Research Article

Journal of Korean Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. June 2021. 289-301
https://doi.org/10.22696/jkiaebs.20210025

ABSTRACT


MAIN

  • 서 론

  • 선행연구 조사

  • 실제 충격원과 표준충격원의 중량바닥충격음 측정

  •   측정 조건 및 방법

  •   측정 결과

  • 결과 분석 및 토의

  •   표준충격원과 실제충격원의 비교

  •   실내화 착용의 효과

  •   실내화 바닥의 재료 및 탄력성 지표에 의한 영향

  •   충격원 특성 및 보행방법의 차이에 의한 영향

  • 결 론

서 론

아파트는 편의시설과의 접근성이나 에너지효율 등 측면에서 많은 장점을 갖고 있다. 반면, 다수의 세대가 한 장의 벽과 한 켜의 바닥을 사이에 두고 생활하는 거주형태로 인해 이웃 사이의 불화가 종종 발생하는 약점도 있다. 소음은 이웃 간 불화의 요인 중 하나이며, 특히 상하층간의 바닥충격음에 의한 층간소음 문제는 불화를 넘어서서 치명적인 분쟁에 이르기도 한다. 이러한 현황을 개선하기 위해 2003년 대통령령 개정을 통해 경량바닥충격음 58 ㏈ 와 중량바닥충격음 50 ㏈ 이라는 정량적인 법적 기준이 최초로 제시되었으며(국토교통부, 2003), 2004년의 국토부 고시에 의해 바닥충격음의 측정방법에 대한 명확한 규정도 최초로 마련되었다(국토교통부, 2004). 소규모 건설업체의 연구개발 부담을 덜기 위해 표준바닥구조가 제시되었고 더욱 활발한 연구개발을 촉진하기 위한 인정바닥구조의 개념도 도입되었다. 그 이후 지금까지 많은 중량충격음 차단 바닥구조가 개발되고 인정되었다.

그러나 2004년 당시에 이미 550만 세대에 이르는(국토교통부 통계누리, 2020)아파트의 대부분이 바닥충격음 기준에 못 미치는 180 ㎜ 미만 두께의 바닥슬래브로 건설되어 있었다. 이를 2004년의 정량적 규정이 발효되기 이전 사업승인 되었을 것으로 여겨지는 2007년까지 확장하면 630만 세대로 늘어난다. 이러한 얇은 바닥 아파트에서는 아무리 조심스럽게 생활하더라도 중량바닥충격음에 의한 층간소음이 문제될 수밖에 없다. 게다가 기준에 맞추어 준공된 아파트 실제 현장에서도 중량바닥충격음 기준을 만족한 경우는 65%로 나타나 상하층 이웃 간에 층간소음 분쟁이 발생하는 건수는 실제로 더욱 많다(신훈 외, 2010). 한마디로 수백만 세대가 넘는 아파트에서 아직도 중량바닥충격음에 의한 층간소음의 문제를 겪고 있는 것이다.

기존아파트에서 발생하는 중량바닥충격음의 구조적인 원인이 슬래브의 두께이건 다른 원인이던 간에 실제 층간소음의 문제가 있다면, 그리고 그것이 이웃 간의 분쟁으로 나타나고 있다면 이를 완화할 수 있는 현실적인 대안이 제시되어야 한다. 이 연구에서는 아파트의 실질적 중량충격원인 어린이들에게 실내화를 신고 생활하도록 했을 때 중량충격음 차단성능이 어떻게 변화하는가를 관찰함으로써 층간소음 분쟁 완화를 위해 적용 가능한 하나의 대안으로 제시하고자 하였다. 이를 위해 실내화 바닥의 완충 재료와 두께가 다른 다양한 탄성 조건에 대하여, 그리고 뛰거나 걷는 방법을 달리 조합함으로써 발생시킨 다양한 실제 충격원 조건에 대하여 중량바닥충격음의 특성과 저감량을 측정하고 분석하였다.

선행연구 조사

신훈 외(2010) 는 공동주택 중량바닥충격음 현장측정을 통한 차단성능 평가방법의 비교검토 연구에서 슬래브 두께 180 mm 바닥구조 29개, 슬래브 두께 210 mm바닥구조 34개의 현장 측정자료 63개를 이용하여 현행 중량바닥충격음의 평가방법을 검토하였다. 그 결과 최소성능의 기준치인 50 dB를 만족하는 비율이 슬래브두께 180 mm의 경우 약 27.5%에 불과하였고, 벽식구조의 표준바닥구조에 해당하는 슬래브 두께 210 mm에 있어서도 약 65%에 정도인 것으로 보고하였다.

김률 외(2010)는 물리적 특성분석을 통하여 바닥충격음 차단성능 측정 및 평가에 사용되는 ISO, KS 및 JIS에 규정된 표준 중량충격원(Bang Machine) 과 어린이 달리기 등의 실제 거주 공간에서 발생되는 충격원을 비교하여 유사성 및 타당성을 분석하였다. 표준 중량충격음원의 경우 세부적으로 차이가 있었지만 어린이 달리기와 비슷한 경향을 보인 가운데 뱅머신 보다는 임팩트 볼이 더 유사한 결과를 보여 임팩트 볼의 타당성을 주장하였다.

정근형 외(2014)는 공동주택 바닥충격음 완충재 특성에 따른 중량충격음 저감레벨 평가에서 완충재 종류 및 두께에 대한 바닥충격음 저감성능은 EPS계열의 경우 단순 두께만 증가하는 바닥완충재 보다는 바닥에 요철이 포함된 재료의 완충재가 성능이 우수하고, 재료 물성에 있어서는 동탄성계수가 낮을수록 바닥충격음 저감성능이 향상된다는 점을 밝혔다. 유사한 결과로 이원학 외(2020)가 수행한 바닥충격음 차단구조 인정에 사용된 완충재의 동탄성계수별 중량충격음 등급현황을 조사 결과에서도 동탄성 계수가 낮을수록 중량바닥충격음 2,3등급 비율이 높게 나타나는 것으로 밝혀졌다.

박홍근과 문대호(2014)는 성인 보행 충격력과 그에 따른 바닥충격음을 계측하여 보행하중이 바닥충격음에 영향을 주는 요소를 분석하였다. 보행하중 중 발 뒤꿈치 충격력은 전체 충격하중을 주파수 특성을 대변할 수 있는 임펄스 형태의 하중으로 충격력은 뱅머신 또는 고무공보다 낮지만 1 차 영점(First zero)이 80 Hz 정도로 높아 유효 가진 주파수 대역이 표준 중량충격원 보다 높았다.

박현구 외(2014)는 음향실험실 측정을 바탕으로 4종의 유아용 실내화 시제품를 직접 제작하여 실제 주민이 거주 중인 세대에서의 현장 실험을 수행하였다. 그 결과 어린이들이 맨발로 점프하였을 때 보다 시제품을 착용하였을 때 6 dB~9 dB에 이르는 중량바닥충격음 저감 효과가 있다는 점을 밝혔다.

실제 충격원과 표준충격원의 중량바닥충격음 측정

측정 조건 및 방법

이 연구는 박현구 외(2014)의 선행연구와 유사한 출발점으로부터 시작하되 층간소음 분쟁완화를 위한 현실적 대안을 모색하기 위한 목표로 그 지향점을 차별화 하였다. 따라서 현재 시판 중인 실내화를 대상으로 하되, 바닥 완충 재료와 두께가 다른 다섯 종류를 선정하여 뛰거나 걷는 등의 보행 방법 차이에 따라 중량바닥충격음 레벨이 어떻게 변화하는지 밝혀내고자 하였다. 다양한 현장 상황에 의한 의도되지 않은 변인의 통제를 위해 실제 아파트와 동일한 구조로 설계된 세종시 LH 주택성능연구개발센터 실험실에서 측정을 실시하였다. Figure 1에 평면을 나타내었다.

/media/sites/kiaebs/2021-015-03/N0280150306/images/Figure_KIAEBS_15_3_06_F1.jpg
Figure 1.

Plan and the position of impact source

먼저 총 5 종류의 실내화에 대하여 바닥 탄력성 정도를 상대적으로 비교하기 위한 유사 동탄성 계수(이하 탄력성 지표로 표현함) 측정을 실시하였다. 실내화 시료의 제한된 크기로 인해 뜬바닥용 완충재의 동탄성 계수를 측정하는 KS 규격(KS F 2868, 2003)과 같을 수는 없지만 5개 실내화 바닥의 탄력성 정도를 상대 비교하는 데에는 활용 가능하다. 1-3번 실내화의 완충재는 펠트형이며 각각의 두께는 0.6, 1.4, 2.2 ㎝이다. 4번 실내화는 2.9 ㎝ 두께의 부드러운고무재료로 구성되어 있으며 특히 5번 실내화의 경우 3.1 ㎝두께의 완충층과 프라스틱 지압돌기가 바닥에 있다. 측정 시 KS 규격에 부합하는 정확한 시편의 모양은 아니지만 모든 시편의 변형 없이 펄스가진법을 이용하여 단위면적당 겉보기 유사 동탄성계수(탄력성지표)를 산출하였다(S't=(2πf0)2·m't) 100 mm × 100 mm 사이즈의 축소 사이즈의 철판을 각 신발 뒷꿈치 부분에 올려놓고 공진 주파수를 측정 하였다. 상대적으로 4번 실내화가 다른 실내화에 비해 뒤꿈치 중앙부가 테두리부분에 비해 조금 낮게 위치해 있어서 KS 규격에 부합하는 정확한 시편의 모양은 아니지만, 본문에 제시한 것과 같이 “유사 동탄성 계수로서의 탄력성 지표” 로 표현하기 위해 모든 시편의 변형 없이 그대로 하중판을 올려두고 측정을 진행 하였다. 측정 시 하중판을 올려두었을 때 다른 외력은 없는 상태이다.

실제충격원과 표준충격원의 차이를 관찰하기 위해 표준 중량충격력특성 1(뱅머신) 및 표준 중량충격력특성 2(러버볼) 측정을 함께 수행하였다. 실제충격원으로는 75㎏의 남자와 45㎏의 여자를 대상으로 하였으며, 바닥의 충격은 각 충격자가 맨발일 경우와 실내화를 착용했을 경우에 대해서 느리게 걷거나 빠르게 걷기, 그리고 50 cm 위에서 아래로 점프하기 등 공동주택 세대 내의 일상 생활에서 발생할 수 있는 상황을 대상으로 하였다. 보행은 실내 끝부분에서 대각선 방향 반대편으로 느린 걸음의 경우 3초, 빠른 걸음은 2초 정도의 인터벌로 걷도록 하였다. Figure 2는 실험에 사용된 실내화의 옆면과 바닥면, 그리고 탄력성 지표의 측정 장면을 나타낸 것이다. 이러한 측정 상황을 Table 1에 정리하였다. 측정에 사용된 측정 장비는 Table 2에서, 실제 보행 및 측정 장면은 Figure 2Figure 3에 나타낸 바와 같다.

Table 1.

Measurement conditions

Impact source Measurement conditions
Source type Source condition Reference
Standard source Bang machine Static 5 points KSF2810-2
Rubber ball Static 5 points KSF2810-2
Actual source Bare feet Slow walk Diagonal walk for 3s
Fast walk Diagonal walk for 2s
Jump 50 cm
Indoor shoes Slow walk Diagonal walk for 3s
Fast walk Diagonal walk for 2s
Jump 50 cm
Table 2.

Measurement device

Device name Model & maker
Multi channel analyzer for measuring dynamic stiffness SA-01
Standard heavyweight source 1 Bang-machine, S&V Korea
Standard heavyweight source 2 Rubber ball, S&V Korea
Microphone 40AR, GRAS
Microphone pre-amplifier 40AP, GRAS
Frequency analyzer SINUS, S&V

/media/sites/kiaebs/2021-015-03/N0280150306/images/Figure_KIAEBS_15_3_06_F2.jpg
Figure 2.

5 pairs of indoor shoes and stiffness index measurement

/media/sites/kiaebs/2021-015-03/N0280150306/images/Figure_KIAEBS_15_3_06_F3.jpg
Figure 3.

Floor impact sound measurement

측정 결과

다섯 종류 실내화의 공진주파수 측정 결과에 따른 탄력성 지표 평가 결과를 Table 3에 나타내었다. 5번 시료의 경우 완충 재료와 두께가 타 시료에 비해 좋으나 발바닥이 놓이는 윗 바닥면에 플라스틱 돌기가 나와 있어 탄력성 지표가 높게 나타난 것으로 보인다.

Table 3.

Measurement results of the Stiffness index

Sample number Resonance Ftrquency (Hz) Stiffness index (MN/m3)
1 50.6 20.5
2 39.1 12.0
3 24.1 4.5
4 31.6 8.1
5 - -

표준 중량충격력 특성1(뱅머신)과 표준 중량충격력 특성2(러버볼)에 의한 중량바닥충격음레벨 측정 결과와 각각 시료에 대한 측정 결과값을 Table 4Table 5에 나타내었다.

Table 4.

Details of Measurement

man 75 kg
Impact source code Impact source code Impact source code
Jump bare foot mjb Slow walk bare foot msb Fast walk bare foot mfb
1 mj1 1 ms1 1 mf1
2 mj2 2 ms2 2 mf2
3 mj3 3 ms3 3 mf3
4 mj4 4 ms4 4 mf4
5 mj5 5 ms5 5 mf5
woman 45 kg
Impact source code Impact source code Impact source code
Jump bare foot wjb Slow walk bare foot wsb Fast walk bare foot wfb
1 wj1 1 ws1 1 wf1
2 wj2 2 ws2 2 wf2
3 wj3 3 ws3 3 wf3
4 wj4 4 ws4 4 wf4
5 wj5 5 ws5 5 wf5
Table 5.

Measurement results (unit: dB)

Center
Frequency
50 ㎐ 63 ㎐ 80 ㎐ 100 ㎐ 125 ㎐ 160 ㎐ 200 ㎐ 250 ㎐ 315 ㎐ 400 ㎐ 500 ㎐ 630 ㎐ Single Number
Bang machine 83.9 69.2 58.7 54.9 46.7 48.0 42.5 42.6 39.6 37.4 35.5 33.6 54
Rubber ball 78.6 62.8 54.7 54.5 43.2 44.8 38.9 38.8 33.6 32.0 31.5 30.2 49
Center
Frequency
50 ㎐ 63 ㎐ 80 ㎐ 100 ㎐ 125 ㎐ 160 ㎐ 200 ㎐ 250 ㎐ 315 ㎐ 400 ㎐ 500 ㎐ 630 ㎐ Single Number
mjb 80.2 70.9 65.3 60.1 48.8 47.0 42.8 42.8 37.0 34.7 32.5 30.7 51
mj1 81.3 70.3 65.3 59.6 49.3 45.9 40.3 40.4 37.3 35.6 34.8 34.2 52
mj2 78.4 68.3 61.3 57.0 46.2 43.3 38.0 37.9 34.1 32.5 30.5 29.0 49
mj3 78.2 66.6 59.0 53.0 42.1 40.2 37.9 39.2 35.1 33.3 31.6 31.1 49
mj4 73.8 65.5 61.4 54.7 44.1 40.5 36.5 35.7 32.5 31.8 30.6 29.6 44
mj5 78.5 64.7 61.0 56.5 46.3 44.8 38.9 38.6 35.5 33.7 33.1 31.9 49
Center
Frequency
50 ㎐ 63 ㎐ 80 ㎐ 100 ㎐ 125 ㎐ 160 ㎐ 200 ㎐ 250 ㎐ 315 ㎐ 400 ㎐ 500 ㎐ 630 ㎐ Single Number
msb 71.0 60.7 58.0 49.8 37.9 35.9 35.7 33.4 31.0 29.2 28.8 28.6 42
ms1 70.5 59.9 57.8 49.9 37.2 34.9 35.5 32.6 30.2 29.0 29.5 29.9 41
ms2 69.0 56.1 52.5 45.6 32.2 33.9 34.3 31.6 28.7 28.4 29.0 29.2 40
ms3 66.8 54.6 51.5 45.2 32.2 34.5 35.4 31.9 28.9 28.2 28.0 27.9 37
ms4 58.2 47.1 48.5 42.9 31.9 34.3 35.3 32.0 29.5 28.2 27.8 28.3 30
ms5 58.6 48.0 49.3 44.3 32.7 35.0 35.5 32.7 29.3 27.6 27.1 28.0 30
Center
Frequency
50 ㎐ 63 ㎐ 80 ㎐ 100 ㎐ 125 ㎐ 160 ㎐ 200 ㎐ 250 ㎐ 315 ㎐ 400 ㎐ 500 ㎐ 630 ㎐ Single Number
mfb 78.7 69.9 67.6 59.0 47.6 43.2 37.8 36.4 33.6 30.5 29.7 28.8 49
mf1 78.7 69.6 67.4 58.3 46.9 42.1 37.7 36.4 32.2 30.3 29.5 28.3 49
mf2 79.5 68.0 63.4 52.9 38.8 37.0 36.6 35.9 32.8 31.7 30.9 30.4 50
mf3 75.7 65.3 61.8 51.8 37.6 36.9 37.3 34.8 31.8 30.4 29.2 28.3 46
mf4 65.8 53.0 50.9 44.6 32.7 35.6 36.3 36.5 31.2 29.0 29.2 29.4 36
mf5 72.7 60.2 54.9 49.1 39.6 43.6 40.9 39.7 37.1 34.9 31.7 30.7 43
Center
Frequency
50 ㎐ 63 ㎐ 80 ㎐ 100 ㎐ 125 ㎐ 160 ㎐ 200 ㎐ 250 ㎐ 315 ㎐ 400 ㎐ 500 ㎐ 630 ㎐ Single Number
wjb 71.0 60.9 58.7 55.1 46.4 41.9 37.2 36.5 31.2 29.2 28.8 28.0 42
wj1 70.4 59.0 55.6 51.5 41.8 38.4 35.2 32.9 30.2 28.8 28.2 27.5 41
wj2 69.7 58.8 54.2 49.5 38.3 37.1 35.9 33.5 30.5 29.2 28.5 28.3 40
wj3 72.8 58.6 55.4 49.2 38.0 36.8 35.5 32.8 30.9 30.5 29.3 28.1 43
wj4 74.0 59.2 55.7 50.3 39.4 40.7 39.0 38.9 33.0 30.8 29.2 28.6 45
wj5 71.3 57.3 53.8 49.2 39.4 42.2 39.1 39.2 35.3 32.6 30.9 29.6 42
Center
Frequency
50 ㎐ 63 ㎐ 80 ㎐ 100 ㎐ 125 ㎐ 160 ㎐ 200 ㎐ 250 ㎐ 315 ㎐ 400 ㎐ 500 ㎐ 630 ㎐ Single Number
wsb 68.7 57.2 54.0 45.3 33.5 34.5 35.3 31.9 30.6 29.2 28.3 27.4 39
ws1 70.0 58.1 54.3 47.4 34.3 37.2 35.5 32.0 31.7 30.1 29.9 31.1 41
ws2 65.9 52.8 49.9 44.3 32.1 34.9 34.9 32.3 31.4 30.7 29.4 28.6 36
ws3 61.2 49.2 49.7 44.7 34.1 37.1 37.9 36.2 29.2 27.4 27.9 29.1 32
ws4 56.8 50.8 50.3 45.6 35.4 42.0 40.6 42.1 39.7 35.7 33.2 31.1 33
ws5 54.4 46.6 49.0 43.7 32.4 34.2 35.1 31.3 29.3 28.0 28.2 28.4 29
Center
Frequency
50 ㎐ 63 ㎐ 80 ㎐ 100 ㎐ 125 ㎐ 160 ㎐ 200 ㎐ 250 ㎐ 315 ㎐ 400 ㎐ 500 ㎐ 630 ㎐ Single Number
wfb 78.3 67.6 64.1 55.9 45.4 42.5 39.7 42.5 35.6 34.8 31.6 29.6 49
wf1 77.0 66.4 62.8 53.7 42.9 39.8 37.9 37.0 32.4 31.6 31.2 30.2 48
wf2 75.7 64.8 58.8 50.6 39.0 37.5 36.9 35.1 31.2 30.5 29.6 29.0 46
wf3 75.9 64.5 60.1 51.6 39.9 38.8 38.7 36.8 31.6 29.9 29.1 28.1 46
wf4 70.7 57.0 52.5 47.5 38.0 44.9 41.6 41.0 35.4 32.7 31.8 31.8 41
wf5 70.2 55.2 51.1 45.0 34.7 36.2 35.2 33.0 31.0 29.0 29.2 29.7 41

결과 분석 및 토의

실내화 바닥의 완충 재료와 두께가 다른 다양한 탄력성 조건에 대하여, 그리고 몸무게와 걷거나 뛰는 방식이 다른 남자와 여자를 대상으로 중량 충격음을 발생시키고 조합함으로써 다양한 충격원 조건에 대한 중량바닥충격음의 특성과 저감량을 분석하였다.

표준충격원과 실제충격원의 비교

주택성능연구개발센터 실험실에서 표준중량충격원을 적용하여 측정한 중량바닥충격음레벨은 54 dB(표준중량충격원1:이하 뱅머신) 및 49 dB(표준중량충격원2:이하 러버볼) 이다. 반면 맨발로 측정한 실제 충격원 실험에서 75 kg 남자의 경우 42 dB(느린 보행)와 49 dB(빠른 보행), 51 dB(점프)로, 45 kg인 여자의 경우 39 dB(느린 보행)와 49 dB(빠른 보행), 42 dB(점프)으로 기록되었다. 뱅머신은 남녀의 걷거나 뛰는 모든 경우의 중량바닥충격음보다 최소 3 dB 큰 54 dB로 나타났지만, 러버볼의 경우 남자의 점프보다는 낮고 남녀의 빠른 보행과는 유사한 49 dB의 중량바닥충격음 레벨을 보이고 있다. 물론 남녀의 걷고 뛰는 방식에 따라 이보다 크거나 작은 레벨이 될 수도 있지만 적어도 이 실험에서는 표준충격음과 유사하거나 그보다 낮은 중량바닥충격음 레벨을 나타내고 있다.

Figure 4는 뱅머신과 러버볼, 그리고 러버볼과 같은 49 dB 단일수치값을 을 나타낸 남녀 빠른 보행의 주파수별 측정값을 그림으로 나타낸 것이다. 뱅머신을 제외한 나머지의 표준/실제 충격원의 중량바닥충격음 주파수별 경향은 거의 유사하다. 또한 기존의 연구와 같은 결과로 표준충격원과 실제충격원 모두에서 단일수치 평가값을 결정짓는 요인은 63 Hz 주파수대역의 충격음 레벨이라는 사실이 그대로 드러난다(강민우 외, 2015). 뱅머신의 단일수치 평가값이 54 dB로서 러버볼 및 남녀 빠른 보행에 의한 충격음인 49 dB 보다 5 dB 크게 나타나는 것은 단지 63 Hz 주파수대역 하나만의 차이에 기인한 것이다.

/media/sites/kiaebs/2021-015-03/N0280150306/images/Figure_KIAEBS_15_3_06_F4.jpg
Figure 4.

Standard and actual impact sources compared with Reference 49 dB

실내화 착용의 효과

실내화 착용의 중량바닥충격음 저감 효과를 검증하기 위하여 남‧녀의 각 행태별로 맨발의 경우와 실내화를 착용했을 경우에 대해 바닥충격음 레벨 변화를 관찰하였다. 바닥의 탄력성 지표에 따른 변화는 별도로 검증할 것이므로 이 단계에서는 맨발인 경우와 실내화를 신었을 경우에 대한 차이에만 좀 더 집중하여 분석하였다. 각 보행/점프 행태에 따른 남/녀의 맨발과 실내화 착용시의 바닥충격음 레벨 변화를 Table 5에 정리하였다. 표에서 실내화 착용시의 바닥충격음 레벨은 5종 실내화에 대한 실험 결과의 평균값이다. 빠르고 느린 보행의 경우 남‧녀 모두에서 실내화 착용의 경우에 5 dB 수준의 중량바닥충격음레벨 감쇠를 확인할 수 있다. 이 정도의 감쇠량은 상당히 큰 것으로 실내화를 착용하였을 경우 빠르고 느리게 걷는 보행 패턴에서 확실하게 중량바닥충격음 저감 효과가 있다고 단정할 수 있는 수준이다. 그러나 점프의 경우, 사람에 따라 정도의 차이는 있지만, 보행의 경우와 달리 발 뒤꿈치가 먼저 슬래브 바닥을 충격하기 보다는 발목의 완충작용을 이용하기 위해 발 앞부분으로 먼저 착지하는 경향이 있기에 실내화의 탄력성에 의한 저감효과가 뚜렷하지 않거나(남자 ↓2.4 dB) 거의 유사한 결과(여자 ↑0.2 dB)를 나타낸다.

실내화 바닥의 재료 및 탄력성 지표에 의한 영향

Table 6는 5종류 실내화의 특성과 탄력성 지표를 표시하고 중량바닥충격음 저감 효과를 비교할 수 있도록 함께 나타낸 것이다. 표에 표기한 바닥충격음 레벨은 남/녀의 점프/느린보행/빠른보행 즉 6가지의 모든 경우에 대한 평균값이다. 5종 실험결과의 평균이라는 Figure 2에서 확인할 수 있는 것처럼 패드 타입의 실내화(Shoes1~Shoes3, 맨발에 대한 평균저감량 1.6 dB)에 비해서는 슬래브와 맞닿는 바닥 아랫면에 홈을 추가할 수 있는 고무나 플라스틱 타입의 실내화(Shoes4~Shoes5, 평균저감량 6.7 dB)의 중량바닥충격음 저감 효과가 훨씬 크다. 다만 같은 패드타입의 실내화라면 패드의 두께가 두껍고, 따라서 탄력성 지표가 낮아지는 Shoes3 수준의 것이 중량바닥충격음 차단성능이 커진다는 사실을 알 수 있다. Table 7에서 Shoes5의 탄력성 지표가 측정 불가인 까닭은 Figure 2에서 확인할 수 있듯이 실내화의 발바닥이 닿는 면 쪽에 플라스틱 돌기가 설치되어 있어 측정 장치와 쉽게 밀착되지 않았기 때문이다.

Table 6.

Heavyweight Floor Impact Noise of Bare foot and Indoor Shoes Conditions (dB)

Male Female
Activity Jump Slow walk Fast walk Jump Slow walk Fast walk
Bare foot 51 42 49 42 39 49
Indoor Shoes* 48.6 35.6 44.8 42.2 34.2 44.4
Difference ↓2.4 ↓6.4 ↓4.2 ↑0.2 ↓4.8 ↓4.6

* Average value through the 5 indoor shoes

Table 7.

Kea features and average heavyweight floor impact noise of bare foot and different indoor shoes (dB)

Indoor shoes Number Bare foot Shoes 1 Shoes 2 Shoes 3 Shoes 4 Shoes 5
Key feature - Pad type THK 0.6 cm Pad type THK 1.4 cm Pad type THK 2.2 cm Rubber type THK 2.9 cm Rubber type THK 3.1 cm Plastic jag
Stiffness index (MN/m3) 20.5 12.0 4.5 8.1 -
Heavyweight Impact Noise* 45.3 45.3 43.5 42.2 38.2 39

* Average value through all the activities of man and woman

충격원 특성 및 보행방법의 차이에 의한 영향

위에서 살펴본 바와 같이 실내화를 착용했을 때의 바닥충격음레벨 저감 효과 뿐 아니라 고무나 플라스틱류 재질의 실내화가 더 효율적이라는 점 등에서는 남/녀 실제 충격원의 차이에도 불구하고 일관된 결과를 나타내지만 충격원의 특성이나 보행방법 등의 차이가 바닥충격음의 저감 디테일에는 어느 정도 영향을 미칠 것으로 생각된다. 실제 충격원으로 실험에 참여한 두 사람은 남/녀의 성별 차이, 체중의 차이 및 보행이나 점프방식의 차이 등 여러 측면에서 서로 다른 점들이 많기 때문이다. 특히 표5의 여성 활동 내역에서는 빠른 걸음(ws*) 보다 점프(wj*)의 바닥충격음 레벨이 낮게 나타난다. 점프(mj*)에서 가장 높은 바닥충격음 레벨을 보이는 남성의 경우와 다른 결과이다. 이는 남성 피험자와 달리 과감하게 점프하지 못하고 사뿐히 뛰어내리는 여성 피험자의 행태에 기인한 것이다.

남자의 경우 점프와 빠르고 느린 보행의 충격량을 산술평균 했을 때 단일수치 값과 주파수별 특성 모두에서 러버볼의 충격량 특성과 매우 유사한 결과를 나타내고 있다(Table 8 and Figure 5). 펠트형 및 고무형 슬리퍼를 신었을 때의 중량충격음 차단효과는 63 Hz 및 125 Hz 주파수대역 충격음이 단계적으로 작아지는 것을 확인할 수 있으며, 탄력성 지표가 가장 낮은 Shoes4 의 경우 맨발(48 dB)에 비해 11 dB 낮은 37 dB에 이르게 된다. 특히 125 Hz 이하의 저음대역 성분이 단일수치 중량바닥충격음 레벨의 94%(뱅머신)(강민우 외, 2015) 및 93%(러버볼)(이근우 외, 2018) 상관계수를 보이고 있다는 점을 감안하면 50 Hz-160 Hz 의 저주파 대역을 주로 저감하는 실내화 착용의 효과가 상당하리라는 점을 기대할 수 있다.

Table 8.

Average Heavyweight Floor Impact Noise of Male and Female (dB)

Male Female
63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz Single Number 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz Single Number
Bare foot 77.3 56.7 42.0 35.3 48 73.2 52.7 41.0 34.6 44
Shoes1 77.4 56.4 41.1 36.0 48 72.9 51.4 39.1 34.7 43
Shoes2 76.0 52.3 39.6 35.0 47 70.8 48.7 38.8 34.1 41
Shoes3 74.0 50.5 40.0 34.6 45 70.4 49.2 40.0 33.7 41
Shoes4 66.6 48.1 39.2 34.1 37 67.9 49.4 44.3 36.6 39
Shoes5 70.4 50.9 41.6 35.9 41 66.0 46.9 39.5 34.3 37

/media/sites/kiaebs/2021-015-03/N0280150306/images/Figure_KIAEBS_15_3_06_F5.jpg
Figure 5.

Man’s impact sound with various shoes

반면 여자 충격원의 경우 체중과 보행 및 점프 방식의 차이로 남자 충격원과는 세부적으로 차이를 보이는 부분이 있다. 펠트류의 실내화보다 고무류의 실내화에서, 그리고 펠트류의 경우에도 탄력성 지표가 낮아지면 중량충격음 저감효과가 크다는 점은 동일하지만 고무류의 실내화에 있어서는 발바닥과 닿는 면에 돌기가 형성되어 있는 Shoes5의 중량충격음 저감효과가 2 dB 더 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 전체적으로 남자 충격원은 맨발에 대한 실내와의 최대 저감효과가 11 dB에 이르는 반면 여자 충격원은 7 dB 수준을 나타내고 있다. 이 정도만 하더라도 큰 저감 효과이긴 하다.

결 론

편의시설과의 접근성이나 에너지효율 등 측면에서의 많은 장점에도 불구하고 소음 문제는 아파트 생활에서의 큰 불만 요인이며, 특히 상하층간의 중량바닥충격음에 의한 층간소음 문제는 이웃 사이의 분쟁에 이르기도 한다. 이런 문제를 개선하기 위해 중량바닥충격음이 50㏈ 넘지 못하도록 하는 법적 기준이 마련되었고 신뢰성 있는 국가기관에 의해 검증된 표준바닥구조와 인정바닥구조를 사용하도록 함으로써 신규 아파트 바닥구조의 중량바닥충격음 차단성능이 향상되었다.

그러나 그 이전에 지어진 얇은 두께 슬래브의 630만여 세대 아파트에서는 여전히 중량바닥충격음에 의한 층간소음의 문제를 겪고 있다. 심지어 2004년 이후 사업승인된 210 mm 이상의 슬래브두께 아파트에서도 아직 중량바닥충격음의 문제에서 벗어나지 못한 경우도 있다. 중량바닥충격음의 구조적인 원인이 슬래브의 두께이건 다른 원인이던 간에 실제 층간소음의 문제가 있다면, 그리고 특히나 상하층 세대 간의 분쟁으로 현실화되고 있다면 이를 완화할 수 있는 현실적인 대안이 제시되어야 한다. 이 연구에서는 아파트의 실제 중량충격원인 보행음을 대상으로 거주자들이 맨발로 혹은 실내화를 신고 생활했을 때 어떠한 효과가 발생하는지를 실험하여 층간소음 분쟁 완화를 위한 하나의 대안으로 제시하고자 하였다. 검증의 결과는 다음과 같다.

(1) 표준중량충격력특성1(뱅머신)은 남녀의 걷거나 뛰는 모든 경우의 중량바닥충격음보다 최소 3 dB 큰 54 dB로 나타났지만, 표준중량충격력특성2(러버볼)의 경우 남자의 점프보다는 낮고 남녀의 빠른 보행과는 유사한 49 dB의 중량바닥충격음 레벨을 보이고 있다. 물론 남녀의 걷고 뛰는 방식에 따라 실제 이보다 더 크거나 작아질 수도 있겠지만 적어도 이 실험에서는 실제 충격원과 러버볼은 유사한 특성을 나타내고 있다고 볼 수 있다.

(2) 빠르고 느린 보행의 경우 남‧녀 모두에서 실내화 착용의 경우에 5 dB 수준의 중량바닥충격음레벨 감쇠를 나타내고 있다. 실내화를 착용하였을 경우 빠르고 느리게 걷는 실제 충격원의 보행 패턴에서 확실하게 중량바닥충격음 저감 효과가 있다.

(3) 패드 타입의 실내화(Shoes1~Shoes3, 맨발에 대한 평균저감량 1.6 dB)에 비해서는 슬래브와 맞닿는 바닥 아랫면에 홈을 추가할 수 있는 고무나 플라스틱 타입의 실내화(Shoes4~Shoes5, 평균저감량 6.7 dB)의 중량바닥충격음 저감효과가 훨씬 크다는 사실을 알 수 있다.

(4) 펠트형 및 고무형 슬리퍼를 신었을 때의 중량충격음 차단효과는 63 Hz 및 125 Hz 주파수대역에서 현저하게 드러난다. 탄력성 지표가 낮은 고무형의 실내화에서 특히 큰 저감효과를 기대할 수 있다. 특히 125 Hz 이하의 저음대역 성분이 단일수치 중량바닥충격음 레벨의 거의 대부분을 차지하고 있다는 점을 감안하면 50 Hz-160 Hz 의 저주파 대역을 주로 저감하는 실내화 착용의 효과가 상당한 것이다.

이 연구의 결과는 중량바닥충격음의 문제로 민원이 발생하고 있는 많은 아파트에서 그 분쟁의 강도를 낮추기 위해 현실적으로 적용 가능한 대안이다. 다만 실험에서 남녀 각각 1명을 대상으로 하였기 때문에 피험자의 수가 절대적으로 부족했다는 점과 이에 따라 충분하지 않은 실험 횟수의 문제 등은 앞으로 보완되어야 할 점이다. 또한 실내화를 신고 생활해야 하는 위층 아파트 거주자의 거주쾌적성 문제나 남/녀 혹은 생활패턴의 차이에 대응할 수 있는 다양한 실내화의 개발 등 앞으로 개선되어야 할 점들이 남아있다.

Acknowledgements

본 논문은 2019학년도 목포대학교 교내연구비 지원에 의하여 연구되었음.

References

1
Jeong, G.H., Ryu, J.K., Lee, J.I., Kim, Y.S. (2014). Effects of Material Property of Floor Impact Sound Isolator on Heavy-weighted Floor Impact Sound Level in the Apartment Building. Journal of Korean Living Environment System, J.KSLES, 21, 19-25. 10.21086/ksles.2014.02.21.1.19
2
Kang, M.Y., Lee, K.W., Song, J.M., Lee, N.S., Oh, Y.K. (2015). Effects of Specific Frequency Bands of Heavy Weight Floor Impact sound on the Single Number Rating Value. Journal of KIAEBS, 9, 7-12.
3
Lee, K.W., Kang, M.Y., Noh, T.H., Oh, Y.K. (2018). The Characteristics of Floor Impact Noise from Different Impact Sources-Concentrated on Standard Heavy Weight Impact Power Characteristics 2. Journal of KIAEBS, 12, 15-26. 10.12972/jkiaebs.20180002
4
Lee, W.H., Song, G.G., Haan, C.H. (2020). Analysis on the Characteristics of Floor Impact Sound by Floor Construction Process of Apartment Houses. Journal of Korean Society of Noise and Vibration Engineering, 30(1), 29-36. 10.5050/KSNVE.2020.30.1.029
5
Shin, H., Kuk, C., Song, M.J., Kim, S.W., Paek, J.K. (2010). A Study of Rating Method Comparison for Heavy-weight Floor Impact Sound based on the Field Test Data in Apartment Houses. Journal of KIEAE, 10, 187-194.
6
Kim, Y., Kang, J.K., Park, H.K., Lee, T.K., Kim, S.W. (2010). Analysis of Physical Characteristics Floor Impact Source between Living and Standard. Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, 531-532.
7
Park, H.G., Mun, D.H. (2014). Characteristics of Impact Force and Floor Impact noise for Man Walking and Standard Impact Sources. Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, 10, 216-224.
8
Park, H.K., Kim, H., Goo, H.M., Choi, D. (2014). Effect of floor impact sound reduction by children's indoor shoes. Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference, 417-418.
9
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT). (2003). Presidential Decree No 17972, Codes on the Standards of Housing Construction.
10
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT). (2004). Notice from the Ministry of Construction and Transportation No 2004-71, Standards on Accreditation and Management of Floor Impact Sound Insulation Structure of Apartment Houses
11
KS F 2868. (2003). Determination of dynamic stiffness of materials used under floating floors in dwellings
12
Ministry of Land, Infrastructure and Transport (MOLIT) Statistics System. (2020). Available at: http://stat.molit.go.kr/portal/cate/statFileView.do?hRsId=419&hFormId= &hSelectId=&sStyleNum=&sStart=&sEnd=&hPoint=&hAppr (Accessed: 2020. 11).
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