서 론

[주택건설 기준 등에 관한 규정]은 쾌적한 주거생활을 위한 다양한 환경지표를 규정하고 있다. 1991년 제정 당시에는 “공동주택의 바닥은 각 충간의 바닥충격음을 충분히 차단할 수 있는 구조로 하여야 한다” 라는 모호한 정성적 기준으로 만들어져 있었다(대통령령 제13252호, 1991). 이 기준은 추추 다양한 분쟁의 경험과 기술적 뒷받침에 의해 2003년 4월 22일 대통령령 제17972호에 의해 최초로 정량적 판단이 가능한 수치 경량바닥충격음 레벨 58데시벨과 중량바닥충격음 레벨 50 데시벨 이라는 정량적 수치로 공포되었다(대통령령 제17972호, 2003). 이 대통령령의 세부 규격을 담고 있는 국토교통부고시에 규정된 중량바닥충격음 레벨은 일본에서 개발된 소형 타이어 밑면의 1.5m 낙하 충격원인 뱅머신을 표준 중량충격원한 경우의 값을 뜻하는 것 이었다(건설교통부고시 제2006-435호, 2006).

이후 2013년 10월 21일 개정‧고시된 국토교통부고시 제2013-611호 ｢공동주택 바닥충격음 차단구조인정 및 관리기준 개정안｣에서는 국제표준화기구의 표준중량충격원(이하 러버볼)을 받아들여 표준중충격력 특성2로 삼고(ISO 116283-2), 표준중량충격력 특성 1(이하 뱅머신)보다 3데시벨 낮은 47데시벨을 법적 기준으로 규정하였다(국토교통부고시 제2013-611호, 2013). 그러나 산업계의 반발 등 명확하지 않은 요인에 의해 국토교통부는 표준중량충격력 특성1, 즉 뱅머신 만을 법규상의 표준 중량충격원으로 사용하도록 2015년 10월 5일 공표된 국토교통부고시 제2015-727호로 관련 국토교통부령을 다시 개정하였다(국토교통부고시 제2015-727호, 2015).

제정과 개정의 이러한 흐름은 공동주택 건설 붐에도 불구하고 바닥충격음 차단성능에 관한 아무런 규정이 없던 시기(제1기, ~1991)와 바닥충격음에 관한 민원은 있으되 그 차단성능의 정도를 정량적으로 판단할 수 있는 기준이 마련되지 못한 시기(제2기, 1991~2003), 그리고 바닥충격음의 법적인 한계를 정량적으로 구분하여 지정할 수 있는 시기(제3기, 2003~현재)의 단계적 진행을 보여준다. 그러나 러버볼을 표준 중량충격력 특성으로 인정할 것인지, 그렇다면 기존 뱅머신과의 충격력 차이를 어떻게 보정할 것인지, 아니면 이미 써왔던 뱅머신 만을 표준 중량충격력 특성으로 인정할 것인지에 대한 논란에 대해 아직도 명쾌한 결론을 내리지 못하고 있다. 이러한 논란의 흔적을 2013년과 2015년 국토교통부고시 개정안의 혼란에서 단적으로 확인할 수 있다(국토교통부고시 제2013-611호, 2013)(국토교통부고시 제2015-727호, 2015).

러버볼은 국제표준화기구(ISO)의 중량바닥충격음 측정 표준에 사용되는 표준 중량충격원이다. ISO와의 정합화를 추진하고 있는 한국공업규격(KS)에서는 이미 러버볼을 표준 중량충격특성2로 표준화하고 있다. 이러한 관점에서 공동주택 바닥충격음의 법적 기준을 나타내는 2013년 국토교통부 고시에서도 러버볼을 표준 중량충격원으로 추가한 것이다. 그러나 바닥충격음 차단성능을 평가함에 있어서 뱅머신을 대상으로 만들어진 단일수치 기준(KS F 2863-2 : 2002)을 그대로 적용하여도 되는지, 표준 중량충격력 특성1(뱅머신)에 비하여 3dB의 가중값을 적용하는 것이 타당한 것인지 등에 대한 확고한 증거는 없다. 이 연구에서는 이러한 문제에 주목하여 표준충격원으로 러버볼을 사용한 경우의 63Hz, 125Hz, 250Hz 및 500Hz 각 주파수대역 중량바닥충격음 레벨이 어떠한 경향을 보이는지, 그리고 그 주파수대역별 레벨이 뱅머신을 대상으로 만들어진 KS F 2863-2의 단일수치 값에 어떤 영향을 미치는지 조사하였다. 이를 통하여 러버볼이 각 주파수대역별 바닥충격음 레벨을 동등한 영향력으로 판단하는 KS F 2863-2의 단일수치 평가방식에 타당하게 적용될 수 있는지 검증하고자 하는 것이 이 연구의 목적이다.

러버볼 및 주파수대역별 단일수치 평가

러버볼(표준 중량충격력 특성 2)(KS F 2810-2, 2012)

표준 중량충격력 특성 2는 충격시간 20±2 ms 의 단봉형 충격력 파형의 특성을 갖는 충격원을 의미한다. 이 충격원의 주파수 대역 충격력의 폭로 레벨과 허용 편차는 Table 2 및 Figure 1 과 같다.

Figure 1. Impact power exposure level of each frequency bands and allowable deviation

위 Table 1 및 Figure 1의 표준 중량충격력 특성 2는 실제로는 러버볼을 1m 높이에서 자유낙하 시킴으로써 얻을 수 있다. 러버볼의 재질 및 사양은 Table 2에 나타낸 것과 같으며 단면 형태는 Figure 2 와 같다.

Table 1. Impact power exposure level of each frequency bands and allowable deviation

Table 2. Specifications of rubber ball

Figure 2. Dimensions of rubber ball

주파수대역별 단일수치 평가방법

본 연구에서는 각 중량충격원의 특성을 서로 비교하기 위해 선행연구인 뱅머신(표준 중량충격력 특성 1) 의 산출방법과 동일한 방법으로 63Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz 주파수 대역의 단일수치 평가값 기여도를 평가하였다(강민우 등, 2015), 각 주파수대역별로 2dB씩 4개 주파수대역 합계 8dB의 여유를 두고 있는 KS F 2863-2의 방식을 그대로 적용하였다. Table 3에서 나타낸 바와 같이 한개 주파수 대역의 영향에 대하여 조사할 때에는 2dB의 여유를 두고 평가하였으며, 두 대역 측정값에는 4dB, 세 대역 측정값에는 6dB의 여유를 두고 단일수치 평가값으로 환산하였다. 이러한 주파수대역별 단일수치평가 방법을 통하여 Table 1에서와 같이 63Hz, 63Hz~125Hz, 63Hz~250Hz, 125Hz~ 250Hz, 125Hz~500Hz, 250Hz~500Hz의 각 주파수대역별 단일수치 환산값을 구하였다. 이 값들을 KS F 2863-2의 단일수치 평가값과 복합적으로 비교함으로써 러버볼의 주파수별 충격량 특성이 전체 단일수치 평가값에 미치는 영향을 분석하였다.

Table 3. Frequency bands for the analysis

측정 및 결과

측정방법

천안과 창원에 위치한 아파트 공사현장을 대상으로 64 세대에서 바닥충격음 차단성능 인증을 위하여 최종 바닥마감재 시공 전과 시공 후 러버볼을 사용한 바닥충격음 차단성능 측정을 수행하였다. 모든 세대는 벽식구조로서  Figure 3에서 나타낸 바와 같이 210mm 바닥슬래브와 뜬바닥구조의 바닥완충재, 경량기포콘크리트, 온돌축열층과 바닥마감재의 복합 구성을 갖고 있다. 측정은 그 대상공간이 지역적으로 떨어져 있고, 각 아파트 단지의 공정상 바닥충격음 차단성능 인정을 위한 측정 시기가 다르므로 Table 4에 표시한 것과 같이 2014년 3월부터 2014년 9월까지 비교적 긴 기간에 걸쳐서 수행되었다. 측정에 사용된 장비는 Table 5에서 나타낸 바와 같다.

Figure 3. Cross sectional drawing of the floor

Table 4. Frequency bands for the analysis

Table 5. Measurement equipments

측정 결과

4차례에 걸쳐 수행된 전체 측정결과 및 각 척도에 의한 단일수치 평가값을 Table 6에 표시하였다.

Table 6. Measurement results (Continued)

Table 6. Measurement results (Continued)

분 석

각 주파수대역의 영향력 평가

중량충격원으로 표준중량충격력 특성 2를 사용한 경우 63Hz 대역이 포함된 a~c 의 전체 측정세대 단일수치 평가값은 각각 48dB, 48dB, 46dB 로서 전대역 단일수치 평가값인 45dB보다 1dB-3dB 정도 큰 값을 나타내고 있다. 반면, 63Hz 대역을 포함하지 않는 d~g에서의 단일수치 평가값은 오히려 전대역 평가값과 같거나(e의 경우) 낮게 나타난다. 특히 63Hz와 125Hz 모두를 배제한 f, g 의 경우 각각 38dB와 33dB로 매우 낮은 레벨로 평가되고 있다.

이러한 정도의 차이가 어떠한 의미를 갖는지는 표준중량충격력 특성 2를 사용할 수 있도록 개정되었던 2013년의 공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준에 따라 Table 6의 측정값을 평가해 봄으로써 이해할 수 있다. 이 기준의 21조 ④에서는 표준중량충격력 특성 2로 평가한 경우는 3데시벨을 더한 수치로 성능등급을 확인하도록 되어 있다. 2013년 기준의 별표1 및 이와 동일한 녹색건축인증기준(국토교통부고시 제2016-341호, 2016)을 Table 7에, 2013년의 기준에 의하여 중량바닥충격음레벨 등급을 산정한 결과를 Table 8에 나타냈다. 이 기준에 따르면 64세대 평균의 전대역 단일수치 평가값(A)은 4급에 해당하지만, 125Hz 이하의 주파수대역만으로 산정했을 때(a, b)는 등급 외로 분류되어서 법규상의 최소성능을 만족하지 못한다. 250Hz 대역과 그 이하의 주파수대역이 포함된 경우(c, d, e)에는 전대역 단일수치 평가값과 유사하게 4급 정도의 수준을 보인다. 반면, 63Hz와 125Hz 대역이 제외된 경우(f, g)의 단일수치 평가값은 각각 2급과 1급으로 매우 양호하게 나타난다.

Table 7. Heavy weight floor impact sound class

Table 8. Performance of the measured average

표준중량충격력 특성 1과의 비교

Table 6에서 기술한 측정결과에서 표준중량충격력 특성1 뱅머신을 충격원으로 사용했을 때와 유사한 흐름이 있지만, 각 주파수대역별로 세분하면 분명한 차이를 확인할 수 있다. 전 주파수대역에 대한 값(A)에 비하여 저주파수대역인 63Hz 와 125Hz 대역만을 대상으로 한 단일수치 평가값(a, b)에서, 뱅머신은 5dB~7dB 높은 값을 보이는 반면 러버볼은 3dB 정도로 그 차이가 줄어든다. 높은 주파수 대역값을 단일수치화 한 f, g에 있어서도 러버볼의 경우가 더 작은 편차를 나타낸다. 즉 러버볼이 뱅머신에 비해 특정 주파수대역의 영향력 정도가 더 낮다고 볼 수 있다. 동일한 공간, 동일한 위치에서 표준 중량충격력 특성 1 을 사용하여 측정한 결과와 비교한 것을 Table 9과 Figure 4에 나타내었다. 전체 4개의 주파수대역 모두를 대상으로 계산한 단일수치 평가값은 Table 9와 같이, 그리고 2013년의 국토교통부 고시5에서 제시된 대로 표준 중량충격력특성 1과 2 사이에 3dB 정도의 편차가 발생함을 확인할 수 있다(이근우 등, 2017호).

Figure 4. Difference in mean value between Bang Machine and Rubber Ball

Table 9. Average single number of Bang Machine and Rubber ball

단일수치 평가방식의 타당성 분석

중량바닥충격음 측정값의 단일수치 평가에는 저음에 대해 둔감한 사람의 청취감각을 보정하는 가중척도(A-가중)를 기본으로 한 중량 바닥충격음 차단특성 평가곡선(역A곡선)을 사용한다.8) 특히 이 가중척도의 500Hz 이하 주파수대역 부분만을 대상으로 하는 이유는 표준중량충격력 특성의 충격에너지가 500Hz 이하의 주파수대역에 주로 분포되어 있으며, 그보다 고주파 에너지가 있다 하더라도 평가 결과에 영향을 미치지 못하기 때문이다.

그렇다면 500Hz 이하의 전대역 단일수치 평가(A)를 비롯한 다양한 다른 주파수대역에서의 평가(a-e)와 사뭇 다른 경향을 보이고 있는 250Hz 이상 주파수대역만을 대상으로 평가한 결과(f, g)에 주목할 필요가 있다. 500Hz 심지어 250Hz 주파수대역의 충격에너지는 평가 결과에 중요한 영향을 미치고 있는지 확인해야 한다. 이를 위해 각 주파수대역별 평가방식 사이의 상관도 분석을 시행하였다.

각 평가방식이 어느 정도의 상관관계를 갖고 있는지 분석한 결과를 Table 10에 표시하였다. 63Hz 및 125Hz 주파수대역 측정값으로만 평가한 단일수치(b)와 전대역 단일수치(A) 사이에 0.93의 높은 상관관계가 있다. 여기에 250Hz 까지 포함하여 63Hz-250Hz 까지의 세 주파수대역(c)을 평가하면 전대역 단일수치(A) 값과의 상관관계가 0.98로 올라간다. 반면 63Hz 주파수대역을 뺀다던지(d) 125Hz 주파수대역까지 제외하는 경우(f)에는 전대역 단일수치(A) 평가값과의 상관계수가 각각 0.84. 0.61로 매우 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 이는 현재의 평가방식에서 500Hz 주파수대역이 거의 영향력을 미치지 못하고 있다는 사실을 뜻한다. 이러한 경향은 125Hz- 500Hz 주파수대역(d)과 125Hz-250Hz 주파수대역(e) 평가값의 상관계수가 0.95인 점(500Hz가 있거나 없거나 거의 비슷한 결과라는 뜻), 125Hz-250Hz 주파수대역(e)과 125Hz- 500Hz 주파수대역(d)의 전대역 단일수치(A)와의 상관관계가 0.83, 0.84로 거의 변화가 없다는 점(500Hz 대역이 추가되어도 상관계수에 거의 변화가 없다는 뜻) 등에서도 확인할 수 있다.

Table 10. Correlations between the frequency bands

결 론

우리나라에서는 중량바닥충격음을 측정함에 있어 일본에서 최초 제안된 뱅머신 만을 사용해 왔으나, 2013년부터는 국제표준화기구의 표준중량충격원을 표준중충격력 특성 2로 추가하였다. 동시에 러버볼의 충격량이 상대적으로 작다는 점을 감안하여 뱅머신에 비해 3데시벨 낮은 47데시벨을 법적 기준으로 규정하였다. 그러나 러버볼을 표준 중량충격력 특성으로 인정할 것인지, 그렇다면 기존 뱅머신과의 충격력 차이를 어떻게 보정할 것인지에 대한 논란은 아직 끝난 것이 아니다. 이러한 논란의 흔적은 다시 러버볼을 표준중량충격운 특성에서 배제한 2015년 국토교통부고시 개정에서 단적으로 확인할 수 있다. 이 연구에서는 러버볼이 타당한 표준중량충격력 특성이 될 수 있는지, 그리고 러버볼의 각 주파수대역별 바닥충격음 레벨을 동등한 영향력으로 평가하는 현행 단일수치 평가방식이 타당한지 것인지의 여부를 검증하고자 하였다.

러버볼을 중량충격력 특성으로 사용한 측정의 결과 63Hz와 125Hz 주파수대역의 바닥충격음 레벨에 의해 단일수치 평가값이 좌우되는 경향이 있지만, 대체로 250Hz 주파수대역에 이르기까지 평가대상 주파수대역으로 납득할만한 의미가 있다. 250Hz 이하의 주파수대역 평가값은 전대역 단일수치 평가값과 0.98 정도의 상관계수를 보이고 있다. 반면 500Hz 주파수대역의 측정값은 단일수치 평가값에 거의 기여를 하지 못하는 것이 드러났다. 또한 같은 조건에서 뱅머신을 표준중량충격력 특성으로 사용하여 측정한 결과와 비교한 결과, 러버볼이 3데시벨 정도 낮은 값으로 평가되고 있음을 확인하였다. 그러나 상황에서 두 중량충격 특성 사이의 단일수치 평가량에 3dB 정도의 차이를 나타나는 것이 반복적으로 관찰되는 현상이긴 하지만 이를 일반화하는 것은 곤란하다. 서로 다른 표준 중량충격력 특성으로부터 얻어진, 따라서 서로 같지 않은 단일수치 평가량을 단순한 수치상의 보정으로 동일시하는 것에는 분명 문제가 있다.