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대형 실내체육관의 건축음향 성능 평가 및 개선에 관한 연구

김 희 수, 김 재 수*†

㈜ 한일 엠.이.씨, 원광대학교 건축공학과*†

Evaluation and Improvement of Architectural Acoustic Performance in Large

Gymnasium

Hee-Su Kim, Jae-Soo Kim*†

Hanil Mech. Elec. Consultants, Seoul 150-103,Korea

Department of Architectural Engineering, Wonkwang University, Ik-san, Korea

Abstract : Due to the change of the perception of the recent leisure activities, there is a need for a

large space that accommodates various sports and high-quality performance and events. However, in

an effort to secure such a large space, octagonal & circular plane and high ceiling height are needed,

which is easily exposed to acoustic defects. On top of that, due to the indiscriminate use of finishing

materials without consideration of acoustic performance from the design stage aggravates such defects.

Accordingly, this study, targeting a large gymnasiums, was going to grasp acoustic defects by doing

an actual survey and analysis of physical acoustic characteristics, on the basis of which, to make

comparative analysis of physical acoustic performance consequent on changes in finishing materials &

seating condition using acoustic simulation. It is thought that such a result will be used as very

useful data at a time of erecting a large gymnasium similar to the research result in the future.

Keywords : Simulation(시뮬레이션), Impulse Response(임펄스 응답), Large Gymnasium(대형 실내체육관)

1. 서론

현대사회의 발달로 국민들의 의식수준과 삶의 질이

크게 향상되어, 다양한 여가활동 및 행사 등에 많은

투자와 관심이 집중되고 있다. 이로 인해 각 지자체

및 단체에서는 이를 수용할 수 있는 대형 실내체육관

을 지속적으로 건립하고 있다. 이러한 대형 실내체육

관은 다목적 공간으로서 음성과 음악의 음향성능을 동

시에 요구하고 있다. 그러나 현재 건립된 대형 실내체

육관의 경우 무분별한 마감재를 사용하여 심한 울림이

발생하고 있어 강연 및 연주행사 등에 적절한 음향성

능을 확보하지 못하고 있다.

이러한 문제를 개선하기 위해 대형 실내체육관을 대

상으로 물리적 음향특성을 실측하였다. 음향시뮬레이

션을 이용하여 마감재료의 변경 및 좌석상태에 따른

†Corresponding author

Tel: +82-63-850-6712; Fax: +82-63-843-0782

E-mail address: soundpro@wku.ac.kr

음향성능 변화를 예측하여 최적화된 음향성능을 갖는

대형 실내체육관으로 개선하는 사례연구를 수행하였다.

2. 대형 실내체육관의 개요

대형 실내체육관의 외부 모습은 Fig. 1, 제원 및 마감

재료는 Table. 1, Table. 2와 같다.

(a) W체육관 (b) I체육관 (c) C체육관 (d) D체육관

Fig. 1. 외부전경 및 내부형태

Table. 1. 각 체육관별 제원

구 분제 원

W체육관 I체육관 C체육관 D체육관

바닥면적 12,592㎡ 13,676㎡ 16,562㎡ 10,574㎡

체적 59,000㎥ 83,480㎥ 496,893㎥ 81,279㎥

길이 72m 85m 120m 41m

폭 72m 85m 120m 41m

천정고 23m 23m 50m 28.6m

좌석수 5,150석 5,150석 25,000석 4,475석

대한설비공학회 2013 하계학술발표대회 논문집 pp. zwz ~ zw} 13-S-160

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FIg. 4. W체육관의 음선추적도

위치마감 재료

위치마감재료

변경 전 변경 후 변경전 변경후

W체육관

천 정샌드위치아연도강판

I

체

육

관

천 정샌드위치아연도강판

채광창 리플톤 마직천

경기장

바닥

두께 27mm 메이플플로링 위 바니스

6회칠

경기장

바닥두께27mm메이플플로링위바니스6회칠

관람석 chair 만석 관람석 chair 毛마감

벽 체

징두리 벽체 전체둘레를

고무리브 붙이기

관람석

바닥

몰탈마감 카펫트마감콘크리트에폭시페인팅

(일반석)

몰탈 위 수성페인트벽 체

징두리벽체전체둘레를고무리브붙이기몰탈위수성페인트

유리 + 커텐 유리+커텐

C

체

육

관

천 정 ALUMINUMROLL FORM

D

체

육

관

벽 체 샌드위치아연도강판경기장바닥

콘크리트

관람석통로 THK7 카펫타일

경기장

바닥두께27mm메이플플로링

관람석 毛마감 만석 관람석 chair 만석

벽 체 THK15다중타공흡음판넬 벽 체 콘크리트위페인트칠

3. 대형 실내체육관의 음향성능 실측평가

3.1 음향성능 측정 방법

대형 실내체육관의 평면이 대칭에 가까운 형태이

므로 실의 중심을 기준으로 그리드(Grid)를 설정해

일정한 간격으로 수음점을 선정하였다. 음원의 위

치는 경기장의 중심에 가까운 곳에 고정한 상태에

서 측정을 실시하였으며, 각 대형 실내체육관의 평

면형태와 수음점의 위치는 Fig. 2와 같다.

(a) W체육관 (b) I체육관

(c) C체육관 (d) D체육관

Fig. 2. 각 수음점의 위치

측정은 ISO 3382에준하여실시하였으며, 음원은 ISO에서

제안하는 무재향성 스피커(DO12 : Omni-Derectional

Speaker)를 사용하였고, 높이는 1.5m, 마이크로폰 높이는

1.2m로 하였다. 측정용 음원은 MLS(Maximum-Length

Sequence) 음원을사용하여배경소음에대한영향을어느정

도 배제할수 있었다. 측정기기는 01dB사의 Symponie 중에

서 dBBATI를 사용하였다. 측정기기 구성 및 배열은 Fig. 3

과같고실제측정사진은Fig. 4와같다.

Fig. 3. 측정기기 구성 및 측정모습

4. 음향 Simulation을 이용한 대형 실내체육

관의 음향성능 개선

4.1 음향 Simulation의 개요

연구대상 대형 실내체육관의 음압분포 및 실내음

향 파라메타의 예측분석은 음선추적법(Ray-tracing

method)과 허상법(Image model method)에 의한 3

차원 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하였으며 사용 프로

그램은 Odeon 4.21이다. 다음 Fig. 4는 대표적인 체

육관의 음선추적도를 나타낸 것이다.

4.2 음향설계를 위한 마감재료의 변경

개선 전의 재료는 음향적 요소를 고려하지 않고

무분별하게 사용되어 울림현상이 심하게 발생하였

다. 이에 따라 적정잔향시간을 확보하기 위해 Table.

2와 같이 마감재료를 변경하였다.

Table. 2. 개선 전·후 마감재료 비교

4.3 개선 전·후 음향성능 비교

4.3.1 음압레벨(SPL, Sound Pressure Level)

음의 세기를 나타내는 음압레벨은 실의 형태와

내부공간의 구성에 따라 음압레벨의 분포상태는 매

우 중요한 의미를 갖는다. 실의 균등한 음압분포는

소리의 직접음과 초기반사음 에너지의 양에 따라

결정된다. Fig. 5는 각 체육관별 청감보정음압레벨

(dB(A))과 500Hz에서 수음점별 음압레벨을 체육관

별로 비교 분석한 결과이다.

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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 평균

수음점

SPL(d

B)

W체육관 I시체육관

C체육관 D체육관

(a) 개선 전 SPL(500Hz)

75.28

48.35

68.43

74.63

53.89 54.68

50.18

54.77

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

W체육관 I체육관 C체육관 D체육관

개선 전 개선 후

SPL(d

B)

28%

13%

26%26%

(b) 개선 전·후 SPL 비교

Fig. 5. 음압레벨

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 평균

수음점

RT(s

ec)

W체육관 I시체육관

C체육관 D체육관

(a) 개선 전 RT(500Hz)

7.78

1.86

3.39

2.542.15 2.16

3.08

1.982.02 2.15

3.03

2.13

0

2

4

6

8

10

12

W체육관 I체육관 C체육관 D체육관

개선 전

개선 후

적정잔향시간

RT(s

ec)

72% 16%

9%

22%

(b) 개선 전·후 RT 비교

Fig. 6. 잔향시간

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 평균

수음점

D50(%

)

W체육관

I시체육관

C체육관

D체육관

(a) 개선 전 D50(%)

19.18

61.28 61.32

44.63

59.38

81.13

70.86 70.19

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

W체육관 I체육관 C체육관 D체육관

개선 전 개선 후

D50(%

)

300

32 15

57

(b) 개선 전·후 D50 비교

Fig. 7. 음성명료도

Fig. 5에서 500Hz의 각 수음점별 음압레벨을 보

면 W체육관은 28%감소하였으며, I체육관은 8%증

가, C체육관은 30%감소, D체육관은 31%감소한 것

으로 나타났다. W체육관은 28%감소, I체육관은

13%증가, C체육관은 26%감소, D체육관은 26%감소

하였다. I시 체육관의 경우 개선 전의 경우 다른 체

육관에 비해 낮은 음압레벨에서 약간 높아졌다.

4.3.2 잔향시간(RT, Reverberation Time)

잔향시간은 울림의 양에 대한 가장 중요한 평가

지수이며 정상상태의 음이 60dB 감쇠하는 데까지

소요되는 시간으로 정의된다. Fig. 6은 대형 실내체

육관의 잔향시간 실측치를 주파수별로 비교 분석한

결과이다.

Fig. 6에서 W체육관의 경우 72% 감소한 것으로

나타났으며, I체육관은 16%증가, C체육관은 9%감소,

D체육관은 22%감소한 것으로 나타났다. 특히 W체

육관의 경우 마감재료의 변경과 좌석상태에 따른 개

선을 통해 실내 흡음률의 증가로 인한 잔향시간이

대폭 감소하여 적정잔향시간과 0.13초의 차이로 매우

가깝게 나타났고, C체육관 및 D체육관의 경우 좌석

상태의 변경만으로 적정잔향시간에 가깝게 나타났다.

4.3.3 음성명료도(D50, Definition)

회화의 명료도에 관한 지수 중 강연을 대상으로

하는 D50은 음의 발생이 중지한 후 50ms이내의 반

사음이 직접음을 보강하여 명료도를 좋게하는 것으

로서, Fig. 7은 음성명료도 실측치를 주파수별로 비

교 분석한 결과이다.

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39.50

61.00

55.23

49.81

62.46

78.43

70.45 69.94

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

W체육관 I체육관 C체육관 D체육관

개선 전 개선 후

RA

STI(%

)

58

28

2740

Fig. 9. 개선 전·후 RASTI 비교

W체육관은 3배 증가, I체육관은 32%증가, C체육

관은 15%증가, D체육관은 57%증가하였다. 따라서

D50이 크게 상향되었으며, 실내 울림의 제어를 통해

높은 음성명료도를 보이고 있어 강연 및 강의 그리

고 의사소통에 있어 매우 쾌적한 음환경을 가질 것

으로 분석되었다.

4.3.4 음악명료도(C80, Clarity)

음악에 대한 명료도 지수(Clarity Index)인 C80을

Fig. 8과 같이 각 좌석별 음악명료도 실측치를 좌

석별로 비교 분석한 결과이다.

-5.73

4.37

2.80

0.36

4.06

12.57

5.22 5.40

-16

-12

-8

-4

0

4

8

12

16

20

W체육관 I체육관 C체육관 D체육관

개선 전 개선 후

C80(d

B)

8.2dB

2.42dB

5.04dB9.79dB

Fig. 8. 개선 전·후 C80 비교

Fig. 8에서 D체육관의 경우 평균 0.38dB로 음악

당에서 적정기준인 ±1.6dB에 대해 만족하는 음향성

능으로 나타났지만, 개선 후 반비례관계에 있는 잔

향시간의 감소로 인해 5.40dB로 증가하였다. 따라

서 전기음향을 이용하여 이를 보완한다면, 최적의

음향성능을 보유할 수 있을 것으로 사료된다.

4.3.5 음성명료도(RASTI)

실내에서 음성의 전달에 따른 이해도(Speech

Intelligibility)를 나타내는 주관적 척도로서 실측치

에 의한 음성전달지수의 분포형태를 비교 분석한

결과는 Fig. 9과 같다.

Table. 3. 음성전달지수 평가기준

RASTI(%) 평가 척도비고

전 후

0～32 Bad (전혀 알아듣지 못한다.)

32～45 Poor (잘 알아듣지 못한다.) ■

45～60 Fair (노력하면 들을 수 있다.) × ◆

60～75 Good (잘 들린다.) ○ ■ × ◆

75～100 Excellent (아주 편안하게 들을 수 있다.) ○

■: W체육관 ○: I체육관 ×: C체육관 ◆: D체육관

Fig. 9에서 W체육관은 58%증가, I체육관은 28%,

C체육관은 27%, D체육관은 40% 증가하였다. W체

육관의 경우 마감재료의 변경 및 좌석상태의 변화

로 인해 58%증가로 인해 가장 큰 개선 폭을 보이

고 있어 Table. 3에서의 “Poor (잘 알아듣지 못한

다.)”에서 “Good (아주 잘 들린다.)”로 개선되었으

며, C체육관과 D체육관의 경우 "Fair(노력하면 들

을 수 있다.)“에서, "Good(잘 들린다.)”로 나타났다.

5. 결론

음향시뮬레이션을 이용하여 각 체육관의 마감재

료의 변경 및 좌석상태에 따른 음향성능의 변화를

살펴보면, 적정잔향시간에 매우 가깝게 개선되었다.

마감재료 만을 변경한 I체육관은 잔향시간이 0.3초

증가하여 적정잔향시간인 2.15초에 매우 가깝게 나

타났다. C체육관, D체육관의 경우 좌석상태의 변경

만으로 적정잔향시간인 3.03초, 2.13초에 매우 근접

하게 감소하였으며, D50과 RASTI의 경우 70%이상

인 “Good (잘 들린다)”로 평가되었다. 좌석의 변경

만으로 만족스러운 음향성능으로 개선되었다.

따라서 마감재료 및 좌석상태의 차이에 따라 음

향성능에 많은 영향을 주고 있어 향후 대형 실내체

육관을 건립 시 음향시뮬레이션을 이용하여 좌석상

태에 따른 음향성능변화를 고려해야 할 것으로 사

료된다.

참 고 문 헌

1. 김재수, 건축음향설계(개정판), 세진사, 2008.2.

2. Vern O. Kundsen and Cyril M. Harris,

Acoustical Designing in Architecture, JOHN

WILEY & SONS.INC,1955

3. Michael Barron, The Architecture of Sound,

1986