- 1 -

가청화를 이용한 실내 수영장의 음향성능 개선 평가

변운섭* ․ 김재수*

*원광대학교 건축공학과

Improvement and Evaluation of Acoustic Performance for Indoor

Swimming Pool using Auralizational Technique

Woon-Seob, Byun*, Jae-Soo, Kim

*

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

Abstract :Recently, according to increase the desire for the life physical training, many local

governments are constructing the swimming pool. As the space for improvement of physical

strength of the local residences, the fostering of sport player and the game-watching, and

due to its property, such indoor swimming pool is emphasizing the sense-delivery through

its fostering and the clearness of sound, also it is requiring the repletion or abundance of

sound, too. However, in the most of them, since it occurs an excessive echo condition by

use of the reflexible finishing material due to its characteristics of hydrophile property space,

it is very difficult situation when conduct swimming education and the progression of the

game.

On such point of view, for the object of newly built indoor swimming pool, after conduct

the computer simulation, by practise the psycho-acoustics experiment on the designing stage

where able to experience virtual acoustic field using auralizational technique, this study has

attempted to evaluate the acoustic condition at the construction completion, and as the result

of comparison with the improvement level about the acoustic performance of the subject

indoor swimming pool, it was known that the acoustic performance was greatly improved

since the evaluation item was appraised as the high grade due to decrease the excessive

reverberation. Accordingly. if the subject indoor swimming pool can be remodelled in

accordance with such acoustic design, it is judged that can be an excellent indoor swimming

pool, securing a sufficient sound sense, reverberation feeling and diffusion of sound, and also

it is considering that such study result could be utilized as the fundamental material when

construction a similar type of indoor swimming pool in the future, that expectable the

reduction effect on construction cost and improvement of the acoustic performance by

predict·control the acoustic problem from its planning stage.

Keywords : an indoor swimming pool, auralization, psycho-acoustics experiment

교신저자 : 김재수 (우570-749) 전북 익산시 신용동 344-2번지

원광대학교 건축공학과

전화번호 : 063-850-6712

E-mail : soundpro@wku.ac.kr

- 2 -

1. 서론

최근 생활체육에 대한 욕구가 증대되면서 많은 곳에

수영장의 건립이 증가하고 있는 실정이다. 실내 수영장

은 지역주민들의 체력 향상 및 선수육성과 경기 관람의

공간으로 그 특성상 육성을 통한 의미 전달과 같은 음

성의 명료성이나 교육을 위한 음악과 같은 음의 풍부함,

충만함이 요구되기도 하는 다목적 공간이다. 이러한 실

내수영장은 단순히 디자인적인 요소나 형태, 기능만 가

지고는 그 목적을 달성하기 어려워 설계단계에서부터

이에 대한 충분한 검토와 계획이 필요하다. 그러나 대부

분의 실내수영장은 음에 대한 특별한 계획이 없이 건립

되어져 왔으며, 그 결과 친수적인 마감재료의 특성으로

인해 과도한 울림현상이 발생하여 선수육성을 위한 교

육과 수영경기시 진행이 매우 어려운 실정이다. 따라서

본 연구에서는 실제 건립되어진 실내수영장을 대상으로

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 리모델링으로 최적화된 음향

설계를 한 후 설계단계에서 가상 음장을 체험 할 수 있

는 가청화 기법을 이용한 청감실험을 실시함으로써 완

공된 후의 음향상태를 평가하고자 하였다. 이러한 연구

결과는 향후 이와 유사한 실내체육관의 시공 시 설계

단계에서부터 음향적 문제를 예측·제어하여 시공비 절

감효과 및 음향성능을 향상시킬 수 있는 유용한 자료로

활용될 수 있을 것으로 사료된다.

2. 실내수영장의 음향특성

2.1. 음향성능 개선 전 건축 개요

실내수영장의 제원은 <Table 1>과 같으며 개선 전

마감 재료의 주파수별 흡음률과 실내모습은 <Table

2> 및 <Fig 1>과 같다.

Table. 1. Dimension and Finishing Material of Indoor Swimming Pool

Classification Dimension Classification DimensionFloor Approx 1,000㎡ Height Approx 5.5mWall Approx 600㎡ Length Approx 31.7m

Ceiling Approx 1,000㎡ Width Approx 31.5m

Volume Approx 5,500㎥Temperature &

Humidity29℃, 69%

Pool Depth 1.4mWidth 17mLength 25mFinishing material

Ceiling tex panel Wall porcelain tileFloor non-slip tile window

Table. 2. Finishing Material of Indoor Swimming Pool, Before-Improvement

Location MaterialFrequency (Hz)

125 250 500 1k 2k 4kCeiling tex panel (1,000㎡) 0.02 0.02 0.05 0.13 0.12 0.15Floor non-slip tile(500㎡) 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02Water water in the pool (550㎡) 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02Wall porcelain tile (600㎡) 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02

Window window (500㎡) 0.15 0.06 0.04 0.03 0.02 0.02

a) Skylight b) Inside of the Poolfig. 1. Feature of Indoor Swimming Pool

2.2 음향성능 개선 후 건축 개요

선행연구 결과 대상 실내수영장의 경우 반사성이 강한

마감 재료의 사용으로 인해 실측 잔향시간이 5.81초로

최적잔향시간인 1.3초보다 매우 길게 나타나 시뮬레이션

상에서 천장 면에 두께 50T의 텍텀을 흡음판으로 설치

하여 음향성능을 개선시켰다. <Fig 2> 및 <Table 3>

은 개선에 따른 흡음판의 모습과 음향설계를 통하여 변

경되어진 벽체의 흡음률을 나타내고 있다.

- 3 -

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 평균

수음점

SPL(d

B)

개선전 실측치

개선후 예측치

Before Improvement After Improvementa) SPL

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 평균

수음점

RT(S

ec)

개선전 실측치

개선후 예측치

0

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 평균수음점

RT(S

ec)

125Hz

250Hz

500Hz

1kHz

2kHz

4kHz

Before Improvement After Improvementb) RT

a) Sound Absorption Board applied for Design

b) Sound Absorption Board applied for Design

c) The Shape of the Sound Absorption Board

d) Sound Absorption Board applied for Design

fig. 2. Sound Absorption Board applied for Design

Table. 3. Finishing Material of Indoor Swimming Pool, After-Improvement

Location MaterialFrequency (Hz)

125 250 500 1k 2k 4kCeiling tex panel (1,000㎡) 0.02 0.02 0.05 0.13 0.12 0.15

FloorSliding prevention

tile (500㎡)0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02

Waterwater in the pool

(550㎡)0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02

the top of the wall

aluminium plate (110㎡)

0.5 1 0.76 0.49 0.58 0.49

the bottom of the wall

porcelain tile (200㎡)

0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02

Window window (500㎡) 0.15 0.06 0.04 0.03 0.02 0.02Sound

Absorption Board

tectum 50T (500㎡) 0.62 0.94 0.94 0.92 0.62 0.62

2.3 시뮬레이션을 이용한 음향성능 개선

음향성능 개선정도를 알아보기 위해 3차원 컴퓨터 시

뮬레이션을 이용하였으며, 사용프로그램은 ODEON

4.21이다. 본 연구에서는 음선추적법(Raytracing Met

hod)을 사용하였으며, 이 방법은 설계상의 도면을 이용

하여 실내 디자인 변수와 마감재료의 변화에 따라 음이

어떻게 반사되어 가는지를 쉽게 알 수 있어 음향설계시

많이 사용되는 방법이다. 대상 실내수영장의 시뮬레이션

을 통한 음선추적법은 <Fig 3>과 같다.

11

fig. 3. The Location of The Sound Source and Sound Line-Tracing Method through Simulation

음향 시뮬레이션을 통한 개선 전·후 음향특성비교는

<Fig 4> 및 <Table 4>와 같다.

- 4 -

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 평균

수음점

D50(%

)

개선전 실측치

개선후 예측치

Before Improvement After Improvementc) D50

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 평균

수음점

C80(d

B)

개선전 실측치

개선후 예측치

Before Improvement After Improvementd) C80

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 평균

수음점

RA

STI(

%)

개선전 실측치

개선후 예측치

Before Improvement After Improvement(e) RASTI

fig. 4. Comparison of Sound Property by Simulation between Before·After-Improvement

Table. 4. Comparison of Indoor Sound Characteristics, Before·After-Improvement

RT(sec) SPL(dB) D50(%) C80(dB) RASTI(%)

Before Improvement

5.81 67.86 21.18 -4.33 37.33

After Improvement

1.36 58.14 52.33 3.63 57.42

3. 가청화를 이용한 음향성능평가

3.1 가청화의 개념

가청화(可聽化)는 홀의 설계단계에서 컴퓨터 시뮬레이

션을 통해 음향설계를 한 뒤 객석의 수음점에서 구한

임펄스 응답(Impulse Response)과 무향실에서 녹음한

원음(Dry Source)을 합성연산(Convolution)하여 컴퓨

터상에서 개관 후 공연이 되었을 때 음향상태를 직접

들어 볼 수 있는 시스템이다. 기존의 컴퓨터 시뮬레이션

에 의한 건축음향설계는 건축가에게 설계단계에서는 많

은 도움을 주었지만 실제 개관했을 경우 어떤 소리로

들릴 것인가에 대한 신뢰성은 거의 없었다. 그러나 가청

화를 통해 설계단계에서 홀이 완성된 후 음장을 직접

체험할 수 있으며, 발주자와 설계자가 홀 형태의 결정,

마감재료의 선택, 음원의 지향성 등 각종 조건들의 변화

에 따른 상황을 실제의 음으로 직접 들어 봄으로써 홀

에서 요구하는 음향상태를 결정하는데 이용된다.

- 5 -

Envelop [ID=29] Ch. 1 Pa/s X1= Y1= X2= Y2= 0.000 1.250e-04 10.229 -1.651e-04

-0.015

-0.010

-0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

Impulse Response of the HallRecording Dry Source in the

Anechoic Room

Convolution

Listening in the Anechoic Room Listening with the Headphonefig. 5. Auralizational Process

3.2 음향성능 평가를 위한어휘 조사

실내음향 특성을 정확하게 평가하기 위해 Beranek,

Barron등에 의해 연구되어진 내용을 바탕으로 대상 공

간의 주관적인 효과를 대변할 수 있는 어휘들을 물리적

인 파라메타들과 연관지어 찾고자 하였다. 따라서 대상

실내수영장의 특성상 체육활동 외에도 음악의 사용이

많고 감독과 선수와의 의사소통이 중요함을 고려하여

선행연구의 평가안을 기초로 적절한 어휘를 선정하여

주관적인 평가를 하도록 하였다. 음향 평가에 사용된 어

휘와 물리적인 파라메타와의 관계를 분석한 것은

<Table 5>와 같다.

Table. 5. Constituent Element for Acoustic Performance of Subject

Indoor Swimming Pool

Used Vocabulary Subjective

FactorPhysical Factor

Aridity/Abundant Vibration Reverberation Time(RT)

Feeling like Perfomance at Long Distance/

Feeling like Perfomance at Near Place

IntimacyInitial Delay Time

(ITDG)

Hear Lowly/Hear Loudly Loudness Sound Pressure Level(SPL)

Thick/Clear DefinitionDefinition(D50,C80)Dull/Distinct Clarity

Pungent/mellow Warmth Bass Ratio(BR)Sound lwans to one side/

Sound keeps BalanceBalance

Space Sense(IACC)Concentrating into one

side/Diffuse Widely Envelopment

이렇게 추출된 평가어휘를 바탕으로 미국의 심리학자

Osgood에 의해 제안된 의미분별법(SD; Method of

Semantic Differential)을 이용한 청취 실험에 사용되

어질 설문지는 <Table 6>과 같이 구성하였다.

Table. 6. Evaluation Sheet for Appraisal of Subjective Response

ItemsEvaluation

Reverberance

Intimacy

Loudness

Intelligibility

Clarity

Warmth

Balance

Envelopment

3.3 청감평가를 위한 음원의 구성

가청화 음원은 반드시 잔향음이 없는 무향실에서 녹음

한 Dry Source를 사용해야 한다. 본 연구에 사용된 가

청화 음원은 체육활동 외 음악의 사용이 많고 감독과

- 6 -

선수간에 의사소통이 중요한 점을 고려하여 CD 및

Odeon Sample에서 추출하여 구성하였으며, <Fig 6>

과 같이 Dry Source를 음향시뮬레이션 프로그램

(Odeon 4.2.1) 에서 가청화 한 후 wav 파일로 저장된

결과를 Cool Edit Pro 2.1로 분석한 음원형태는 <Fig

7>과 같다.

1

12

34 5

6

7 8

9

1011

12

1 1

12

3

4 5

6

7 8

9

1011

12

1

Before Improvement After Improvementfig. 6. Extraction of Auralizational Sound Source using Acoustic

Simulation Program

Dry Source Before Improvement After Improvement

The Sound of the Musical Instrument (Violin)

The Voice (Man)

The Sound of the Metronome

The Sound of the Hand Clapping

The Background Music of the National Anthem

The Background Music of the Synchronized Swimmimgfig. 7. Comparison of Auralizational Sound Source Form

<Fig 7>에서 보면 Dry Source는 잔향음이 없어 깨

끗하지만 홀의 공간적 정보를 반영한 가청화 음원은 소

리에 잔향감과 공간감이 포함되어 있음을 알 수 있다.

개선 전․후 가청화 음원을 들음으로써 실내수영장에

적합한 최상의 음장을 평가할 수 있을 것으로 사료된다.

3.4 청감 평가방법 및 실험

청감실험은 헤드셋을 이용해 동시에 6명씩 진행하였으

며 청감시 일정한 음량을 유지하기 위해 헤드엠프를 사

용하였다. 피험자로 선정한 18명중 남성은 15명 여성은

3명이며 모두 정상적인 청력을 가진 20대의 신체 건강

한 대학생 및 대학원생을 대상으로 하였으며 청감평가

를 실시하기 전에 음향에 대한 이해를 돕기 위해 평가

시트를 사전에 나누어 주고 설명과 함께 음원을 들려준

뒤 실험에 참가하도록 하였다.

음원의 제시과정은 <Fig 8>과 같으며 순서대로 6개

의 음원을 개선전과 개선후로 나누어 들려주어 평가를

하게 하였다. <Fig 9>는 청감평가 실시 장면이다.

fig. 8. Presentation Process of Sound Source

fig. 9. Psycho-Acoustics Experiment Equipment and its Experiment Scene

4. 분석 및 고찰

4.1 각 평가어휘에 따른 평균적 반응 분석

실내수영장의 개선 전·후의 평가를 각 항목별 응답결

과로 정리한 결과는 다음 <Fig 10>과 같다.

- 7 -

Before Improvement After Improvement

fig. 11. Concentration Degree of Response Distribution, Before·After-Improvement

0

1

2

3

4

5

6

7

울림 친밀감 크기 명료성 선명함 포근함 균형 확산감

평 가 어 휘

평가

반응

치

바이올린

육성

메트로놈박자

박수소리

애국가

싱크로나이즈

a) Average Response Before Improvement

0

1

2

3

4

5

6

7

울림 친밀감 크기 명료성 선명함 포근함 균형 확산감

평 가 어 휘

평가

반응

치

바이올린

육성

메트로놈박자

박수소리

애국가

싱크로나이즈

b) Average Response After Improvementfig. 10. Average Response in accordance with each Vocabularies,

Before·After-Improvement

<Fig 10>을 보면 개선 전에는 “울림”과 “확산감”의

항목에 대한 평균 반응치는 5.33~6.39의 결과로 높게

나타났으나, “친밀감”, “명료성”, “선명함”, “포근함”,

“균형”항목은 다소 낮게 평가되고 있다.

그러나 개선 후에는 잔향시간을 낮춘 결과 “울림”과

“확산감”항목의 평균 반응치가 3.28~4.33으로 낮게 나타

나 “친밀감”, “명료성”, “선명함”, “포근함”, “균형”항목

에 대한 성능이 개선되어 상호 반비례 관계에 있음을

알 수 있다. 또한 개선 후의 “포근함”, “균형”어휘를 살

펴보면 “바이올린”, “애국가”, “싱크로나이즈”음원이 다

른 음원에 비해 비교적 높은 반응치를 보여 음악적 요

소가 많이 개선 되었음을 알 수 있다.

4.2 대상 수영장의 개선 정도 비교 분석

가청화를 실시한 실내 수영장의 전체적인 인상을 알아

보기 위해 각 평가 어휘별로 6개 음원 전체에 대한 개

선 전·후 응답분포 밀집도는 <Fig 11>과 같다.

<Fig 11>의 개선 전·후 응답분포 밀집도를 살펴보면

음의 “울림”과 “확산감”은 1사분면과 4사분면에 걸쳐서

분포하지만 이와는 반비례하는 “친밀감”, “명료성”, “선

명함”, “포근함”, “균형”은 2사분면에 밀집하여 분포하

고 있어 개선 후 실내음향 성능이 상향 평가되었음을

알 수 있다. 또한 “크기”항목은 개선 전 응답분포가

2~7단계로 넓게 분포하였지만 개선 후에는 3~5단계로

응답단계의 폭이 줄었음을 알 수 있다.

<Fig 12>는 개선 전·후의 빈도분석결과를 정규분포곡

선으로 나타낸 것이다.

- 8 -

fig. 12. Frequency Analysis, After-Improvement (Normal Distribution Curve)

<Fig 12>의 개선 전·후의 정규분포곡선을 비교해보면

과도한 잔향을 줄인 결과 “울림”과 “확산감”의 반응은

감소한 반면에 이와 반비례관계에 있는 “친밀함”, “명료

성”, “선명함”, “포근함”, “균형”항목의 반응은 큰 폭으

로 상향평가 되어 “보통”의 4단계를 상회하고 있는 것

으로 미루어 실내음향성능의 개선에 대한 긍정적인 반

응을 보였다고 사료된다.

또한 “크기”항목의 경우 개선 전에는 표준편차가 커

응답분포가 넓게 나타났고, 개선 후에는 표준편차는 작

아져 응답분포가 좁게 나타났지만 응답평균의 변함은

크지 않음을 보아 “울림”과 “확산감”에 따른 음의 “크

기”변화는 큰 상관성이 없다고 판단된다.

5. 결론

잔향시간이 길어 음향적 결함이 있는 실내 수영장을

시뮬레이션을 통해 리모델링한 뒤 가청화 청감실험을

실시한 결과는 다음과 같다.

1. 개선 전에는 “울림”, “확산감”의 항목에 대한 평균

반응치는 5.33~6.39의 결과로 높게 평가되었으나 개선

후에는 “울림”, “확산감”항목의 평균 반응치가

3.28~4.33으로 낮게 나타나 “친밀감”, “명료성”, “선명

함”, “포근함”, “균형”항목에 대한 성능이 개선됨을 알

수 있다. 이는 감독과 선수간의 의사소통 및 음악의 정

확한 박자를 인지할 수 있어 최적화된 음향성능을 갖는

수영장으로 변화되었음을 알 수 있다.

2. 대상 수영장의 음향성능 개선 정도를 비교해본 결

과 과도한 잔향을 줄여 “울림”, “확산감”의 반응은 감소

하였고 이와 반비례관계에 있는 “친밀함”, “명료성”,

“선명함”, “포근함”, “균형”항목의 반응은 큰 폭으로 상

향평가 되어 음향성능이 매우 개선되었음을 알 수 있다.

3. 가청화 청감평가를 통한 대상 실내수영장의 음향성

능 개선 정도를 비교해 본 결과 큰 폭으로 상향평가 되

어 음향성능이 매우 개선되었음을 알 수 있다. 따라서

수영수업이나 수중 에어로빅, 수영 경기시 음성 및 음악

- 9 -

이 명료하게 전달되어 최적의 환경에서 수영이 가능할

것으로 사료된다.

따라서 연구대상 실내수영장이 이러한 음향 설계에 따

라 리모델링되어 진다면 충분한 음량감과 잔향감 및 확

산감을 확보하여 음악의 사용과, 감독과 선수와의 원활

한 의사소통이 가능한 우수한 실내수영장이 될 것이라

고 판단된다. 또한, 이러한 연구가 지속되고 자료가 축

적된다면 향후 실내수영장의 건립시 설계 단계에서 음

향적 문제를 예측·제어하여 시공비 절감효과 및 음향성

능을 향상시킬 수 있는 유용한 자료로 활용될 수 있을

것으로 사료된다.

후 기

이 논문은 2010학년도 원광대학교의 교비 지원에 의해

수행된 연구입니다.

인용문헌

김재수 (2008). 건축음향설계(3rd edition), 서울; 세진사

김재수, 양만우 (2009). 건축음향설계방법론, 서울;

도서출판 서우

김남돈, 김대군, 김재수 (2009). 실내수영장 음향성능

개선을 위한 리모델링에 관한 연구. 한국건축

시공학회지, 9권 3호

주덕훈, 국정훈, 정은정, 김재수 (2007). 음향 시뮬레

이션을 이용한 실내체육관의 음향성능 개선.

대한환경공학회 학술발표대회 논문집, 251

김재수, 윤재현, 김남돈 (2007). 가청화를 이용한 건축

음향성능 평가기법. (사)한국음향재료협회 음

향재료기술, 2(1), P38-45.

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

room acoustics program Version 4.21

Vern, O. K. and Cyril, M. H. (1955). Acoustical

Designing in Archtecture, JOHN WILEY &

SONS. INC.