건축 음향학: 차음 측정과 평가방법

건축 음향이란 무엇인가요?

건축 음향학은 소리가 한 공간에서 다른 공간으로 전파하는 현상을 연구하고, 전달되는 소리의 양을 측정하고 정량화하는 학문입니다. 건축 음향은 공기전달음(음악, 목소리 등)과 충격음(인접한 아파트 내 발소리) 등 주로 두 가지 종류의 소음을 다룹니다. 한 아파트에서 다른 아파트로 전달되는 소리는 대부분 벽을 통해 전달되는 공기전달음이지만 건물 구조를 통해 간접적으로 전달되는 소리의 양도 상당히 많습니다.

건축 규제는 서로 인접한 아파트 사이나 테라스 하우스에 적용해야 할 차음재의 양을 규정하고 있습니다. 차음은 건축물의 방이 아니라 칸막이벽과 밀접한 관련이 있습니다. 특히 신축된 건축물의 경우 관련 규제를 준수함을 보장하기 위해 건축 음향 측정을 실시합니다. 이러한 측정값은 한 방에서 다른 방으로, 소음이 있는 음원실에서 소리를 수신하는 수음실로 얼마만큼의 소리가 전달되는지를 나타냅니다.

아래의 그림은 공기전달음의 차음 성능을 측정한 결과를 나타냅니다. 간단하게 말하면 소음이 있는 음원실과 수음실 사이의 소음 레벨 차이를 나타냅니다.

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측정 장비

건축 음향을 측정하려면 아래의 주요 구성요소를 포함한 다양한 전문 장비가 필요합니다.

• 형식승인을 득한 Class 1(IEC 61672-) (IEC 61672-1) 소음 측정기
• PC용 관련 후처리 솔루션
• 전방향 스피커 (sound source)
• 스피커 작동용 파워 앰프

건축 음향에 쓰이는 스피커를 좀 더 자세히 알아보겠습니다.

전방향 음원이란 무엇인가요?

건축 음향에 쓰이는 스피커는 홈시어터 시스템의 일부인 스피커와는 전혀 다릅니다. 건축 음향 측정 방법을 규정하는 표준에는 전방향 스피커의 구체적인 용도가 규정되어 있습니다. 홈시어터 시스템의 스피커가 청자의 방향으로 소리를 송출하는 반면, 전방향 스피커 는 모든 방향에 동등하게 소리를 방사합니다. 12면체 모양의 패턴으로 똑같이 배치된 12개의 스피커를 설치하면 전방향성의 조건을 충족할 수 있습니다. 따라서 이 음원을 설명할 때 “12면체 스피커”라는 용어를 종종 사용합니다.

전방향 스피커는 음원실을 확산 음장과 유사한 음장으로 빠르게 채웁니다. 즉 이 공간에서는 어디든지 음압이 동일하며, 음파가 모든 방향에서 관찰자에게 도달합니다. 이론상으로는 음장이 완전한 확산 음장인 경우 마이크로폰의 위치와 상관없이 똑같은 음압 레벨을 측정하게 됩니다.

그러나 실제 측정 상황에서 완벽한 확산 음장을 보장할 수 없기 때문에, 관련 표준에 따라 여러 개의 측정 위치를 평준화해야 합니다.

스피커 요건

사용자는 다양한 제조업체들이 생산한 수많은 전방향 스피커 를 시중에서 구할 수 있습니다. 외양은 전부 비슷해 보이지만 제품마다 일차적 기능(측정 품질 측면)과 부차적 기능(인체공학적 측면)에 따라 성능에 차이가 있기 때문에, 기술 사양을 제대로 숙지해야 합니다.

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건축 음향에 쓰이는 음원의 일차적 기능은 IISO 16283-1 표준에 규정되어 있습니다. 실내 음향에 쓰이는 음원의 경우, ISO 3382-1 표준은 아래의 요구사항을 규정하고 있습니다.

• 방향성: 소리가 음원으로부터 모든 방향에서 동등하게 방사되어야 합니다. 즉 스피커가 전방향성이어야 합니다. 방향성의 정도는 관련 표준에 규정되어 있습니다. 방향성은 스피커 고유의 기능으로, 음원실의 특성이 아무런 영향을 미치지 않습니다.

• 스펙트럼: 차음 측정은 차이값을 측정하는 것이지만, 관련 표준에 따르면 서로 인접한 1/3옥타브 대역의 차이는 최대 6 dB으로 규정되어 있습니다. 해당 공간의 주파수 응답이 결과값에 영향을 미치므로, 이 요구사항은 장비가 아니라 측정과 관련된 사항입니다. 즉 측정을 실시하려면 가능한 한 평평한 음원실 신호를 얻는 것이 목표입니다.

• 음향 파워 레벨: 스피커의 음향 출력은 소리를 수신하는 수음실의 음압 레벨이 배경 소음 레벨을 훨씬 상회할 수 있을 정도로 충분히 높아야 합니다. 이 요구사항은 스피커와 스피커를 구동하는 파워앰프에 모두 해당합니다. 대개 건축 음향에 쓰이는 양질의 전방향 스피커는 대역당 100dB의 사운드를 출력합니다(즉 소리가 매우 큽니다).

• 레벨 안정성: 건축 음향 측정에 알맞는 음향 출력은 시간에 따라 크게 변화하지 않아야 합니다. 스피커가 뜨거워지면 “압축” 효과로 인해 음압 레벨이 낮아집니다. 이 효과를 보상하기 위해 음압 레벨의 감소값은 분당 0.2 dB 미만입니다.

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소음 & 진동 측정기

스피커의 부차적 기능은 크기나 무게 등 인체공학과 관련이 있습니다. 부차적인 기능이라고 해도 건축 음향 측정을 실시하는 작업자가 한 명임을 감안하면, 장비의 무게와 운반은 장시간 작업을 할 때 매우 중요합니다. 특히 엘리베이터가 아직 가동되지 않는 아파트 단지에서 유의해야 할 사항입니다.

건축 음향 측정은 전문적인 기술을 필요로 하는 작업입니다. 측정을 실시하는 기술자는 훈련을 이수하고 현지 법규를 숙지해야 합니다. 또한 규정을 준수하는 전방향 음원을 비롯해 적절한 전문 장비를 갖추어야 합니다.

이러한 조건을 모두 갖춘 기술자는 두 공간 사이의 차음을 객관적으로 측정할 수 있고, 관련 건축 법규를 참고하여 측정값을 평가할 수 있습니다.