서 론
국내에서는 2004년부터 바닥충격음 차단성능에 대한 법적규제를 시행하였다. 이에 현재 공동주택에서는 바닥충격음 차단성능을 평가하기 위해 표준 충격원인 뱅머신과 태핑머신을 사용하고 있다. 그러나 실제 공동주택에서 생활하며 발생하는 층간소음은 표준 충격원인 뱅머신과 태핑머신을 통해 발생시킨 소리와는 충격력과 청감적 특성에서 차이를 보인다(Watters, 1965; Jeon and Ryu, 2003; Kim et al., 2005; Park et al., 2013). 표준 중량충격원으로 사용되고 있는 뱅머신의 경우 높은 충격력으로 인하여 성능의 과한 평가와 실제 생활하며 발생하는 생활소음을 대변하기 어렵다는 특성을 가지고 있다(Kim et al., 1993; Kim et al., 2005). 이에 일본에서 제안된 고무공 충격원은 1500 N의 충격을 발생하여, 실제 어린아이가 뛰는 소리와 유사한 특성을 반영한다는 점(Jeong and Jeon; 2004; Jeon and Jeong, 2005)과 가벼운 무게로 인한 현장측정의 편리함 때문에 사용성이 높아지고 있는 추세이다.
고무공 충격원의 측정방법은 측정을 하는 시험자가 1 m 높이에서 자유낙하를 시켜 나타나는 성능을 평가하기 때문에 결과 값의 편차를 우려하여 다양한 선행연구(Kim, 2003; Joo et al., 2008; Jeong and Park, 2019)가 진행되었다. 국내에서 진행된 측정편차와 관련된 선행연구(Jeong and Park, 2019)는 실험실 조건에서 진행한 연구들이 대다수를 차치하고, 실험실에서 고무공 충격원을 활용한 반복성 평가에서는 시험자별 0.5 dB 이내의 측정편차가 발생하는 결과를 발표하였다. 또한 측정 결과 값 오차에 대한 연구는 기존의 중량충격원인 뱅머신의 현장측정 방법에 대한 검토 연구(Joo and Oh, 2013)에서도 진행되었고, 현장 측정결과에서 시공상의 문제와 수음실 마이크 위치 등에 의해 측정 편차가 발생한다고 보고하였다. 또한 중량충격음의 측정 불확도와 관련된 선행연구(Yoo et al., 2008)에서는 공동주택의 수음실 음향특성으로 인해 측정위치별 결과 값의 큰 편차를 발생할 수 있을 것이라고 보고하였다. 공동주택 현장에서 중량충격음 측정 시 측정값의 편차에 대한 우려는 지속적으로 연구되었다. 이와 같이 중량충격음에 대해서는 측정 결과 값에 대한 신뢰도를 높이기 위해 다양한 연구가 진행되었으나, 실제 성능평가를 위한 공동주택 현장조건에서 고무공 충격원의 반복성과 재현성을 검증해 보는 것이 필요할 것으로 판단된다.
현재 국내 바닥충격음 측정을 위한 표준을 개정하고자 하는 절차가 진행 중에 있으며, 아울러 ISO 국제표준에 고무공 충격원을 표준 충격원으로서 표준화되어 사용되고 있다(ISO 16283-2, 2018; Jeong, 2018; ISO 717-2, 2020; ISO 10140-3, 2021; ISO 10140-5, 2021; ISO 10052, 2021). 이에 충격음 폭로레벨이 높은 뱅머신의 활용을 대신하여 고무공 충격원을 사용하여 중량충격음을 평가하고자 한다. 아울러, 인정바닥구조를 통한 사전성능 평가 제도를 대체하기 위해 준공된 공동주택 현장에서 실제 측정을 통한 성능 평가 제도를 도입하고자 한다. 이러한 제도적 변화에 맞춰 고무공 충격원 성능평가의 유효성을 확인하고자 이 연구를 진행하였다. 성능측정에 대한 검증은 국내 표준(KS F 2861, 2001)에서 언급하고 있는 반복성(Repeatability)과 재현성(Reproducibility)을 통해 수행하였다. 반복성은 실험실, 장비, 실험자 등의 제한된 조건하의 측정된 결과 사이 일치정도로 정의되어 있으며, 재현성은 실험실, 장비, 실험자 등의 서로 다른 조건하에 얻어진 결과 값 사이의 일치성 정도로 정의되어 있다.
본 연구에서는 제도적 변화에 맞춰 고무공 충격원을 활용하여 현장에서 나타나는 성능평가의 유효성 분석을 진행하고자 한다. 이에 반복성과 재현성을 평가하였으며, 서로 다른 시험자가 동일한 장비를 통해 고무공 충격원을 반복적으로 가진 시 나타나는 측정 편차를 분석하였다. 아울러, 기관별 고무공 충격원의 충격음 차단성능과의 실험결과 비교를 통해 측정 장비별 등의 실험조건에 따른 편차와 성능의 유효성 등을 분석하고자 한다.
실험개요
실험대상 현장
이 연구에서는 고무공 충격원을 통한 반복성 및 재현성에 대한 평가를 현장에서 실시하기 위해 대전소재의 신축 공동주택 59Type 현장 2개 세대의 거실을 대상으로 실험을 실시하였다. 실험대상 현장조건 은 시공이 진행되고 있었으며, 슬래브 조건은 210 mm 두께이고 거실부의 크기는 3.5 m × 4.4 m이다. 시공 중인 현장이므로 현장의 창호는 설치되어 있었고, 바닥구조 조건은 콘크리트 슬래브 위 완충재(EVA) 30 mm, 경량기포콘크리트 40 mm, 마감몰탈 40 mm인 뜬바닥 구조를 시공하였으며 바닥마감재가 없는 상태로 실험을 진행하였다. 또한 세대의 현관문과 방문은 설치되어 있지 않았기에 합판과 흡음재를 통해 설계된 문으로 공간을 나누어 실험을 진행하였다. Figure 1을 통해 실험대상 현장의 평면모습을 나타내었다.
실험방법
고무공 충격원에 대한 반복성 실험은 두 명의 시험자가 실험대상 현장의 거실 중앙부를 각 100회씩 가진하여 나타나는 바닥충격음 최대 음압레벨(Li,Fmax)을 분석하였다. 실험에 참가한 시험자는 바닥충격음 실험 경험이 약 30회 이상 진행한 인원을 대상으로 진행하였으며, 실험 대상현장 1개소에서 반복적으로 고무공 충격원을 가진하였다. 또한 고무공 충격원 가진 높이는 KS F 2810-2에 의거하여 1 m 높이에서 자유낙하 시켜 나타나는 충격음 레벨을 분석하였다. 고무공 충격원을 1 m 높이에서 낙하시킬 때 시험자와 함께 시험보조자가 낙하높이를 확인하며 실험을 진행하였다.
고무공 충격원 재현성 실험은 KS 기준에 의거하여 거실의 중앙부를 포함한 5개 지점을 가진하여 나타나는 바닥충격음 측정결과(Li,Fmax,Aw)를 서로 다른 시험기관 A와 B에서 실험을 진행한 측정결과를 비교하였다. 총 4회 실험한 결과를 비교하였으며, Figure 1에 나타난 현장의 두 개의 실험대상 현장에서 진행하였으며, 천장조건에 변경을 통해 나타나는 실험 결과를 비교ㆍ분석하였다. 실험은 각 기관에서 사용하고 있는 장비를 사용하였으며, 고무공 충격원 실험에 사용된 장비를 Table 1을 통해 정리하여 나타내었다.
Table 1.
Measuring equipment for each institution
| Measuring equipment | Institute A | Institute B (Operator A/B) |
| Impact sourece | YI-02 (NOK) | YI-01 (NOK) |
| Microphone | UC-59 (RION) | MPA 201 (BSWA TECH) |
| Analysis equipment | SA-02M (RION) | dB-4ch (01 dB) |
Figure 2를 통해 고무공 충격원 성능평가가 진행된 실험 모습과 세대내 문을 설치한 모습을 나타내었다. 실험을 진행한 장소가 공사가 진행되고 있는 신축 공동주택 현장임을 고려하여 반복성 및 재현성 실험을 진행은 작업이 끝나는 18시 이후에 진행하였다. 그러나 야간작업 등 미세한 작업소음은 발생하였고, 이러한 작업소음을 최대한 피해 실험을 진행하였다.
결과 및 토의
반복성 실험결과
현장에서 나타나는 고무공 충격원의 반복성 실험결과를 분석하여 Figure 3을 통해 나타내었고, 실험결과의 주파수대역별 평균 값과 표준편차는 Table 2와 같다. 고무공 충격원을 100회 가진한 실험결과를 순서대로 3회씩 나누어 바닥충격음 최대 음압레벨(Li,Fmax)을 통해 분석하였다. 50 Hz ~ 630 Hz 대역의 실험결과를 분석한 결과, 시험자 A의 3회씩 가진한 실험결과에서 나타나는 편차가 400 Hz 이상의 주파수대역을 제외하고 1.3 ~ 2.2 dB 이내의 차이가 나타났다. 그러나 400 Hz ~ 630Hz의 주파수대역에서는 2.8~8.6 dB의 측정결과값의 차이가 나타나는 것을 확인하였다. 또한 시험자 B의 실험결과에서도 400 Hz 이하 주파수대역에서는 0.8~1.4 dB의 차이가 발생하였다. 그러나 400 Hz 이상 주파수대역에서는 4.3~6.9 dB의 큰 측정 결과값의 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 그러나 시험자 A와 B의 실험결과의 표준편차를 분석한 결과, 두 시험자 모두 400 Hz 미만의 주파수대역에서는 0.5 dB 이하의 편차가 나타났고, 400 Hz 이상의 주파수대역에서는 0.7~2.4 dB의 편차가 발생하였다. 이러한 시험자별 반복성 실험결과는 선행연구(Jeong and Park, 2019)에서의 잔향실의 반복성 실험결과와 유사한 것으로 나타났다. 이 연구의 실험장소가 현장이라는 점에서 400 Hz 이상의 주파수대역에서의 표준편차가 더 높게 발생할 수 있을 것으로 보인다. 그러나 400 Hz 이상 주파수대역에서 나타난 큰 편차는 시공 중인 현장이라는 점을 고려하였을 때, 발생한 소음에 의한 영향과 온전히 마감되지 않은 여러 부재들 사이에서 발생한 소음에 영향이 큰 것으로 판단된다. 이러한 400 Hz이상 실험결과 값의 차이는 단일수치 평가량에 미미하지만 영향을 끼칠 수 있을 것으로 사료된다.
Table 2.
Analysis result of standard deviation of test results by operator
시험자 A와 B의 반복성 실험결과를 주파수대역별로 산술 평균하여 비교·분석한 결과, 시험자 A와 B에 50 Hz ~ 630 Hz 대역 실험 결과값의 차이가 1.2 dB이내로 차이가 나타났다. 그러나 80 Hz와 160 Hz 대역에 1.1~1.2 dB의 차이를 제외하고는 모든 주파수대역에서 1 dB이내의 편차가 나타났다. 이러한 시험자간 반복성 실험결과는 동일한 실험실 및 장비조건에서시험자간 발생할 수 있는 고무공 충격원의 시험편차가 현장에서도 크게 발생하지 않는 것으로 보인다. 따라서 실제 현장에서 고무공 충격원에 성능평가를 진행할 경우에도 유의한 실험결과를 도출 할 수 있을 것으로 판단된다.
재현성 실험결과
고무공 충격원의 재현성 실험은 분석장비와 시험자, 수음점 위치 개수를 달리하고 있는 2개의 시험기관에 대해 충격음 차단성능 실험결과의 재현성을 검토하였다. Figure 4는 실험기관별로 나타나는 고무공 충격원 실험 결과을 비교ㆍ분석한 결과이다. 실험기관별로 나타나는 고무공 충격원 실험결과의 편차를 분석하기 위해 Figure 1의 (a)와 (b)의 장소에서 실험을 진행하였고, Figure 4의 (a)~(d)는 현장조건 및 천장구조 조건을 다르게 하여 실험을 수행하였다.
고무공 충격원의 재현성을 확인하기 위해 실험기관별 실험값을 분석한 결과, 단일수치 평가량(L’i,Fmax,Aw)에서는 1 ~ 2 dB의 차이가 나타나는 것을 확인하였다. 주파수대역별 실험결과의 차이를 분석한 결과에서는 63 Hz대역에서 0.4 ~ 1.3 dB의 차이가 나타났고, 125 Hz는 0.4 ~ 3.81 dB, 250 Hz 대역에서는 0.1 ~ 0.2 dB, 500 Hz대역에서는 0.2 ~ 2.2 dB의 차이가 나타나는 것으로 나타났다. 측정결과의 차이가 가장 적게 났던 Figure 4의 (b) 결과를 제외하면 63 Hz ~ 125 Hz대역의 차이가 크게 발생하는 것으로 확인되었다. 이러한 실험결과의 단일수치 평가량과 주파수대역별 결과 값의 차이는 고무공 충격원 재현성 실험에 사용된 분석 장비에 대한 원인으로 사료된다. 실험에 사용된 분석장비의 특성 상 dB-4를 사용한 시험기관 B의 실험의 경우 수음점의 마이크로폰을 4개소 설치하여 실험하였고, SA-02를 사용한 시험기관 A에서는 마이크로폰을 5개소 설치하여 실험을 진행하였다. 또한 분석에 사용된 dB-4와 SA-02는 실험결과의 최대 음압레벨을 필터링하는 방법에 차이가 있다. 최대 음압레벨을 필터링하여 사용하는 방법과 최대 음압레벨로 측정한 결과를 산술평균하여 사용하는 분석방법의 차이와 마이크 설치 개수에 따른 룸모드에 대한 영향으로 실험결과의 차이가 더 크게 작용한 것으로 판단된다. 아울러 실제 시공이 진행 중인 현장측정임에 외부소음에 대한 영향을 최소화하기 위해 야간시간대의 실험을 진행하고, 외부소음을 차단하기 위해 문을 설치하여 진행하였으나 외부공사소음의 영향도 있었던 것으로 판단된다.
실험기관별 고무공 충격원의 재현성 실험하였을 경우의 결과 값에 차이는 나타났다. 이러한 차이를 최소화하여 실험결과의 정확성과 유효성을 높이기 위해서는 실험에 사용된 측정 및 분석장비 조건에 대한 기록과 분석방법 고찰을 통한 명확한 평가기준 설정이 필요할 것으로 판단된다. 아울러, 실제 현장에서 고무공 충격원을 통한 성능을 검토하기 위해서는 외부소음 차단에 대한 차음대책과 적절한 기준마련이 우선 시 되어야 할 것으로 사료된다.
결 론
본 연구에서는 신축 공동주택 현장에서 고무공 충격원의 반복성과 재현성을 측정하여 비교·분석하였다.
시험자 A와 B를 통해 고무공 충격원에 반복성을 검토한 결과, 시험자별 400 Hz 이하의 주파수대역에서는 0.5 dB 이내로 주파수대역별 편차가 낮게 나타났다. 또한 시험자A와 B의 실험결과를 비교한 결과에서도 50 Hz ~ 630 Hz대역에서 1.2 dB 이내의 미미한 차이가 발생하는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 선행연구(Jeong and Park, 2019) 결과에서 나타난 것과 같이 잔향실 뿐 아니라 현장에서도 고무공 충격원을 가진했을 때의 편차는 미미하여 바닥충격음 측정의 경험이 있는 시험자가 실험을 했을 때의 결과는 현장에서도 유의하게 사용 가능 할 것으로 판단된다.
아울러, 실험기관 A와 B의 고무공 충격음의 충격음 차단성능 결과를 비교한 결과에서는 단일수치 평가량의 1 ~ 2 dB의 차이와 주파수대역별 편차가 나타났다. 이는 실험에 사용되는 분석 장비별 분석방법과 실험조건 등에 따른 결과 값의 차이가 발생한 것으로 판단된다. 국내 바닥충격음 관련 표준 개정이 진행됨에 따라 고무공 충격원의 실제 현장 측정에 정확성과 유효성을 위한 다양한 분석 및 평가방법에 대한 고찰이 필요할 것으로 보인다. 아울러, 실제 공동주택 현장에서 실험 시에 외부소음에 대한 영향을 최소화 할 수 있게 조절하는 것이 필요할 것으로 보인다. 또한 선행연구의 결과들과 같이 고무공 충격원에 대한 성능 평가방법 등의 개정을 통해 보다 높은 신뢰도를 갖는 평가결과 도출이 요구될 것으로 사료된다.
