H 다목적 홀의 건축음향설계

Architectural Acoustics Design of H. Event Hall

○주 덕 훈*1) 윤 재 현* 김 재 수**

Ju, Duck-Hoon Yun, Jae-Hyun Kim, Jae-Soo

…………………………………………………………………………………………………………………………………

AbstractRecently, in accordance with the cultural progress and the improvement of citizen's consciousness level, it is the real

situation that the planning, designing for Multi-Purpose Hall where various cultural events could be performed, is on increasing. However, because the Multi-Purpose Hall requires various uses such as from a lecture to a musical performance, an examination and planning about the Acoustic Design are very important.

On such viewpoint, this Study intends to analyze the indoor acoustic characteristic of Multi-Purpose Hall that is actually planned, using the computer simulation.

Based on the analyzed data in such way, after completion of the Hall in the future, if compare it with the job site survey result of Multi-Purpose Hall, it is considered that not only able to build up the Multi-Purpose Hall equipped with the superlative acoustic condition, but also able to be utilized as an elementary material when designing on Acoustics of other similar Multi-Purpose Hall.

…………………………………………………………………………………………………………………………………키워드 : 다목적 홀, 실내음향, 음향 시뮬레이션

Keyword : Event Hall , Room Acoustic, Acoustic Simulation

…………………………………………………………………………………………………………………………………

구 분 재 료주 파 수 (Hz)

125 250 500 1k 2k 4k

무

대

바닥 너도밤나무 후로링 0.20 0.15 0.10 0.09 0.09 0.09

벽 석고보드 0.29 0.10 0.05 0.04 0.07 0.09

천정 헤라크리스 15T 0.35 0.55 0.45 0.50 0.60 0.75

객

석

바닥 콘크리트위 카펫트 마감 0.02 0.06 0.04 0.37 0.60 0.65

벽(반사) MDF 9T+무늬목마감 0.15 0.11 0.10 0.07 0.06 0.06

벽(흡음) 헤라크리스 15T 0.35 0.55 0.45 0.50 0.60 0.75

확산판 MDF 9T+무늬목마감 0.15 0.11 0.10 0.07 0.06 0.06

천정(반사) 석고보드위 비닐페인트 0.15 0.08 0.07 0.05 0.06 0.05

천정(흡음) 코튼스프레이 0.03 0.15 0.50 0.80 0.85 0.80

객석 관객+의자 0.44 0.51 0.61 0.63 0.60 0.56

1. 서 론

최근 문화의 발달과 시민들의 의식 수준 향상으로 다양한

문화행사가 이루어 질 수 있는 다목적 홀의 계획, 설계가 증

가하고 있는 실정이다. 그러나 다목적 홀은 강연부터 연주까

지 다양한 용도로 요구되어 음의 명료성, 풍부성이 강조되기

때문에 음향설계에 대한 검토와 계획이 매우 중요하다.

이러한 관점에서 본 연구는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하

여 실제 계획되어지는 다목적 홀의 실내음향 특성을 분석하

고자 한다.

이렇게 분석된 자료를 토대로 향후 완공되어진 다목적 홀

의 현장측정을 통하여 음향특성을 파악하고 결함이 발생한

부분을 보완한다면 최고의 음향상태를 갖춘 다목적 홀을 건

립할 수 있을 뿐만 아니라 다른 유사한 다목적 홀의 음향 설

계시 기초적인 자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

2. 대상 다목적 홀의 개요

본 연구대상 다목적 홀은 B군에 위치하고 있는 유원지 관

련 시설에 부속되어 있는 공간으로 계획되었으며 제원과 형

태는 표1.과 그림1.과 같다.

표1. 대상 다목적 홀의 제원

다목적 홀의 규모산정 제 원

실내 표면적(S) 약 1,976㎡

실 내 용 적(V) 약 4,107㎥

* 정회원, 원광대학교 건축학부, 석사과정

** 정회원, 원광대학교 건축학부 교수, 공학박사

(a) 평면도 (b) 단면도

(c) 3d 모델링 단면 (d) 3d 모델링

그림1. 대상 다목적 홀의 형태

다음 표2.는 연구대상 다목적 홀의 음향설계에 제시된 마

감 재료의 종류와 흡음률을 나타내고 있다.

표2. 대상 다목적 홀의 마감재료 및 흡음률데이타

.00 10.00 20.00 metres

1

1

2

3

4

5

6

7

8

1

1

123

4567

8

1

(a) 평면도 (b) 투시도

(c) 음원에서 바라본 객석 전경 (d) 수음점에서 바라본 음원

그림3. 대상 다목적 홀의 음원 및 수음점의 위치

3. 음향 시뮬레이션 및 측정방법

3.1 Computer Simulation 개요

연구대상 다목적 홀의 음압분포 및 실내음향 파라메타의

예측분석은 음선추적법(Ray-tracing method)과 허상법

(Image model method)에 의한 3차원 컴퓨터 시뮬레이션을

이용하였으며 사용된 프로그램은 Odeon ver.4.211)이다. 시

뮬레이션 방법은 ISO에서 제안하는 무지향성 음원을 무대부

바닥면으로부터 1.5m 높이에, 수음점은 다목적 홀의 평면이

대칭 형태이므로 실의 중심을 기준으로 그리드(Grid)를 설정

해 모두 8개를 선정하여 1.2m높이에 위치하였다. 시뮬레이션

에 사용된 음원의 지향특성과 주파수별 파워출력은 그림2.와

표3.과 같다.

Front

R ight

Upwards

그림2. 시뮬레이션에 사용된 음원의 지향특성

표3. 시뮬레이션에 사용된 음원의 주파수별 PWL

음 원주파수(Hz)

125 250 500 1k 2k 4k

PWL(dB) 113.4 114.35 106.14 101.45 102.99 96.82

위의 내용을 바탕으로 한 음원 및 수음점의 위치는 그림

3.과 같다.

3.2 Computer Simulation에 의한 음선추적(Ray-tracing)

본 연구에서는 다목적 홀의 음향특성을 보다 정확하게 예

측하고, 음향결함 등 문제점 검토를 통한 음향개선을 위해 음

선추적법(Ray-tracing method)을 사용하였다. 이 방법은 설

계상의 도면을 이용하여 실내 디자인변수와 마감재료의 변화

에 따라 음이 어떻게 반사되어 가는지를 쉽게 알 수 있어 음

향설계시 많이 사용되는 방법이다. 음향 시뮬레이션의 측정조

건은 정확한 DATA를 위해 실험에 비교적 많은 영향을 미치

1) G, Naylor, j, h, Rindel, :ODEON room acoustics program,

Version4.21, User manual",2000

는 Impulse Response 길이를 3,998 moothing late decay

는 OFF, Smoothing late ratios는 ON으로 설정하였다. 그

외 온도 20℃, 습도 50%로 하였고, Transition order는 3으

로 설정하였다. 또한 각 객석의 음향평가지수는 모두 만석시

를 기준으로 평가하였다. 다목적 홀의 시뮬레이션을 통한 음

선추적법(Ray-tracing method)은 그림4.와 같다.

1

그림4. 시뮬레이션을 통한 음선추적법

4. 분석 및 고찰

4.1 음압레벨(Sound Pressure Level)

음의 세기를 나타내는 음압레벨은 실의 형태와 내부공간의

구성에 따라 매우 중요한 의미를 갖는다. 8개의 수음점에서 주

파수별 음압레벨(dB)을 파악한 결과는 표4.와 그림5.와 같다.

표4. 수음점별 500Hz의 SPL 단위:dB

수음점 1 2 3 4 5 6 7 8 평균

음압레벨(SPL) 82.3 81.8 80.8 80.9 78.7 78.7 77.9 77.5 79.83

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

1 2 3 4 5 6 7 8 평균

수음점 위치

SP

L (

dB

)

125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

11

(a) 주파수별 예측치 (b) 음압레벨 분포도 (500Hz)

그림5. 수음점에 따른 음압레벨(SPL)

표4.와 그림5.를 보면 음원과의 거리가 가까운 수음점에

서 높은 음압레벨을 유지하지만 거리가 멀어질수록 거리감쇠

로 인해 점차 낮아지고 있음을 알 수 있다. 또한 수음점간 음

압레벨의 차이가 모두 ±2dB 이내로 나타나 다목적 홀 8개의

수음점에서 균일한 음압분포를 보이고 있음을 알 수 있다. 특

히 평가의 기준이 되는 500Hz에서 음압레벨 표준편차는

1.84dB로 나타나 연구대상 다목적 홀의 경우 모든 좌석에서

일정한 음량감을 느낄 수 있으리라 사료된다.

4.2 잔향시간(Reverberation Time)

잔향시간은 울림의 양에 대한 가장 중요한 평가지수이며

정상상태의 음이 60dB 감쇠하는 데까지 소요되는 시간으로

정의된다. 기존에 연구에서 제안되었던 최적 잔향시간표를 통

해 구해본 대상 다목적 홀의 잔향시간은 그림6.과 같다.

그림6. 다목적 홀의 최적 잔향시간

그림6.에서 보면 다목적 홀의 체적이 약 4,107㎥이므로

500Hz에서 최적 잔향시간2)이 약 1.33초를 유지하는 것이 적

정하리라 사료된다. 위의 내용을 바탕으로 8개의 수음점에서

주파수별 잔향시간(sec)을 파악한 결과는 표5.와 그림7.과 같

다.

표5. 수음점별 500Hz의 RT 단위:초

수음점 1 2 3 4 5 6 7 8 평균

RT 1.33 1.26 1.48 1.36 1.35 1.38 1.3 1.29 1.34

0

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

2.4

2.7

3

1 2 3 4 5 6 7 8 평균

수음점 위치

T30 (

ms)

125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

11

(a) 주파수별 예측치 (b) 잔향시간 분포도(500Hz)

그림7. 수음점에 따른 잔향시간(RT)

표.5와 그림7.을 보면 500Hz의 평균 잔향시간이 1.34초

로 최적 잔향시간과 거의 같은 0.01초의 차이를 보이며, 각

수음점별 편차도 0.07로 나타나 거의 모든 수음점에서 일정

한 소리의 울림을 느낄 수 있도록 음향설계 되었음을 알 수

있다. 그러므로 이러한 잔향시간 결과로 미루어 볼때, 연구대

상 다목적 홀의 경우 강연이나 공연 등의 전문성을 부여한

다목적 용도로도 매우 적합하다고 사료된다.

4.3 초기감쇠시간 (Early Decay Time)

정상상태에서 음원을 정지시킨 후 10dB 감쇠할 때까지의

시간으로 정의되고, 약간의 강도, 분리된 반사로부터 정해지

며 측정위치에 따라 달라지는 잔향의 또 다른 주관적 지수인

초기감쇠시간이다. 8개의 수음점에서 측정한 주파수별 초기감

쇠시간(sec)을 파악한 결과는 표6.과 그림8.과 같다.

표6. 수음점별 500Hz의 EDT 단위:초

수음점 1 2 3 4 5 6 7 8 평균

EDT 1.08 1.26 1.15 1.24 1.22 1.21 1.18 1.17 1.19

2) Vern O. Kundsen and Cyril M. Harris ; "Acoustical Designing in

Architecture", JOHN WILEY & SONS.INC.,1955

M.David Egan ; "Concepts in Architectural Acoustics",

Mcgraw-hill book company, 1972, p40

․대상 실 용도는 다목적홀로 선택하였으며, 체적에 적합한 최적 잔향시간은 약

1.33초로 나타났다.

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

3.6

4

1 2 3 4 5 6 7 8 평균

수음점 위치

ED

T (

ms)

125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

11

(a) 주파수별 예측치 (b) 초기감쇠시간 분포도(500Hz)

그림8. 수음점에 따른 초기감쇠시간(EDT)

표6.과 그림8.을 보면 500Hz의 평균 초기감쇠시간이 1.19

초, 표준편차가 0.06로 나타났다. 따라서 연구대상 다목적 홀

의 경우 모든 수음점에서 균일한 초기감쇠시간을 보이고 있다.

4.4 음성명료도(D50)

회화의 명료도에 관한 지수중 강연을 대상으로 하는 D50

은 음의 발생이 중지한 후 50ms이내의 직접음 및 초기반사

음이 직접음을 보강하여 명료도를 좋게 하는 것으로, 음과 총

에너지의 비인 Definition 또는 Deutlichkeit 를 말한다. 8개

의 수음점에서 주파수별 음성명료도(%)를 파악한 결과는 표

7.과 그림9.과 같다.

표7. 수음점별 500Hz의 D50 단위:%

수음점 1 2 3 4 5 6 7 8 평균

D50 64 52 53 51 46 49 44 48 50.88

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 평균

수음점 위치

D50 (

%)

125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

11

(a) 주파수별 예측치 (b) 음성명료도 분포도(500Hz)

그림9. 수음점에 따른 음성명료도(D50)

표7.과 그림9.를 보면 500Hz 평균 음성명료도가 50.88%

로 나타났다. 일반적으로 음악 홀의 경우 음성명료도(D50)는

연극이나 강연의 경우 55∼60%, 음악의 경우 30∼40%를 권

장하고 있다. 따라서 연구대상 다목적 홀의 경우 각종 공연

및 강연을 하는데 별 무리가 따르지 않을 것으로 사료된다.

4.5 음악명료도(C80)

음악에 대한 명료도지수(Clarity Index)인 C80은 콘서트홀

에서 음악에 대한 명료도를 나타내기 위한 지수로 너무 클

경우 연주음이 너무 건조하고 딱딱해져 충분한 음량과 음색

으로 이를 감상하기 어려워진다. 8개의 수음점에서 주파수별

음악명료도(dB)를 파악한 결과는 표8.과 그림10.과 같다.

표8. 수음점별 500Hz의 C80 단위:dB

수음점 1 2 3 4 5 6 7 8 평균

C80 3.7 2.3 2.5 2.1 1.3 1.9 1.6 2.1 2.19

-15

-10

-5

0

5

10

15

1 2 3 4 5 6 7 8 평균

수음점 위치

C80 (

dB

)

125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

11

(a) 주파수별 예측치 (b) 음악명료도 분포도(500Hz)

그림10. 수음점에 따른 음악명료도(C80)

표8.과 그림10.을 보면 500Hz 음악명료도 값이

3.7/1.3dB로 평균 2.19으로 나타났다. 현대음악의 경우 C80

은 +4/-2dB을 평가의 기준으로 삼기 때문에 무대에서 음악

을 연주할 경우 음악적 명료도를 얻을 수 있을 것이라 판단

된다.

4.6 음성전달지수(RASTI)

음성전달지수는 실내에서 음성의 전달에 따른 이해도

(Speech Intelligibility)를 나타내고자 하는 주관지수이다. 8

개의 수음점에서 주파수별 음성전달지수(%)를 파악한 결과는

표9.와 그림11.과 같다.

표9. 수음점별 RASTI 단위:(%)

수음점 1 2 3 4 5 6 7 8 평균

RASTI 61 58 58 56 55 57 55 55 56.88

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 평균

수음점 위치

STI

(%)

11

(a) 주파수별 예측치 (b) 음성전달지수 분포도

그림11. 수음점에 따른 음성전달지수(RASTI)

표10. RASTI 평가기준

RASTI(%) 평가 척도

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 편하게 들을 수 있다.)

음성전달지수는 대체적으로 음원에서 가까운 곳이 높으

며, 음원에서 멀어질수록 값이 낮아진다. 표9.와 그림11.을

보면 평균 음성전달지수(RASTI)가 56.88%, 표준편차 2.1%

로 나타났다. 위와 같은 결과로 미루어볼 때 RASTI 평가기준

에 의해 표10.과 같이 Fair (노력하면 들을 수 있다.)로 평가

됨을 알 수 있다. 따라서 연구대상 다목적 홀의 경우 발생하

는 원음이 왜곡되지 않고 잘 들을 수 있을 것으로 사료된다.

4.7 측면반사음비율(LF)

LF는 전체음 에너지중 양측면에서 반사되어 오는 음에너

지를 말하며, 소리에 둘러 쌓인 정도 즉, 공간감을 나타낸다.

특히 벽체의 마감 재료에 따라 많은 값의 차이를 보이므로

음향설계시 중요한 평가요소이다. 8개의 수음점에서 측면반사

음비율(%)를 파악한 결과는 표11.과 그림12.와 같다.

표11. 수음점별 500Hz의 LF 단위:(%)

수음점 1 2 3 4 5 6 7 8 평균

LF 0.043 0.121 0.103 0.186 0.07 0.09 0.085 0.092 0.10

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

1 2 3 4 5 6 7 8 평균

수음점 위치

LF (

dB

)

125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz 4000Hz

11

(a) 주파수별 예측치(b) 측면반사음비율

분포도(500Hz)

그림12. 수음점에 따른 측면반사음비율(LF)

표11.과 그림12.를 보면 500Hz 평균 측면반사음비율(LF)

이 0.1%로 나타났다. LF는 0.2∼0.4 정도가 되도록 설계하

는 것이 좋으나 연구대상 다목적 홀의 경우 기준치에 약간

못 미치지만 다른 평가지수들이 모두 양호한 음향상태를 보

이고 있으므로 별다른 문제는 없을 것으로 사료된다.

5. 결 과

본 연구는 H 다목적 홀의 설계단계에서부터 음향 시뮬레

이션을 통해 실내공간의 음향성능을 평가해 보았다. 물리적

음향 평가 지수인 음압분포레벨(SPL), 잔향시간(RT), 초기감

쇠시간(EDT), 음성명료도(D50), 음악명료도(C80), 음성전달지

수(RASTI)등을 살펴보면 모두 만족할 만한 음향상태를 유지

하고 있음을 알 수 있었다. 반면 측면반사음비율(LF)는 기준

치에 약간 못 미치나 다른 평가지수들이 모두 양호하기 때문

에 연구대상 다목적 홀의 경우 강연 및 집회활동부터 연주까

지 다양한 목적을 소화하는데 별 문제가 없을 것으로 사료된

다.

따라서 향후 연구대상 다목적 홀이 음향설계에 맞게 완공

되어지면 실제 현장측정을 통한 물리적 음향 평가 지수와 음

향 시뮬레이션을 통해 예측한 값을 비교 분석한다면 추후 계

획될 이와 유사한 다목적 홀의 음향특성파악에 기초자료를

제공할 것으로 사료된다.

참 고 문 헌

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