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문제 정의
- 본 연구에서는 성인 보행시 충격력 파형과 그 스펙트럼을 발 접촉조건에 따라 분석하였으며, 실험동에서 고무공 충격원과 성인보행에 의한 바닥충격음을 비교하여 발바닥 접촉조건이 충격력 주파수 스펙트럼과 바닥충격음에 영향을 미치는 기여도를 분석하였다.
제안 방법
- 18, Brüel & Kjær)를 이용하여 FFT 분석과 옥타브 밴드 패스 필터 분석하였다. FFT 분석은 트리거를 사용하여 충격원 가진 이전 0.01 초 신호를 포함하도록 하였으며, 800Hz 주파수 영역에 대해 1Hz 단위로 분석하였다. 스펙트럼은 3 개 이상의 신호에 대해 선형 스펙트럼 평균 하였다.
- 모든 충격력 신호는 Pulse 3560C (measurement front-end and time data recorder software, Brüel & Kjær)를 이용하여 8192 Hz 의 샘플링 주파수로 레코딩하였으며, 레코딩된 신호를 Matlab(Mathworks)과 Labview (National Instrument) 소프트웨어로 신호 수정, FFT 분석, 그리고 옥타브 분석을 하였다.
- 3 의 벽체 차음성능 실험구조물의 수음실을 이용하였으며, 수음실은 천장 슬래브 두께 210 mm, 벽체 두께 250 mm 의 콘크리트 구조로 되어있다. 바닥충격음 실험시에는 벽체차음성능 실험을 위한 개구부를 고차음벽체(400mm, 석고보드+유리섬유+공기층, Rw=71 dB)로 막은 상태에서 실시하였다.
- 바닥충격음과 슬래브 가속도는 Pulse 3560C(measurement front-end and time data recorder software, Brüel & Kjær)를 이용하여 16384 Hz 샘플링 주파수로 레코딩 하였으며, 주파수 분석 소프트웨어(Pulse reflex core ver. 18, Brüel & Kjær)를 이용하여 FFT 분석과 옥타브 밴드 패스 필터 분석하였다.
- 뱅머신 충격력 계측시 동일한 PVC 판 위에 뱅머신을 올려놓고 충격력을 계측함으로 0.85m 의 낙하 높이를 준수하도록 하였으며, 충격력 측정은 현장에서의 뱅머신 가진 조건과 동일하게 하기 위해 장비를 작동시키고 2 번째 충격력부터 계측하였다. 고무공은 1m 의 낙하 높이를 준수하였다.
- 3 에서 수음점은 1~5 번 이며 가진점은 3 번(실 중앙)이다. 보행 가진은 성인 보통걸음으로 3 번(실중앙) 지점을 포함하여 주변부를 걷도록 하였으며, 고무공은 1m 높이에서 고무공을 낙하시켜 실험하였다. 가속도계는 가진점과 동일한 실 중앙(3 번)측정점의 콘크리트 슬래브 하부에 설치하였다.
- 보행충격력 측정은 충격력 측정장치와 높이가 유사한 45mm 두께의 PVC 판을 제작하여 그 상부에서 한걸음 내딛을 때의 충격력을 측정하였다. 충격력 측정장치 하부 철판 테두리와 바닥면은 글루건을 이용하여 접착하여 보행시 발생될 수 있는 수평력에 대한 충격력 측정장치의 이동을 방지하였다.
- 음수로 나타나는 정적 충격신호는 충격력 스펙트럼의 전체 충격력 레벨에 영향을 주기 때문에 파형 수정이 필요하다. 충격력 최대값 발생 이후 충격력이 최초 0 을 나타내는 시점을 발이 충격력 측정정장치 상판에서 최종적으로 떨어지는 시점이 되도록 하기 위해 사각윈도우(Rectangular window)를 0~0.4s 에 적용하고 음수 충격력 부분은 0 이 되도록 하였다. (Fig.
대상 데이터
- 바닥충격음 실험은 Fig. 3 의 벽체 차음성능 실험구조물의 수음실을 이용하였으며, 수음실은 천장 슬래브 두께 210 mm, 벽체 두께 250 mm 의 콘크리트 구조로 되어있다. 바닥충격음 실험시에는 벽체차음성능 실험을 위한 개구부를 고차음벽체(400mm, 석고보드+유리섬유+공기층, Rw=71 dB)로 막은 상태에서 실시하였다.
- 충격력 측정장치는 기존 문대호(7) 에서 사용된 충격력 측정장치와 동일하며, 3 개의 동적힘센서와 지름 220 mm, 두께 15 mm 의 알루미늄 플레이트 (상부), 그리고 지름 260 mm, 두께 15 mm 의 철판 플레이트(하부)를 결합하여 자체 제작하였다.
- 충격력 측정장치 하부 철판 테두리와 바닥면은 글루건을 이용하여 접착하여 보행시 발생될 수 있는 수평력에 대한 충격력 측정장치의 이동을 방지하였다. 측정대상은 키 178cm, 몸무게 85 kg 의 성인 남성이며, 충격력 측정시 충격력측정장치 상판에 발뒤꿈치부터 닿은 다음 발 전면이 닿도록 의식하면서 보행하였다. 보행 충격력과 보행 바닥충격음 측정의 충격원은 동일 인물이다.
데이터처리
- 01 초 신호를 포함하도록 하였으며, 800Hz 주파수 영역에 대해 1Hz 단위로 분석하였다. 스펙트럼은 3 개 이상의 신호에 대해 선형 스펙트럼 평균 하였다. 바닥충격음 옥타브 분석은 KS F2810-1, 2 를 준수하였다.
이론/모형
- 스펙트럼은 3 개 이상의 신호에 대해 선형 스펙트럼 평균 하였다. 바닥충격음 옥타브 분석은 KS F2810-1, 2 를 준수하였다.
성능/효과
- 아이들 체중과 충격행위(점핑, 달리기)에 대한 최대충격력의 상관관계를 조사하였지만 높은 상관성을 기대하기는 어렵다. 100 여명의 초등학생의 점핑과 달리기에 대한 옥타브밴드 충격력 폭로레벨은 뱅머신과 고무공 충격원보다 낮게 나타났으며, 아이들 달리기는 아이들 점핑보다 전 주파수대역에서 충겨력 폭로레벨이 낮게 나타났다. 고무공 충격원의 최대 충격력 크기와 충격력 폭로레벨이 실충격원과 유사한 특성을 갖고 있음을 보였다.
- Fig.12-(a)의 바닥충격음 1/3 옥타브 분석결과 63, 80, 100 Hz에서의 음압레벨은 보행의 경우 고무공보다 더 높게 나타났으며, 그 이상 주파수에서는 현저하게 낮았다.
- Walking (F>0), Walking (Heel), Rubber ball, Bang machine의 충격력 폭로레벨이 FFT 분석결과보다 각 옥타브 중심주파수에서 약 3dB 높은 값으로 나타났다.
- 100 여명의 초등학생의 점핑과 달리기에 대한 옥타브밴드 충격력 폭로레벨은 뱅머신과 고무공 충격원보다 낮게 나타났으며, 아이들 달리기는 아이들 점핑보다 전 주파수대역에서 충겨력 폭로레벨이 낮게 나타났다. 고무공 충격원의 최대 충격력 크기와 충격력 폭로레벨이 실충격원과 유사한 특성을 갖고 있음을 보였다.
- 10-(b)의 주파수 스펙트럼에서 최대 가속도 응답은 고무공과 성인보행 모두 50 Hz(진동모드)에서 발생하였다. 고무공은 최대 응답 이후 100 Hz 이상 주파수에서 높은 가속도 레벨을 나타내는 반면, 보행에 대한 가속도 응답은 130, 248, 265 Hz의 바닥 공진주파수를 제외하고는 가속도 응답이 현저하게 감소되었다.
- 의 연구는 아이들이 실제 거주하고 있는 공동주택에서 뱅머신, 고무공, 10 세 어린이 달리기와 점핑에 대한 바닥충격음을 측정하여 비교하였다. 고무공의 바닥충격음 주파수 특성이 어린이 달리기 주파수 특성과 유사함을 보였으며, 뱅머신은 63 Hz 에서 다른 충격원에 비해 높은 음압레벨을 나타내었다.
- 보행 원신호를 수정한 Walking (F>0)과 Walking(Heel)은 유사한 스펙트럼 레벨을 나타내었으며 31.5, 63, 125 Hz 에서 Walking (Heel) 충격력 레벨이 Walking (F>0) 보다 3~5dB 높게 나타났다.
- 보행충격력은 표준 중량충격력 보다 충격력의 크기와 주파수 스펙트럼 크기 모두 낮게 나타났다. 하지만 발뒤꿈치 충격의 임펄스 성분은 고무공과 뱅머신 보다 바닥을 높은 주파수로 가진시킬 수 있어 (First zero: 80 Hz) 고무공의 경우 충격력 레벨이 낮아지는 70 Hz 부근에서는 보행 충격력 레벨과 고무공 충격력 레벨이 유사하게 나타났다.
- 는 어린이 달리기와 점핑, 성인 보행과 점핑, 그리고 표준 중량충격원에 대해 충격파형, 실험동에서의 바닥충격음, 공동주택(뜬바닥구조)에서의 바닥충격음을 비교하였다. 실험실 및 공동주택에서의 바닥충격음 측정결과 아이들 달리기에 대한 바닥충격음이 가장 낮게 나타났으며, 아이들 점핑(0.4m 높이)이 가장 높은 음압레벨을 나타내었다. 뱅머신과 고무공은 거주자의 점프 특성을 가장 잘 반영하는 것으로 발표하였다.
- 음수의 충격력이 포함된 Walking(Raw signal)은 음수 충격력이 제외된 Walking (F>0) 스펙트럼보다 100 Hz 이상 주파수에서 충격력 레벨이 높게 나타났다.
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