공동주택의 바닥에서 발생하는 중량 충격 소음의 예측

Abstract

공동주택에서, 상하층간에 발생하는 바닥 충격음의 심각한 사회적 문제가 되고 있다. 이 중 경량 충격음의 경우 뜬바닥 구조라는 바닥 구조를 사용하여 비교적 쉽게 제어할 수 있지만, 중량 충격음을 저감할 수 있는 대책은 아직 미흡하다. 중량 충격원에 의해 발생한 소음을 저감하기 위한 바닥 구조를 설계 하기 위해서는 중량 충격음을 설계 단계에서 예측할 수 있는 예측 방법이 필요하다. 본 연구에서는 중량 충격음을 시간 영역에서 예측할 수 있는 방법을 제안하고, 이를 바탕으로 중량 충격음에 영향을 미치는 설계 인자에 대해 조사하였다. 먼저, 뜬바닥 구조의 과도 응답을 계산하였다. 여러 층으로 이루어진 뜬바닥 구조는 샌드위치 평판 이론을 통해 등가의 물성치를 갖는 단일 층으로 가정할 수 있다. 이 때, 뜬바닥 구조가 샌드위치 평판 구조와 완전하게 일치하지 않기 때문에 샌드위치 평판 이론의 RKU 방정식을 근사적으로 적용하여 등가 물성치를 계산한다. 이러한 등가화된 단일 평판의 임의의 위치에 충격력이 가해졌을 때의 과도 응답은 모드 해석법을 통해 계산한다. 이 때, 정상 모드와 고유 주파수는 등가 물성치와 등가화된 단일 평판의 경계 조건에 의해 결정된다. 등가화된 단일 평판의 경계 조건은 측정을 통해 근사적인 단순지지 경계 조건으로 가정하였다. 또한 슬라브 구조의 모드 손실 인자를 측정을 통해 결정하여 이를 중량 충격음 예측 시 반영하였다. 이렇게 계산된 등가화된 평판의 과도 응답은 수음실 천장의 과도 응답과 동일하며, 천장의 진동으로부터 하부 공간으로 방사되는 소음은 시간 영역 유한 차분법 (FDTD)를 통해 예측하였다. 이 때, 측면 벽으로 전달되는 간접적인 경로 (flanking transmission)는 고려하지 않았다. 예측된 천장의 진동과 수음실 내의 충격음은 현장 측정 결과와 비교하였으며, 중량 충격음을 옥타브 밴드 영역에서 분석 시 제안된 예측 방법이 기존의 임피던스법 (impedance method)에 비해 측정 결과와 잘 일치하였다. 또한, 기존의 예측 방법의 경우 단순한 옥타브 밴드 영역에서만 충격음을 예측였지만, 본 연구에서 제안된 예측 방법의 경우 보다 자세한 주파수 영역에서 분석이 가능할 뿐 아니라, 시간 영역에서의 예측을 통해 소음의 가청화 및 소음 전파의 가시화가 가능하다. 제안된 중량 충격음 예측 방법을 바탕으로 바닥의 설계 인자가 중량 충격음에 미치는 영향을 조사하였다. 슬라브의 두께의 경우 중량 충격음 레벨의 크기와 최대 음압 발생 위치 등에 가장 큰 영향을 미쳤으며, 완충재의 물성치의 경우 최대 음압 발생 위치의 변화 없이 충격음 레벨의 크기에만 영향을 미쳤다. 이 때, 완충재의 손실 인자가 크면 클수록 충격음 저감 효과가 더 크게 나타났다. 이에 반해, 완충재의 두께와 상부 중량물의 두께의 변화가 중량 충격음에 미치는 영향을 미미하였다. 이와 같이, 제안된 중량 충격음 예측 방법은 중량 충격음을 저감을 위해 바닥을 이루는 구조들의 재료 및 두께의 선정에 유용하게 사용될 것으로 판단된다.