실)

초록
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스피치, 국악, 뮤지컬, 대중음악과 콘서트까지 다양한 장르의 공연이 이루어지는 방송용 다목적 홀의 경우 공연에 필요한 전기, 건축 음향적 요구 조건이 다양하다. 하지만 실제 음향 환경 가변을 위한 효율적인 운용 방법은 많지 않다. 본 연구는 무대 반사판의 설치 유 무와 전기 음향 사용 조건하에서 배너의 가변에 따른 홀의 음향 환경 변화를 살펴보았다. 그 결과 벽체 면적의 15 %에 해당하는 배너를 설치한 실제 측정에서 잔향 시간(Reverberation Time, $T_{30}$)은 최대 0.12 s, 초기감쇠시간(Early Decay Time, EDT)은 0.15 s, 음악 명료도(Clarity, $C_{80}$)는 0.76 dB, 음성 명료도(Definition, $D_{50}$)는 6.43 % 변하였다. 배너의 면적을 확장시킨 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 전체 벽체 면적의 40 %에 해당하는 배너를 설치할 경우 잔향 시간은 0.11 s에서 최대 0.55 s까지 가변되는 것을 확인했다.

Abstract ▼ AI-Helper

When used for broadcasting, multipurpose halls need to accommodate various types of programs such as speeches, Korean traditional music, musicals, pop music, and concerts. Therefore, multipurpose halls must meet a wide range of electric and architectural acoustic demands. However, there are few ways to alter acoustic environments for multipurpose halls, given these different demands. The current study investigates the effects of banners on acoustic environments in the presence of an acoustic shell or electric acoustic system. The results indicate that the installation of a 15% banner of wall area could vary the range of reverberation time ($T_{30}$) by 0.12 s, EDT (Early Decay Time) by 0.15 s, clarity of music ($C_{80}$) by 0.76 dB, and clarity of speech ($D_{50}$) by 6.43 % under different measurement circumstances. A computer simulation that enlarges the banner size to 40 % of the wall area varies the reverberation time from 0.11 s to 0.55 s depending on the room environment.

Keyword

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. The feature of the hall: (a) Plan and sectional view and (b) Balcony front and rear wall.
그림 Fig. 2. Measurement conditions: (a) Line array systems and non-Installation of acoustic shell and (b) Installation of acoustic shell.
그림 Fig. 3. Receiver positions in the hall.
표 Table 1. The absorption coefficients of acoustic shell.
표 Table 2. The absorption coefficients of banner.
그림 Fig. 4. Banner setup on the side wall.
그림 Fig. 5. Measured reverberation time (T30) values of three cases.
그림 Fig. 6. Measured EDT values of three cases.
표 Table 3. The size of the banners.
표 Table 4. Description of banner conditions.
그림 Fig. 7. Measured Clarity (C₈₀) values of three cases.
그림 Fig. 8. Measured Definition (D₅₀) values of three cases.
표 Table 5. Reverberation time variation in situ measurements of octave bands.
그림 Fig. 9. Installation of 15 % of banner size in six halls: (a) KBS hall with shell, (b) KBS hall with stage, (c) Grosses Festspielhaus, (d) Usher Hall, (e) Barbican Hall, (f) Goteborg Konserthus.
표 Table 6. Descriptions of hall dimensions and banner size of 15 % of wall area.
표 Table 7. The results of reverberation time (T₃₀) values in computer simulation.
표 Table 8. The results of clarity (C₈₀) values in computer simulation.
그림 Fig. 10. Measured reverberation time (T₃₀) values in each position of three cases (a) with acoustic shell, (b) without acoustic shell and (c) with line array speaker systems.
그림 Fig. 11. Measured reverberation time (T₃₀) values in octave bands of three cases: (a) with acoustic shell, (b) without acoustic shell and (c) with line array speaker systems.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 방송용 다목적 홀 내부의 배너 가변을 통한 음향 환경의 변화에 대해 알아보았다. KBS 홀의 경우 배너의 사용 면적에 따라 라인 어레이 스피커 시스템을 사용한 경우 잔향시간 0.

제안 방법

연구 대상 홀(KBS홀)의 경우 2014년 부분적인 벽체 리모델링과 흡음 배너 설치 등을 통해 환경 개선공사를 실시하였다. 체적의 변화를 위해 천정 부분의 활용 방법을 고려했으나, 여유 공간의 부족과 건물의 노후 등으로 인해 150.48 m² 크기의 배너를 설치, 전기 음향을 사용할 때 발생하는 강한 반사음을 줄이고 흡음률의 변화를 통해 다목적 홀의 가변 음향 환경을 얻고자 했다.
주된 공연은 전기 음향을 이용한 방송용 프로그램 제작이며, 이로 인해 전기 음향 환경에서 제작하는 빈도가 높지만, 교향악단과 다양한 형태의 외부 대관 공연의 경우 건축 음향 위주의 무대 반사판을 사용한 공연 또한 중요한 부분을 차지한다. 그래서 반사판의 사용 유ㆍ무, 전기 음향 환경에서 배너의 영향을 실질적인 측정을 통해 살펴보고, 그 결과를 바탕으로 다양한 홀에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 실시했다.
측정방법은 ISO 3382-1^[6]에서 제안하는 방법을 기준으로 전기 음향의 경우 Fig. 2의 프로세니움 좌, 우측 라인 어레이 스피커를 통해 음원을 재생하였으며, 무지향성 음원의 경우 프로세니움에서 3 m 안쪽, 무대 바닥면으로부터 1.5 m 높이에서 음원을 재생하였다. 무지향 음원의 경우 반사판의 설치 유ㆍ무두 가지 경우를 측정하였으며, 측정용 신호는 Sine Sweep을 사용하였다.
5 m 높이에서 음원을 재생하였다. 무지향 음원의 경우 반사판의 설치 유ㆍ무두 가지 경우를 측정하였으며, 측정용 신호는 Sine Sweep을 사용하였다.
0 DAW를 사용했으며, 마이크는 DPA 4061 무지향성 마이크를 사용하였다. 그리고 멀티트랙 녹음 장비를 이용해서 16개의 마이크 입력을 동시에 녹음해서 분석을 함으로서, 측정값 간의 환경변화에 대한 영향을 최소화 했다. 잔향 시간(T₃₀)과 Sound Strength의 경우 500 Hz ~ 1,000 Hz, 음악 명료도(C₈₀)와 음성 명료도(D₅₀)의 경우 500 Hz ~ 2,000 Hz의 중대역 주파수 평균값으로 결과를 나타냈다.
전기음향 확성을 위해서 d&b사의 라인 어레이 시스템인 J8 시리즈 스피커를 좌, 우 12개씩 사용하고 있으며 저음을 위해 좌, 우 2개의 우퍼를 추가로 사용하고 있다. 건축음향 환경 측정을 위해서는 무대 반사판을 설치하고 무지향 스피커를 이용해서 측정했다. 무대 반사판은 Stageright 사의 제품으로 모든 패은 라미네이트로 된 샌드위치 패널로 만들어졌으며, 크기는 2,072 m³, 무게는 12.
4는 현재 설치된 실제 상황을 보여준다. 측정은 좌, 우의 배너를 각각 하나씩 올려가면서 각 음향 지표의 변화를 살펴보았다.
결과의 표기는 무대 반사판을 설치한 상태에서 무지향 스피커를 사용한 경우(Omni_w_Shell), 무대 반사판을 설치하지 않고 무지향 스피커를 사용한 경우 (Omni_wo_Shell), 전기 음향 시스템(Line_Array Speaker)을 사용한 경우로 나누어 표시했다. 배너의 상태변화는 Table 4와 같이 표기하였다.
사용 중인 배너의 흡음률 확인과 배너의 면적 변화에 따른 음향 환경 변화를 보다 다양한 홀에서 살펴보기 위해 음선수 10,000개, impulse response 길이 3,000 ms 의 Odeon ver.15 이용한 3차원 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다.
음원의 위치와 마이크 수음 위치는 실제 측정과 동일한 환경에서 실시했다. 배너의 흡음률은 옥타브 밴드 평균값을 순차적으로 크게 하면서 실제 측정값과 가장 유사한 값을 찾는 방식으로 시뮬레이션을 진행하였다. 모든 옥타브밴드에서 Table 5처럼 실제 측정치와 같은 차이를 보이는 흡음률은 구할 수 없었지만, 중대역 주파수(500 Hz ~ 1,000 Hz)에서 각각 0.
배너 면적 변화에 따른 다양한 영향을 보기 위해 Odeon 프로그램 내에 있는 3 차원 모델 중 다목적 용도로 사용되는 홀을 이용해서 시뮬레이션을 실시했다. 대상 홀은 Table 6과 같으며, 각 홀의 15% 배너 설치 모습은 Fig.
9에 나타냈다. KBS 홀의 경우 반사판을 사용한 경우(KBS with shell)와 보통의 대중음악공연에서 무대에 설치되는 세트의 사이즈를 고려해서 무대의 크기를 설정한(KBS with stage) 두 가지 경우로 시뮬레이션을 실시했다. 대중음악 공연을 위해 모델링한 KBS홀의 경우 중대역 주파수(500 Hz ~1,000 Hz)에서 무대의 벽체흡음률은 0.
^[10] Odeon 프로그램 내의 3차원 모델의 경우 재료의 변화 없이 원래의 모델링값을 유지한 채 배너만 추가 하는 형태로 실시하였다. 배너의 면적은 각각 벽체 면적의 0 %, 15 %, 30 %,40 % 네 가지 경우로 나누어 시뮬레이션 하였다. 이는 KBS홀의 현재 배너 설치 면적이 15 % 이며, 실제 Odeon 프로그램에서 제공하는 모델들의 측벽에 배너를 설치해 본 결과, 벽체 면적의 40% 이상은 정상적인 형태의 설치가 어려워서 정한 비율이다.

대상 데이터

객석의 볼륨은 20,890 m3, 전체 무대 면적은 65.7 m × 19.7 m, 주 무대 면적은 36.2 m × 19.7 m 이며 좌, 우측 무대는 14.9 m× 19.7 m, 높이는 34.5 m이다
본 홀은 1991년 개관한 다목적 홀로써 1661석(1층 995석, 2층 526석, 가변좌석 140석)을 가진 지하 2층 지상 7층 규모의 홀이며, 천정은 반사 위주의 재질로 구성이 되어 있다. Fig.
수음점은 Fig. 3과 같이 모두 16곳(1층 11곳, 2층 5곳)이다. 레코더는 Merging사의 Pyramix ver 9.
3과 같이 모두 16곳(1층 11곳, 2층 5곳)이다. 레코더는 Merging사의 Pyramix ver 9.0 DAW를 사용했으며, 마이크는 DPA 4061 무지향성 마이크를 사용하였다. 그리고 멀티트랙 녹음 장비를 이용해서 16개의 마이크 입력을 동시에 녹음해서 분석을 함으로서, 측정값 간의 환경변화에 대한 영향을 최소화 했다.
건축음향 환경 측정을 위해서는 무대 반사판을 설치하고 무지향 스피커를 이용해서 측정했다. 무대 반사판은 Stageright 사의 제품으로 모든 패은 라미네이트로 된 샌드위치 패널로 만들어졌으며, 크기는 2,072 m³, 무게는 12.55 kg/m²이며 주파수대역별 흡음률은 Table 1과 같다.^[7]
배너의 재질은 울 서지 계열의 합성모직이다. 설치 위치는 프로세니움에서 객석방향으로 7.
95 m 지점부터이며, 벽면에서 거리는 30 cm이다. 총 사용 면적은 150.48 m², 공기층의 두께는 78 mm, 무게는 500g/m²이며 옥타브밴드별 흡음률은 Table 2와 같다.
잔향 시간은 홀을 평가하는 가장 중요한 평가지표 중에 하나이며, 본 연구에서는 30 dB(-5 dB ~ -35 dB) 감쇠시간의 2배를 한 T₃₀을 사용하였다. 배너를 가변하는 상황별 결과는 Fig.
이는 KBS홀의 현재 배너 설치 면적이 15 % 이며, 실제 Odeon 프로그램에서 제공하는 모델들의 측벽에 배너를 설치해 본 결과, 벽체 면적의 40% 이상은 정상적인 형태의 설치가 어려워서 정한 비율이다. 음원 위치는 무대 선단 중앙에서 3 m 안쪽, 수음점은 객석 40석당 1개로 하였다. 홀 별 벽체 면적의 15 %에 해당하는 배너 면적은 Table 6에 표기하였다.

데이터처리

시뮬레이션의 결과는 잔향 시간(T₃₀)과 음악 명료도(C₈₀)를 위주로 살펴보았으며, 잔향 시간은 500 Hz~ 1,000 Hz, 음악 명료도는 500 Hz ~ 2,000 Hz의 중대역 주파수 평균값으로 나타냈다. 만석과 공석의 경우를 occ, unocc로 표기했다.

성능/효과

은 80 ms 이내의 음에너지와 그 이후의 음에너지의 비를 dB로 나타내며 음악의 명료도를 나타내는 지표이다. 음악 명료도는 Fig. 7과 같으며 Omni_w_Shell, Omni_wo_Shell, Line_Array Speaker 상태에서 최대 0.76 dB, 0.39 dB, 0.60 dB 각각 변화가 있었다.
배너의 흡음률은 옥타브 밴드 평균값을 순차적으로 크게 하면서 실제 측정값과 가장 유사한 값을 찾는 방식으로 시뮬레이션을 진행하였다. 모든 옥타브밴드에서 Table 5처럼 실제 측정치와 같은 차이를 보이는 흡음률은 구할 수 없었지만, 중대역 주파수(500 Hz ~ 1,000 Hz)에서 각각 0.85, 0.95 의 흡음률을 사용했을 때 실제 측정한 값과 가까운 0.09 s로 JND(Just Noticeable Distance) 이내의 값을 보였다.^[8,9]
이는 배너와 더불어 무대 커튼,^[11]상부 구조물,^[10] 조명기구^[12]등 무대 가변 요소가 포함되지 않는 경우에 비해서 상대적으로 고주파 대역의 흡음에 영향을 준 것을 알 수 있다. 무대 반사판의 설치는 무대 반사판이 없는 경우에 비해 잔향 시간, EDT는 증가하고 명료도는 감소하는 결과를 보였다.
컴퓨터 시뮬레이션에서 배너의 흡음률을 중대역 주파수(500 Hz ~ 1,000 Hz)에서 평균 0.9를 사용했을 때 실제 측정값과 가까운 0.09 s의 잔향 시간 감소를 확인할 수 있었다. 원래 잔향실에서 측정하면 공기층을 두더라도 저주파 대역이 흡음률이 고주파 대역에 비해 낮은 값을 보인다.
다양한 형태의 홀에서 흡음요소가 추가 될 때 잔향시간이 긴 홀일수록 잔향 시간의 감소폭이 크며,^[18] 흡음위주의 공간에 흡음 요소를 더해도 그 차이는 크지 않다.^[2] 실험 대상 홀 중에서 KBS홀의 잔향시간이 제일 짧으며 측벽일부와 후벽의 경우 흡음위주의 재질로 이루어져 있고,무대를 추가한 경우 무대의 벽체와 천정부분의 흡음 면적이 더해져, 배너의 추가 설치에도 잔향시간의 가변 폭이 작게 나타났다. 공석일 때가 만석일 때 비해 잔향 시간의 변화가 크게 나타났다.
공석일 때가 만석일 때 비해 잔향 시간의 변화가 크게 나타났다. 공석의 경우 배너의 면적이 15 %, 30 %, 40 %로 증가함에 따라 잔향 시간은 여섯 개 홀 평균 0.18 s, 0.10 s, 0.06 s 각각 감소하였다. 잔향시간의 경우 배너 면적을 30 % 이상 적용한 경우 모든 실험대상 홀의 감소 값이 JND범위이상의 차이를 보였다.
잔향시간의 경우 배너 면적을 30 % 이상 적용한 경우 모든 실험대상 홀의 감소 값이 JND범위이상의 차이를 보였다. 그리고 잔향 시간의 평균 변화 폭은 배너의 면적이 15 % 일 때 가장 크게 나타났다. 흡음재나 확산체를 측벽에 사용할 때 음원과의 거리가 가까울수록 잔향시간에 미치는 영향이 커서,^[19,20]배너의 설치 면적이 30 %, 40 %로 증가해도 음원과의 거리는 점점 멀어져 상대적으로 감소폭이 줄어들었다.
흡음재나 확산체를 측벽에 사용할 때 음원과의 거리가 가까울수록 잔향시간에 미치는 영향이 커서,^[19,20]배너의 설치 면적이 30 %, 40 %로 증가해도 음원과의 거리는 점점 멀어져 상대적으로 감소폭이 줄어들었다. 또한, 전체 표면적에서 벽체가 차지하는 면적이 넓어 같은 비율로 설치할 경우 배너의 면적이 다른 홀들에 비해 상대적으로 넓은 Goteborg,Barbican 홀의 가변 범위가 0.5 s 정도로 크게 나타났다. 이는 2 s 의 잔향시간을 갖는 홀에서 객석 면적의 1/3에 해당하는 흡음재를 사용한 것과 같은 정도의 효과이다.
본 연구는 방송용 다목적 홀 내부의 배너 가변을 통한 음향 환경의 변화에 대해 알아보았다. KBS 홀의 경우 배너의 사용 면적에 따라 라인 어레이 스피커 시스템을 사용한 경우 잔향시간 0.12 s, EDT 0.15 s,음악 명료도 0.60 dB, 음성 명료도 6.43 %, 무대 반사판을 설치한 상태에서 무지향 음원을 사용한 경우 잔향 시간 0.09 s, EDT 0.11 s, 음악 명료도 0.76 dB, 음성 명료도 5.38 %, 무대 반사판 없이 무지향 음원을 사용한 경우 잔향 시간 0.08 s, EDT 0.11 s, 음악 명료도 0.39 dB, 음성 명료도 5.37 % 범위 내에서 변화가 있었다. 홀 전체 가변 가능한 잔향 시간의 경우 배너의 면적 변화, 무대 반사판의 사용 유무, 전기 음향 사용 등에 따라 1.
69 s 사이에서 가능함을 보여주었다. 또한 배너의 설치 범위의 변화로 특정 위치의 음향 지표가 과도하게 변하지는 않는다는 것과 실제 배너를 설치한 홀에서 저음에서 잔향 시간의 변화가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있었다.
추가적인 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 벽체 면적의 40 %까지 배너를 설치할 경우 최소 0.11 s에서 최대 0.55 s까지 잔향 시간 가변이 가능함을 확인했다. 또한, 배너 면적 중 면적대비 잔향 시간에 가장 크게 영향을 미친 것은 프로세니움에서 가까운 위치에 15 % 의 배너를 설치한 경우였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다목적 용도의 홀 건축에서 중점적으로 고려해야 할 사항은 무엇인가?	다목적 용도의 홀 건축은 이미 1750년 비엔나의Redoutensaal 콘서트 홀에서 시작 되었으며, 공연에 따른 음향환경까지 디자인에 고려가 된 것은 상대적으로 최근의 일이다. 그 중 잔향 시간의 가변이 가장 중요하게 고려되어야 할 항목이며, 이는 공연 프로그램과 밀접한 관계가 있다. [1,2] 잔향 시간을 변화 시키는 방법으로는 체적의 변화, 흡음률의 변화,[3] 잔향 챔버, 전기 음향시스템을 이용하는 방법 등이 있다.
	다목적 용도의 홀 건축물의 시작은 언제인가?	다목적 용도의 홀 건축은 이미 1750년 비엔나의Redoutensaal 콘서트 홀에서 시작 되었으며, 공연에 따른 음향환경까지 디자인에 고려가 된 것은 상대적으로 최근의 일이다. 그 중 잔향 시간의 가변이 가장 중요하게 고려되어야 할 항목이며, 이는 공연 프로그램과 밀접한 관계가 있다.
	다목적 홀의 잔향 시간을 변화시키는 방법 중 가장 효과적인 방법은 무엇인가?	[1,2] 잔향 시간을 변화 시키는 방법으로는 체적의 변화, 흡음률의 변화,[3] 잔향 챔버, 전기 음향시스템을 이용하는 방법 등이 있다. 다목적 홀의 경우 체적과 흡음률의 변화가 가장 효과적인 방법이다. 체적의 변화는 음향 레벨 감소를 최소화 하면서 잔향 시간을 바꿀 수 있는 효과적인 방법이지만 기술적으로는 흡음재를 변화 시키는 것에 비해 어렵다.

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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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