건축음향이란?

건축물이 음향환경을 만들어내는 수단이라면 음향은 인간의 생활 환경의 중요한 요소

건축물이 음향환경을 만들어내는 수단이라면 음향은 인간의 생활환경의 중요한 요소로서, 음향부분을 중요시 해야하는 예술회관, 체육관, 복지회관 또는 방송국과 같이 건축의 기본계획에서부터 시공에 이르기까지 전기설비, 기계설비등 부대설비와 불가분의 요소로 작용하고 있다. 방송을 위한 건축물의 본질적인 구성과 기능은 전파 매체를 통한 일반적인 대중과의 의사전달에 있다.

특히, 방송의 기능적인 측면에서 엄격한 차음계획과 이상적인 실내 음향 상태가 요구되므로, 건축계획의 초기 단계에서부터 시공단계에 이르기까지 적절한 음 환경 조절을 위한 대책이 중요하다.

건축음향 설계의 기본계획

건물의 음향설계를 유효하게 하기 위해서는 음향설계자가 기본계획의 단계부터 완성후 음향측정 검토에 이르기까지 건축설계자와 밀접한 연결을 갖는 것이 바람직하다.

음향설계의 진행방법 및 절차를 아래 그림에 나타내었다.

- 음향설계의 진행방법 -

기본계획 단계에서의 음향설계

건축의 기본계획 단계에서 음향적인 면에 대하여 금후 주변지역의 발전에 대한 도시계획등 다음사항에 대하여 검토하여야 한다.

1. 부지주변의 소음진동 조건의 조정

차음구조의 설정을 위해 부지주변의 소음진동의 발생사항을 파악하고 허용되는 소음도를 결정할 필요가 있다.

2. 주변 환경상황 검토

차후 주변의 도시발달로 도로의 신설 및 고층건물 등의 음향장애 요소의 발생여부에 관한 검토의 필요성이 있다.

3. 차음구조를 필요로 하는 면의 구조

흡음구조의 상세한 실제설계 단계의 업무이며 기본설계 단계에 있어서 흡음구조를 필요로 하는 현장인가에 검토할 필요가 있다.
이 작업은 음향전문가에게 맡겨져 계획되어야 한다. 이 목적은 음향장해의 방지와 잔향특성을 조정하는데 필요한 사항이다.

4. 차음구조

차음성능에 관련하는 위치는 지붕, 벽면등과 상면(바닥,골조)등이며, 이러한 부분은 음의 전파경로가 되므로 현장에 따라서는 특별한 차음구조를 할 필요가 있다. 특히 주위 도로교통소음의 방지를 위해서는 도로주변에 방음벽의 설치와 차량속도의 제한 및 신설도로인 경우는 신설도로시설 관청과의 협의 등이 바람직하다

건축공간에서의 음향장애 현상

실내부 형태에 따라 Echo, Flutter echo, 음의 초점, 속삭이는 회랑(whispering) 등의 이상현상이 발생

주로 실내부의 형태에 따라 Echo, Flutter echo, 음의 초점, 속삭이는 회랑(whispering) 등의 이상현상이 발생한다.
따라서 일차적으로 이런 현상이 발생되지 않토록 실내부의 형태를 결정하는 것이 중요하다. 적절한 형태에 있어서는 내장설계가 대단히
용이하지만 부적절한 형태를 부득이하게 취한 경우는 최적잔향 조건을 만족하게 하는 것은 2차적으로 생각하고 장해가 되는 현상이
일어나지 못하게 내장재료의 선정을 먼저 고려해야 한다.

Echo(반향)

-플러터 에코가 생기는 형-

계속 시간이 대단히 짧은 직접음과 제1차 반사음과의 시간차가 약 50ms(음의 행로차:17m)이상이면 에코(echo)가 발생한다.
좌측그림에서 음원 S와 벽면A와의 거리 SH가 8.5m이상인 경우 직접음과 벽면A에서의 제1차 반사음과의 행로차가 17m로 되는
점P의 궤적을 구하면 쌍곡선이 얻어진다.

이 때, 벽면A가 반사성이고 음원 S와의 거리가 8.5m 이상이며, 직접음과 벽면A에서의제1차 반사음간에 다른 벽면 또는 천정면으로부터
반사음이 들어오지 않은 경우 사선 부분은 반향(echo)을 느끼는 장소가 된다.
echo를 제거하기 위해서는 ① SH ＞ 8.5m ② A면을 흡음성으로 한다. ③ A면을 산란성 벽면으로 한다. ④ 이보다 행로차가 적은 다른면 (예를들면 천정)에서의 반사음을 이용한다. 일반적으로 평면형은 사용 조건으로부터 결정되기 때문에 SH ＞ 8.5m만으로 해결하는 일은 어려우며 또한 작은실에서는 echo문제는 생기지 않는다.

반사성의 평행에서 발생하는 Flutter Echo

- Flutter Echo를 생기게하는 형: (a),(b),(c),(d),(e) -

- Flutter Echo를 방지하는 형: (f) -

반사성의 평행벽면이 있고 벽면은 흡음성이 아닌 경우 Flutter Echo현상이 심하게 발생한다. 또한 반사성 평행벽면의 한면 또는 양면이
내측으로 凹凸되면 이현상은 한층 강조된다. 비록 작은 면적에 있어서도 흡음이 비교적 적은 평행벽이 있다면 Flutter Echo 의 가능성이
있기 때문에 방송국 스튜디오 및 음악당등에서는 벽면을 경사지게(부정형)한다든가 산란성 벽면으로하여 이 현상이 생기는것을 피해야
할 필요가 있다. 그러나, 그림4와 같은 형의 경우에는 일정한 반사경로가 생기는 원인이 되므로 검토하여 발생하는 것을 피해야 할 필요가 있다. 그러나 부정형으로하여 벽에 경사를 둘때에는 확정된 기준은 없지만 대개 5～10。 정도이상의 각도를 갖는 것이 좋다.

음의 초점(憔点)

실내벽의 일부 또는 전부에 凹곡면은 음향모임 효과에 의해 반드시 실내에 음장의 불균일이 발생한다.
위측 음의 모이는 형의 예의 그림 (a),(b),(c),(d)는 음이 특정의 일점에 모이는 현상 예를들면 (a)의 경우 무대벽면에서의 반사음이 객석에
향하지 않고 음 원에 모이기 때문에 강연자가 이위치에 있을때는 큰소리로 말하고 있다는 착각에 빠지게되고 청중은 점점 듣기 어렵게된다. (d)의 경우에는 무대 벽면에서 부터 반사음이 무대에 전혀 되돌아 가지 않기 때문에 (c) 의 경우와 역의 효과가 있고 강연자를 피로하게 하는 효과를 초래한다. 또한 이 경우에는 객석의 웅성거리는 소리가 강연자위치에 모이게 된다.
따라서 특정한 위치에 음의 집중을 의도하는 경우 이외에는 비록 벽면의 소부분에 있어도 凹면은 피하고 凸 면을 이용하는 일이 필요하다.

속삭이는 회랑(Whispering Galleries)

반사면이 큰 凹곡면을 이루고 있으면 음은 2면의 주위를 진행하여 몇번이고 반사하고 속삭이는 소리는 대단히 멀리까지 명료하게
들을수가 있는 현상으로 London의 ST. Pual 사원의 대돔의 회랑은 이 현상으로 특히 유명하다. 비슷한 경우는 긴 곡면 대체로 원형 또는
타원형 구조물에서 볼 때 전혀 해가되지 않을 때도 있지만 대게는 시끄러운 상태가 되기 때문에 속삭이는 회랑이 될만한 형은 피하는 것이 좋다.

잔향시간 및 잔향설계

극장에서 음악이 아름답게 들리는 것을 악기에서 나온 음이 벽에 몇번이고 반사하여 연주가(악기소리) 끝난 후에도 실내에 음이
남아있는 현상 즉 음원에서 발생한 음이 중지된 후 음이 실내에 남아있는 현상을 잔향이라하고, 그 정도를 나타내기 위한 시간을 잔향시간이라고 한다. 따라서 잔향시간이란 실내의 음원으로부터 소리가 끝난 후 실내의 음 Energy밀도가 그의 백만분의 일이 될 때까지의 시간 즉 실내의 평균음 Energy 밀도가 초기치 보다 60dB 감쇠하는데 소요된 시간을 말한다.

이것은 실의 용적과 벽면의 흡음도에 따라 결정되며 실형태와는 관계가 없다. 또한 주파수에 따라 그 값이 변화하고 있으므로 일반적으로
500 Hz를 기준으로 한다. 실의 사용목적 및 용적에 맞는 적당한 크기의 잔향시간을 최적잔향시간 또는 설계목표 잔향시간이라고 하며
용도에 따른 최적잔향시간과 실용적과의 관계는 Knudsen-Harris 등에 의하여 제정되고 있다.

위측 그림은 일반적으로 널리 쓰이고 있는 것으로 Knudsen-Harris가 제안한 500Hz에서의 최적잔향시간을 표시한 것이다.
여기서 강연실, 영화관, 학교강당의 Hall에 대한 최적잔향시간은 먼저 용적과 사용목적을 알고서 우측그림에서 500Hz에 있어서의
최적잔향시간을 결정한다.

명료도

무의미한 음절을 무작위로 발성하여 청취자가 이것을 받아 쓰고 바르게 알아들은 수치를 백분비(%)로 표시한 언어의
명료도(% - Articulation 또는 P.A.)라 한다. 이것은 음환경을 직접, 종합적으로 평가하는 중요한 지표로서 원래는 전화의 성능평가에
이용되는 것이나 건축음향의 분야에서 Hall, 학교교실 등의 음향성능의 정량적(定量的) 평가의 한 방법으로서 이용되고 있다.
Kundsen은 이러한 음절명료도를 실험적으로 다음 식으로 표시하였다.

P.A = 96 K1. Kr . Kn . Ks(%) 단, K1 = 음성의 평균 LEVEL에 의한 계수
Kr = 잔향시간에 의한 계수
Kn = 소음에 의한 계수
Ks = 실의 형 등에 의한 계수

여기서 ' 96 '이란 정수는 완전한 환경에서 계수가 1일 때라도 P.A = 96%로 되어 100%로 되지 않는 것을 나타내며 이는 언어자체가
불명확하기 때문이다. 좌측상단 그림은 잔향시간과 Kr과의 관계를 표시한 것으로 실내 잔향시간은 말을 듣는다는 목적에서 보면 0일때가 가장 좋고, 잔향시간이 길어지면 명료도가 떨어지는 것을 의미한다. 좌측하단 그림은 음의 세기와 K1과의 관계를 표시한 것으로서
언어자체가 70dB일때 가장 잘 들리고, 40dB 이하가 되면 급격하게 나빠지는 것을 알 수 있다.

-음압에 의한 계수-

위 그림은 소음과 청취음의 세기외 비에서 Kn을 구하는 도표를 나타낸 것이다. 실험적으로 다음 식으로 표시하였다.
음악에 있어서 잘 조정된 Echo 및 잔향은 음악의 아름다움을 증가시켜 준다. 회화의 경우 음원보다 30ms 이상 지연된 Echo는
바람직하지 않다. 실제로 음의 명료도는 아래와 같은 사항에 의하여 좌우된다.

(1) 강연자의 특성

실의 음향특성에 적합한 속도의 발성과 명확한 발음의 가능성

(2) 청취자의 본질

강연에 관심있는 사람과 무관심한 청취자에 따라 차이가 있다. 또 젊은 사람과 늙은 사람에 따라 차이가 있다.

(3) Speech Level과 소음

소음은 Speech를 듣고 이해하는 능력에 영향을 미친다. 명료도를 위하여 요구되는 Signal/Noise 비(S/N)는 Speech와 소음 Level과의
관계와 같으며 절대적인 Speech의 Level에도 관계가 있다. 이와같이 어떤 음을 들을 때 소음에 의해 명료도가 떨어지는 주원인은 소음이
그 음을 마스킹(Masking)하기 때문이다.

차음설계

(1) 실내소음의 허용기준

녹음 STUDIO내의 소음의 사용목적에 따라 사용기계류의 작업내용 등에 의하여 발생소음도가 틀리게 되므로 당연 사용목적에 따라 소음의 특성도 달라진다. 따라서, 공조소음과 같이 비교적 장시간 연속적으로 발생하는 무의미소음과 인접실의 음악소리나 자동차소음, 자동차의 경적소음과 같은 유의미소음은 같은 소음이면서도 귀에 들리는 청감도가 다르게 느껴진다. 따라서 이 2종류의 소음에 대하여 별개의 소음허용치를 STUDIO 및 관련제실의 허용치를 표시하면 다음 표와 같다.

설명	무의미의 소음		유의미의 소음
	NC	N	M '
Radio녹음 Studio 대화용	15	20	15
TV 녹화 Studio 대화용	20	25	20
ANN BOOTH 용	15	20	15
부조정실	25	30	25
주조정실	30	35	30
Echo Room	20	25	NC-20의 값-6dB
Echo 기계실	25	30	25
사무실	35	40	-
녹음실, 회의실	30	35	-

(2) 칸막이 벽의 설계와 차음기준

방송 Studio와 녹음 Studio의 차음벽은 통상 150 - 200 mm 두께의 철근 콘크리트벽을 주체로 하고 몰탈콘크리트 부록벽에 의한 이중벽과 고체진동의 차 단 및 골조음 전파음의 차단을 위한 부(浮)구조 등의 부가차음벽등으로 구성된다. 칸막이벽의 투과손실 TL = D + 10에서 음압 LEVEL 차 Di, 실내의 평균흡음율 칸막이벽의 면적 St와 표면적 S에 대한 비의 계수이다.