- 1 -

가청화를 이용한 소형 실내체육관의 음향성능 개선 평가

박 영 지* ․ 김 재 수*

*원광대학교 건축공학과

Improvement and Evaluation for Acoustic Performance

of Small Gymnasium using Auralization

Yeong-Ji Park* and Jae-Soo Kim*

*Dept. of Architectural Engineering, Wonkwang University, Ik-San, Korea

ABSTRACT : The case of the subject gymnasium, since the finishing materials of strong

reflectivity were mostly used, due to the declines of its vibration, reverberation and

clearness, the serious acoustic defects are arising. Thence based on the study result that

researched at the precedent study, this study has attempted to examine the acoustic

satisfaction degree as well as its reaction by conduct an auralizational experiment and as the

result, because the acoustic performance of the subject small-scaled gymnasium was

upwardly appraised. It is considering that such result of the study could be utilized as the

useful material which maintains the curtailment effect of construction cost also enables to

elevate the acoustic performance when construction of the similar gymnasium henceforth,

by means of presupposition·control the acoustic problem from its designing stage.

Key words : Gymnasium, Auralization1)

1. 서 론

최근의 소형 실내체육관은 체육활동 뿐만 아니라

교육 및 지역시민의 문화공간으로 활용성이 점차

넓어지고 있는 추세이다. 그러나 현재 대부분의 소

형 실내체육관의 경우 초기 건립 시 음향특성에 대

한 고려가 전혀 이루어지지 않아 많은 음향적 결함

이 발생되고 있으며, 대상 실내체육관의 경우도 대

부분 반사성이 큰 마감 재료를 사용하여 울림과 반

향, 명료성 저하로 인해 심각한 음향적 결함이 발생

하고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 선행

연구를 통해 음향시뮬레이션을 이용하여 적정 잔향

시간을 확보 할 수 있도록 개선하였으며(박영지 등,

교신저자 : 김재수 (우 570-749) 전북 익산시 신용동 원광대

학교 공과대학 5224호 건축음향연구실

전화번호 : 063)850-6712

E-mail : soundpro@wku.ac.kr

2009), 본 연구에서는 선행 연구된 연구결과를 토

대로 건립 후 음장을 체험할 수 있는 가청화 실험

을 실시하여 음향 만족도 및 반응을 조사하고자 하

였다. 이러한 연구결과는 향후 이와 유사한 실내체

육관의 건립 시 설계 단계에서부터 음향적 문제를

예측·제어하여 시공비 절감효과 및 음향성능을 향

상시킬 수 있는 유용한 자료로 활용될 수 있을 것

으로 사료된다.

2. 소형 실내체육관의 음향특성

2.1. 음향성능 개선 전 건축 개요

실내체육관의 제원은 Table 1과 같으며, 개선

전 마감 재료의 주파수별 흡음률과 실내모습은

Table 2, Fig. 1과 같다.

- 2 -

2.2 음향성능 개선 후 건축 개요

선행연구 결과 대상 실내체육관은 3.6초의 높은

잔향시간을 가지고 있어 바닥, 객석부 및 벽체의 마

감재료의 개선을 실시하여도 최적잔향시간인 1.6초

로 줄이기에는 한계가 있었으며, 따라서 마감 재료

의 변경 뿐 아니라 흡음면적을 크게 하기 위하여 천

장에 현수 흡음판(글라스울 100T)을 설치(잔향실법

을 이용하여 각 회사에서 측정된 카달로그를 인용.)하여

적정 잔향시간을 확보 할 수 있도록 개선을 실시하

였다. 이와 같이 설계에 적용된 현수 흡음판은 Fig.

2와 같으며, 음향 시뮬레이션을 이용한 대상 공간의

3D 투시도는 Fig. 3과 같다. 또한 글라스울 100T

와 마감재료의 주파수별 흡음률은 Table 3과 같다.

2.3. 시뮬레이션을 이용한 음향성능개선

음향성능 개선정도를 비교해 보기 위해 3차원 컴

퓨터 시뮬레이션을 이용하였으며, 사용프로그램은

Odeon ver.4.21이다(Naylor at al, User

manual). 음향 시뮬레이션의 측정조건은 정확한

DATA를 위해 Impulse Response 길이를

20,000ms로 Smooth late decay는 OFF

Smoothing late ratios는 ON으로 설정하였다.

그 외 온도나 습도는 현장 측정치와 동일하게 하였

고, Transition Order는 3으로 설정하였다. 본 연

구에서는 음선추적법(Raytracing Method)을 사

용하였으며, 이 방법은 설계상의 도면을 이용하여

실내 디자인변수와 마감재료의 변화에 따라 음이

어떻게 반사되어 가는지를 쉽게 알 수 있어 음향설

계 시 많이 사용되는 방법이다. 대상 실내체육관의

시뮬레이션을 통한 음선추적법(Raytracing

Method)은 Fig. 4와 같다(김재수 등, 2001).

Table 1. Specification of subject gymnasiumClassification Dimension Classification Dimension

AreaApprox

1,929㎡Length 52m

VolumeApprox

18,655㎥Width 37m

No. of

Accommodation

Approx

1,400 persons

Temperature

& Humidity30℃, 60%

Table 2. Finishing material of subject

gymnasium, before-improvement

Location MaterialFrequency(Hz)

125 250 500 1k 2k 4k

Stage Aqueous Paint on Mortar(450㎡)0.010.010.020.020.020.02

Seat Wood on Mortar(680㎡) 0.040.070.060.060.070.05

Floor Wooden Floor(1100㎡) 0.160.140.120.110.090.09

Wall Aqueous Paint on Mortar(1100㎡)0.010.010.020.020.020.02

CeilingZinc Galvanized Steel

Sheet1.2T(2000㎡)0.290.260.130.080.070.16

Fig. 1. Feature of subject gymnasium

(a) Feature of gymnasium,

after-improvement

(b) Size of

sound-absorption plate

Fig. 2. Sound-absorption plate feature applied

to gymnasium

(a) Feature viewed from stage(b) Feature viewed toward stage

Fig. 3. Perspective drawing of subject

gymnasium

Table 3. Finishing material of subject

gymnasium, after-improvement

Location MaterialFrequency(Hz)

125 250 500 1k 2k 4k

Stage Aqueous Paint on Mortar(450㎡)0.010.010.020.020.020.02

Seat Plaster on Concrete(680㎡) 0.120.090.070.050.050.04

Floor Wooden Floor(1100㎡) 0.160.140.120.110.090.09

WallWALL SKY VIVA

50mm(1100㎡)0.2 0.480.760.930.95 1.0

Ceiling

CELLING TEFLON

3mm(2000㎡)0.180.230.25 0.3 0.450.47

Glass-Wool 100T(1152㎡) 0.6 0.950.950.85 0.8 0.9

1

Fig. 4. Ray-tracing method through simulation

- 3 -

Before-improvement After-improvement

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 평균

수음점

SPL(

dB

(A))

개선 전

개선 후

(a) SPL

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 평균

수음점

RT(s

ec)

개선 전

개선 후

(b) RT

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 평균

수음점

D50(%

)

개선 전

개선 후

(c) D50

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 평균

수음점

C80(d

B)

개선 전

개선 후

(d) C80

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 평균

수음점

RA

STI(%

)

개선 전

개선 후

(e) RASTI

Fig. 5. Acoustic characteristics comparison of

before-improvement & after-improvement by simulation

음향시뮬레이션 통한 개선 전·후 음향특성비교는

Fig. 5, Table 4 와 같다.

Table 4. Average comparison on room sound

characteristics of sound receiving point,

before- improvement & after-improvementSPL RT D50 C80 RASTI

Before-Improvement 65.5 3.60 23.4 -3.54 38.8

After-Improvement 57.1 1.61 52.5 2.11 59.2

음향 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 음향성능을

개선한 실내체육관의 음향성능을 평가해본 결과 RT,

D50, C80, RASTI가 개선 전에 비해 물리적 음향 평

가지수가 만족할만하게 개선되었다. 이에 따라 실내

체육관과 같이 음향성능 결함이 발생하는 대형공간의

경우 설계단계에서 음향시뮬레이션 프로그램을 이용

한 구체적인 음향성능의 개선정도를 정확히 파악할

필요가 있다.

- 4 -

3. 가청화를 이용한 음향성능 평가

3.1 가청화의 개념

가청화(可聽化)는 홀의 설계단계에서 컴퓨터 시

뮬레이션을 통해 음향설계를 한 뒤 객석의 수음점

에서 구한 임펄스 응답(Impulse Response)과 무

향실에서 녹음한 원음(Dry Source)을 합성연산

(Convolution)하여 컴퓨터상에서 개관 후 공연이

되었을 때 음향 상태를 직접 들어 볼 수 있는 시스

템이다. 기존의 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 건축음

향설계는 건축가에게 설계단계에서는 많은 도움을

주었지만 실제 개관했을 경우 어떤 소리로 들릴 것

인가에 대한 신뢰성은 거의 없었다. 그러나 가청화

를 통해 설계단계에서 홀이 완성된 후 음장을 직접

체험할 수 있으며, 발주자와 설계자가 홀 형태의 결

정, 마감재료의 선택, 음원의 지향성 등 각종 조건

들의 변화에 따른 상황을 실제의 음으로 직접 들어

봄으로써 홀에서 요구하는 음향 상태를 결정하는데

이용된다. 가청화 시스템의 구성도는 Fig. 6과 같

으며, 가청화 프로세스는 Fig. 7과 같다(김재수 등,

2007).

3.2 음향성능 평가를 위한 어휘 조사

실내음향 특성을 정확하게 평가하기 위해

Beranek, Barron등에 의해 연구되어진 내용을 바

탕으로 대상 공간의 주관적인 효과를 대변할 수 있

는 어휘들을 물리적인 파라메타들과 연관 지어 찾고

자 하였다. 따라서 대상 실내체육관의 특성상 체육

활동 외에도 음악의 사용이 많고 강연 등의 의사소

통이 중요함을 고려하여 선행연구의 평가 안을 기초

로 적절한 어휘를 선정(한경연 등, 2004)하여 주관

적인 평가를 하도록 하였다. 음향 평가에 사용된 어

휘와 물리적인 파라메타와의 관계를 분석한 것은

Table 5와 같다. 이렇게 추출된 평가어휘를 바탕으

로 미국의 심리학자 Osgood에 의해 제안된 의미분별

법(SD; Method of Semantic Differential)(정광용

등, 1998)을 이용한 청취 실험에 사용되어진 설문지

는 Table 6과 같이 구성하였다(설수환 등, 2008).

Fig. 6. Outline of auralizational system

Envelop [ID=103] Ch. 1 14_1 s;Pa 0.000 9.247e-05 10.229-1.545e-04

-0.007

-0.006

-0.005

-0.004

-0.003

-0.002

-0.001

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hall's Impulse ResponseDry Source Recording in

Anechoic Chamber

┗ Convolution ┛

Anechoic Room Listening Headphone Listening

Fig. 7. Outline of auralizational system

Table 5. Acoustic performance constituent

factor of subject gymnasium

Used VocabularySubjective

FactorPhysical Factor

Aridity/Abundant VibrationReverberation

Time(RT)

Feeling like Performance

at Long Distance/Feeling

like Performance at

Near Place

Intimacy

Initial Delay

Time

(ITDG)

Hear Lowly/Hear Loudly LoudnessSound Pressure

Level (SPL)

Thick/Clear Definition Definition(D50,C8

0)Dull/Distinct Clarity

Pungent/mellow Warmth Bass Ratio(BR)

Sound leans to one

side/Sound keeps

Balance

BalanceSpace Sense

(IACC)Concentrating into one

side/Diffuse Widely

Envelopmen

t

- 5 -

Table 6. Valuation sheet for evaluation of

subjective response

ItemsEvaluation

Reverberance

Intimacy

Loudness

Intelligibility

Clarity

Warmth

Balance

Envelopment

3.3 청감평가를 위한 음원의 구성

가청화 음원은 반드시 잔향음이 없는 무향실에서

녹음한 Dry Source를 사용해야 한다. 본 연구에

사용된 가청화 음원은 체육활동 외 음악의 사용이

많고 강연 등의 의사소통이 중요한 점을 고려하여

CD 및 Odeon Sample에서 추출하여 구성하였으

며, Dry Source를 음향시뮬레이션 프로그램

(Odeon 4.21) 에서 가청화 한 후 wave 파일로

저장된 결과를 Cool Edit Pro 2.1로 분석한 음원

형태는 Fig. 8과 같다. Dry Source는 잔향음이

없어 깨끗하지만 홀의 공간적 정보를 반영한 가청

화 음원은 소리에 잔향감과 공간감이 포함되어 있

음을 알 수 있다. 개선 전․후 가청화 음원을 들음으

로써 실내체육관에 적합한 최상의 음장을 평가할

수 있을 것으로 사료된다.

3.4 청감평가방법 및 실험

청감실험은 헤드셋을 이용해 동시에 6명씩 진행

하였으며, 청감시 일정한 음량을 유지하기 위해 헤

드엠프를 사용하였다. 피험자로 선정한 20명중 남

성은 15명 여성은 5명이며 모두 정상적인 청력을

가진 20대의 신체 건강한 대학생 및 대학원생을 대

상으로 하였으며 청감평가를 실시하기 전에 음향에

대한 이해를 돕기 위해 평가시트를 사전에 나누어

주고 충분한 설명과 함께 음원을 들려준 뒤 실험에

참가하도록 하였다. 음원의 제시과정은 Fig. 9과

같으며 순서대로 6개의 음원을 개선전과 개선후로

나누어 들려주어 평가를 하게 하였다. Fig. 10은

청감평가 실시 장면이다.

Dry sound source

Auralizational

sound source,

before-improvement

Auralizational

sound sorce,

after-improvement

(a) Handclap sound

(b) Lecture voice

(c) Hitting sound

(d) Folk song

(e) Classic music

(f) Piano melody

Fig. 8. Comparison of auralizational sound sorce

forms

Fig. 9. Presentation process of sound-resources

Fig. 10. Psycho-acoustic experiment equipments

& experiment scene

- 6 -

Fig. 12. Response-distribution aggregating

diagram, before-improvement & after-improvement

1

2

3

4

5

6

7

울림 친밀감 크기 명료성 선명함 포근함 균형 확산감

평가어휘

평가

반응

치

박수 소리 강의 음성 타격 음 가요 클래식 피아노

(a) Average reaction, before-improvement

1

2

3

4

5

6

7

울림 친밀감 크기 명료성 선명함 포근함 균형 확산감

평가어휘

평가

반응

치

박수 소리 강의 음성 타격 음 가요 클래식 피아노

(b) Average reaction, after-improvement

Fig. 11. Before-improvement & after-improvement,

average responses according to each vocabularies

4. 분석 및 고찰

4.1 각 평가어휘에 따른 평균적 반응 분석

대상 실내체육관의 개선 전·후의 평가를 각

항목별 응답결과로 정리한 결과는 Fig. 11과

같다. 응답결과를 보면 개선 전에는 평균 반응

치가 “울림”은 5.5～6.67, “확산감”은 4.5～

6.67로 높게 나타났으나, “친밀감”, “명료성”,

“포근함”, “균형” 어휘에 대해서는 평균 반응

치는 낮게 평가되었다. 그러나 잔향시간이 짧

아진 개선 후에는 “울림”과 “확산감” 어휘의

평균 반응치가 각각 1.17～4.33, 1.83～4.33

으로 낮게 평가되었으며 “친밀감”, “명료성”,

“포근함”, “균형” 어휘의 평균 반응치는 개선

전보다 높게 평가되어 서로 반비례 관계에 있

음을 알 수 있다. 또한 “박수소리”나 “타격음”

과 같은 충격적 요소의 음원보다 “음성”, “가

요”, “클래식”, “피아노곡”과 같은 음성이나 음

악적 요소의 음원이 각 항목에서 개선 전․후의

뚜렷한 반응차이를 보였다.

4.2 대상 실내체육관의 개선 정도 비교 분석

가청화를 실시한 실내체육관의 전체적인 인

상을 알아보기 위해 각 평가 어휘별로 6개 음

원 전체에 대한 개선 전·후 응답분포 밀집도는

Fig. 12와 같다. 응답분포 밀집도를 살펴보면

십자선을 기준으로 음의 “울림”과 “확산감”은

대부분 우측위쪽(1사분면)과 우측아래쪽(4사분

면)에 걸쳐서 분포하지만 이와는 반비례하는

“친밀감”, “명료성”, “선명함”, “포근함”, “균

형”은 대부분 좌측위쪽(2사분면)에 밀집하여

분포하고 있어 개선 후 실내음향 성능이 상향

평가되었음을 알 수 있다. 개선 전·후의 빈도분

석결과를 정규분포곡선으로 나타낸 것은 Fig.

13과 같다.

- 7 -

(b) Frequency-analysis after-improvement,

Fig. 13. Frequency-analysis, before-improvement

& after-improvement (Normal Distribution Curve)

(a) Frequency-Analysis Before-Improvement,

개선 전·후의 정규분포곡선을 비교해보면 과도한

잔향을 줄인 결과 “울림”과 “확산감”의 반응은 감

소한 반면에 이와 반비례관계에 있는 “친밀함”,

“명료성”, “선명함”, “포근함”, “균형”항목의 반응

은 큰 폭으로 상향평가 되어 “보통”의 4단계를 상

회하고 있는 것으로 미루어 실내음향성능의 개선에

대한 긍정적인 반응을 보였다고 사료된다. 또한

“크기”항목의 경우 개선 전에는 표준편차가 커 응

답분포가 넓게 나타났고, 개선 후에는 표준편차는

작아져 응답분포가 좁게 나타났지만 응답평균의 변

함은 크지 않음을 보아 “울림”과 “확산감”에 따른

음의 “크기”변화는 큰 상관성이 없다고 판단된다.

5. 결 론

본 연구는 선행연구 된 소형 실내체육관 건축음

향의 물리적 특성을 바탕으로 가청화 기법을 이용

한 주관적 음향성능평가를 실시하여 그 음향성능에

대한 만족도 여부를 평가하였다. 본 연구를 통해 얻

은 결과는 다음과 같다.

1. 음향 시뮬레이션을 이용한 가청화 실험을 실

시한 결과 개선 전에는 “울림”, “확산감”의 항목에

대한 평균 반응치는 4.5～6.67의 결과로 높게 평

가되었으나 개선 후에는 “울림”, “확산감”항목의

평균 반응치가 1.0～4.33으로 낮게 나타났으며

“친밀감”, “명료성”, “선명함”, “포근함”, “균형”

항목에 대한 성능이 개선됨을 알 수 있다. 따라서

강연은 보다 명료하게 들을 수 있으며 공연의 경우

- 8 -

음악을 보다 풍부하게 감상할 수 있어 개선 전에

비해 최적의 음향성능을 갖는 실내체육관에서 다양

한 활동이 가능하리라 사료된다.

2. 각 어휘의 개선 전·후의 평균적 반응을 비교

해 본 결과 “박수소리”나 “타격음”과 같은 충격적

요소의 음원보다 “음성”, “가요”, “클래식”, “피아

노곡”과 같은 음성이나 음악적 요소의 음원이 각

항목에서 뚜렷한 반응차이를 보였다.

3. 가청화 청감평가를 통한 대상 소형 실내체육

관의 음향성능 개선 정도를 비교해 본 결과 큰 폭

으로 상향평가 되어 음향성능이 매우 개선되었음을

알 수 있다. 따라서 강연이나 회화와 같은 음성정보

전달이 보다 확실해지고 음악 등을 명료하게 들을

수 있으며, 울림이 큰 타격음이나 기타 충격성 소리

에 대한 방해가 적어 최적의 환경에서 체육활동이

가능할 것으로 사료된다.

위와 같은 연구결과는 향후 이와 유사한 실내체

육관의 건립 시 설계 단계에서부터 음향적 문제를

예측·제어하여 시공비 절감효과 및 음향성능을 향

상시킬 수 있는 유용한 자료로 활용될 수 있을 것

으로 사료된다.

인용문헌

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서우.

김재수, 윤재현, 김남돈. (2007). 가청화를 이용한 건축

음향성능 평가기법. (사)한국음향재료협회 음향재료기술 2권 1호 p38～45

박영지, 최둘, 김재수. (2009). 소형 실내체육관의 음향

성능 개선에 관한 연구. 한국생활환경학회지 16권 2호 pp 194～202

설수환, 강규선, 김재수. (2008). 가청화를 이용한 중학

교 음악실의 음향성능 평가에 관한 연구. 한국주거학회지 19권 4호 pp 49～57

정광용, 이태강, 김선우. (1998). 주거환경소음의 심리

적 영향요인에 관한 기초적 연구. (1998). 대한건축학회논문집 계획계 14권 11호 pp 323～330

한경연, 서정석, 김재수. (2004). 원불교 법당의 음향성

능 평가를 위한 어휘조사. 대한건축학회 춘계학술발표대회 24권 1호 pp 625~628

Naylor, G. Rindel, J, h. (User manual). ODEON

room acoustics program, Version 4.21.