공동주택 중량충격음 영향요인 및 저감특성 분석

Abstract

우리나라는 공동주택의 비율이 전체 주택의 약 60%에 이르러 공동주택 주거환경에 대한 관심이 높다. 거주자의 삶의 질에 영향을 미치는 주요 요소 가운데 하나가 세대 간 소음 문제이다. 특히, 상하층 세대 간의 바닥충격음에 대한 관심이 높은데 이는 좌식 생활방식, 건축 구조적 특성 그리고 온돌 바닥구조 등의 복합적인 요인들에 기인한 저주파수 대역의 충격음이 거주자들의 성가심에 큰 영향을 주기 때문이다. 본 연구에서는 이러한 공동주택에서의 가장 문제가 되고 있는 저주파수 대역의 충격음, 흔히 중량충격음이라 일컫는 소음 문제에 대해 연구하였다. 현장측정 및 해석적 모델링을 통해 중량충격음 측정방법상의 변동요인 그리고 저감구조 설계 요인들의 중량충격음에 대한 영향 수준을 검토하였다. 이러한 요인들을 바탕으로 실질적인 저감구조를 제안함이 본 연구의 목적이다.

본 논문은 제 1 장의 서론, 제 2 장~제 5 장의 본론, 제 6 장의 결론으로 구성되어 있으며 본론인 제 2 장에서 제 5 장까지 에서는 중량충격음 연구에 대한 이론적 배경, 중량충격음 측정에 대한 주요 영향인자 고찰, 바닥구조의 동특성에 따른 중량충격음 변동특성에 대한 해석적 분석 그리고 현장측정을 통한 저감구조의 중량충격음 차단성능 평가 등의 내용을 포함하고 있다.

본 연구에서 도출된 결론을 요약하면 다음과 같다.

1) 중량충격음 측정에서의 영향요인에 있어 표준 중량충격원의 물리적 특성을 충격력과 임피던스, 충격음 레벨차원에서 검토해보았다. 이를 통해 임팩트볼의 동특성이 뱅머신에 비해 실충격원과 유사하며 모달 가진을 하는 것으로 나타났다. 한편, 중량충격원의 공진주파수가 약 20Hz에서 발생하는 것으로 나타났으며 이는 일반적인 공동주택 바닥판의 공진주파수와 일치하며 이로 인해 저주파수 대역의 충격음이 증폭됨을 확인할 수 있었다. 2) 최근 새로운 충격원으로 많이 활용되고 있는 임팩트볼을 활용한 중량충격음 측정방법에 대해 살펴보았다. 가진 방법, 수음실 잔향조건 그리고 반복측정에 따른 영향과 시료설치에 따른 차이 그리고 비확산 음장에서 수음점 위치에 따른 공간 편차 등 측정방법상에서 발생할 수 있는 인자들의 영향에 대해 분석하였다. 분석결과, 저주파수 대역을 평가하는 바닥충격음 평가에 있어 바닥판과 수음실의 모달 특성이 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 따라서 중량충격음 평가에 있어 주파수 대역별 저감량 평가방법 및 수음점 설정에 있어 랜덤하게 설정하는 방법이 바닥구조 평가에 효과적인 것으로 나타났다.

3) 해석적인 모델링을 통해 바닥구조의 저감재료 물성 및 두께에 따른 중량충격음 저감에 미치는 영향을 살펴보았다. 법제화 전후의 중량충격음 특성변화에 대해 현장측정을 통해 살펴보았다. 이를 통해 완충재 적용에 의해 저주파수 대역의 충격음 레벨이 증가하는 것을 확인하였다. 보 전달함수법에 의한 저감재의 동특성 측정을 통해 완충재와 제진재로 저감재 종류를 분류하였으며 다층 바닥구조에 이러한 저감재 적용했을 때의 진동 및 충격음 저감성능을 유한요소해석법과 임피던스법을 통해 살펴보았다. 분석결과, 낮은 동탄성 계수와 손실계수를 갖는 완충재의 경우에는 250Hz 이상의 주파수 대역에서 진동 및 소음 저감효과가 있는 것으로 나타났으며 제진재의 경우, 63Hz 이하의 저주파수 대역에서 저감효과가 있는 것으로 나타났다. 한편, 직교 배열표를 활용한 주요인 분석결과, 충격음 저감특성에 가장 큰 영향을 미치는 요인은 저감재료의 동탄성계수로 나타났으며 저주파 공진 주파수 대역의 성능개선에 있어서 높은 손실계수의 재료가 효과적이었다.

4) 마지막으로 실험동 및 현장에서 바닥구조를 시공, 현장 측정하였다. 저주파수 대역의 중량충격음 저감에 큰 효과가 있는 것으로 나타난 제진재 적용 바닥구조의 중량충격음 저감효과를 완충재 적용구조와 비교한 결과, 바닥판의 진동감쇠가 증가하며 중량충격음이 완충재 대비 7dB 이상 감소하여 실질적인 중량충격음 저감효과가 있었다. 그러나 경량충격음에 있어서는 그 효과가 기존 완충재에 미치지 않은 것으로 나타났다. 이를 위해 연질 바닥마감재 사용, 천장구조의 설치, 천장 보강보의 적용 등이 검토되었으며 제진 바닥구조 개선에 효과적이었다.