I. 서 론
II. 현행 표준 및 선행연구
2.1 현행 표준 검토 및 연구목표
2.2 선행연구 및 연구문제
III. 연구가설 및 실험
3.1 연구가설
3.2 실험내용
IV. 결과 및 분석
4.1 실험 결과
4.2 마이크로폰 위치에 따른 주파수 분석
4.3 승강기 소음 수음에 적합한 마이크로폰 위치 선정
V. 논 의
VI. 결 론
I. 서 론
아파트를 포함한 고층 주거용 건축물에서 승강기 소음 관련 민원 및 거주자 불만이 증가하고 있다. 거주자 모임 및 온라인 커뮤니티에서 승강기 소음에 대한 문의가 지속적으로 나타나고 있다.[1] 아파트가 계속 늘어나고 고층화됨에 따라 자연스럽게 승강기 소음은 증가할 것으로 예상된다. 하지만 현재 우리나라에는 승강기 소음에 대한 법적 기준은 물론 승강기 소음을 정확히 측정할 수 있는 측정 방법에 대한 표준조차 없는 실정이다. 2016년에 KS F ISO 16032(건축 설비 소음 측정 방법)[2]이 제정되었지만, 이 표준은 건축물에 설치된 각종 설비 장치들에 대한 통합적인 표준으로 승강기 소음은 부속서에 일부 항목에 대해서만 표기되어 있다. 이에 승강기 소음 측정 방법에 대한 선행연구를 진행하였다. 선행연구[3] 결과 현행 표준에서 제시된 승강기 소음 측정 방법이 우리나라 고층아파트 및 고층 주거용 건축물에 적용하기 어려운 몇 가지 문제를 파악하였다. 문제로 4 가지를 지적 하였는데 승강기 가동 조건, 마이크로폰의 위치, 측정 주파수대역, 측정 단위이다. 그 중 마이크로폰 위치에 대해서는 실험자가 직접 임의로 선정하도록 되어 있어 측정의 재현성이나 정확성이 실험자 별로 다르게 나타나는 점을 문제로 지적하였다. 이 연구에서는 승강기 소음 측정 시 승강기 소음의 특성을 잘 수음할 수 있는 마이크로폰 위치를 선정하고자 하였다. 승강기 소음은 중 저주파수대역이 주요한 소음으로 음압레벨 자체가 낮게 측정된다.[4] 일부 민감한 사람들에게 들리는 소음으로만 인식되어 있지만, 충분히 인지가 가능한 수준의 소음이다. 실내에 평균적으로 분포하는 승강기 소음을 측정할 것이 아니라, 실제 승강기 소음에 불편함을 느끼는 거주자의 입장을 고려한 측정이 되어야 한다. 이와 같은 내용을 근거하여 현장 실험을 진행하였다. 마이크로폰의 위치를 변경시켜가며 승강기 소음을 측정 하였다. 측정 결과를 주파수대역별로 분석하여 승강기 소음의 특성을 가장 잘 수음 할 수 있는 지점을 선정하고, 중앙점 측정에 대해 그 타당성을 검증하고자 하였다.
II. 현행 표준 및 선행연구
2.1 현행 표준 검토 및 연구목표
현재 승강기 소음 측정 방법에 대해 비교적 상세하게 제시된 표준은 KS F ISO 16032(건축 설비 소음 측정 방법)이다. 이 표준은 국제표준과의 부합화를 위해 ISO 16032[5]를 부합화 한 것이다. 건축물에 적용되는 각종 설비 장치 및 기계들의 소음을 측정하는 방법을 제시하고 있다. 통합적 성격의 표준으로 마이크로폰 위치, 측정 주파수대역, 평가방법등을 하나로 제시하고 부속서에서 각 기기별로 가동 조건을 따로 설명하고 있다. 단, 이 연구에서 검증하고자 하는 마이크로폰의 위치는 다른 설비기기, 다른 공간 등에서 측정 할 때 매번 실험자가 마이크로폰의 위치를 선정해야 하는 번거로움을 해결하고자 하는데 첫 번째 목적이 있다. 또한 같은 설비기기를 측정 하더라도 실험자의 마이크로폰 위치 선정에 따라 전혀 다른 결과 값을 얻을 수 있기 때문에 실험의 재현성이나 정확성 측면에서 비교적 부정확할 수 있는 문제를 해결하는 것이 두 번째 목적이다. 마지막으로 이 연구는 승강기 소음만을 대상으로 한 것으로 승강기 소음 측정 시 가장 승강기 소음의 특성을 잘 수음 할 수 있는 지점을 선정하는데 그 목표가 있다.
2.2 선행연구 및 연구문제
승강기 소음은 우리나라에 아파트가 많이 지어지고 사람들이 거주하기 시작한 1990년대 초부터 문제가 제기되어 왔다. 하지만 그 당시 대부분의 연구는 승강기 소음의 원인[6]을 찾고, 저감하는 방법[7]에 많이 치중되어 있었다. 최근 승강기 소음에 대한 법적 기준을 마련하기 위한 연구가 진행되었다.[8,9] 하지만, 대부분의 연구가 어떤 방법으로 승강기 소음을 측정 하였는지 명확한 표준이 제시되어 있지 않은 경우가 많으며, 실험자 임의의 방법으로 측정되어 왔다. 이러한 연구들은 측정 방법이 서로 달라 비교 분석이 어렵기 때문에 향후 연구하는 연구자에게 혼돈의 여지를 줄 수 있다. 이러한 문제를 인지하고 Kang et al.[10,11]은 승강기 소음 현행 표준의 문제점을 가동 조건, 측정 주파수대역, 마이크로폰의 위치, 측정 단위 총 4가지 관점에 대해서 추가 현장 실험을 통해 보다 정량적으로 분석하였다. 그리고 현행 표준이 개선의 여지가 있고 그에 대해 개선 방안 Kang과 Oh[12]를 제시하였다. 이 연구는 그 중 승강기 소음의 특성을 면밀히 반영한 마이크로폰 위치에 초점을 두어 연구 문제로 하였다.
III. 연구가설 및 실험
3.1 연구가설
현재 대부분의 소음 측정 시 적용되는 마이크로폰의 위치는 실내 일반적인 분포를 정량적으로 표기하기 위해 모서리 대칭 및 중앙점을 포함하고 있다. 룸모드간섭에 의한 과도한 편차를 피하기 위해 거주자의 생활 패턴과는 상관 없이 벽에서 500 mm 이상, 바닥에서 1 000 mm 이상을 대부분 측정하고 있다. 소음레벨이 적정 레벨 이상 나타나는 소음원인 경우는 문제가 없는 마이크로폰 위치이지만, 승강기 소음의 경우 소음레벨이 배경소음과 큰 차이가 나지 않을 정도의 소음으로 일반적인 마이크로폰 위치로 측정한다면 결국 승강기 소음은 수치상 신경쓰이지 않는 소음이 될 것이다. 이 연구에서 제시한 연구가설의 기초는 실제 거주자가 실내에서 생활하는 환경을 적용한 것이다. 침대에 누워 있을 때, 쇼파에 앉아 있을 때 또는 책상에 앉아 있을 때를 고려한 마이크로폰의 위치가 선정되어야 승강기 소음을 잘 측정할 수 있다는 가설을 제시하고, 그 내용을 현장 실험과 분석을 통해 검증하고자 하였다.
3.2 실험내용
실험은 경기도에 위치한 신축 공동주택에서 진행 하였다. 해당 현장은 25층 높이의 약 1 700 세대 규모의 공동주택으로 층 별 3세대가 승강기 2대를 공유하여 사용하는 구조 이다. 실험에서는 승강기를 1대만을 사용하였으며, 실험 대상 세대는 최상층 1세대를 선택하였다. 승강기가 이동하는 승강로와 가장 인접한 침실에서 측정하였다. 그 이유는 승강기의 구조적 특성상 승강기 모터와 분전반 및 승강기 가동에 필요한 주요 구동 요소들이 최상층과 가장 가깝게 설치되어 있기 때문이며, 다른 층 세대에 비해 승강기 소음의 전반적인 특성을 모두 수음할 수 있기 때문이다. 마이크로폰 위치를 제외하고 가능한 모든 변수를 통제하였다.
승강기 가동 조건은 최하층에서 출발하여 최상층(측정층)에서 정지하는 것을 기준으로 하였으며, 탑승인원은 승강기 가동에 필요한 최소 1인으로 하였고, 측정 층은 최상층, 배경소음 레벨의 경우 10 s 측정하여 20 dBA이 넘지 않도록 가장 정온한 상태를 유지하였다. 이 외에 승강기의 속도, 모델명, 제원, 제조사등 기계적인 정보는 고려하지 않았다. 마이크로폰의 벽면으로 부터의 이격 거리를 500 mm, 750 mm, 1 000 mm, 바닥에서부터의 높이를 500 mm, 750 mm, 1 200 mm, 1 450 mm 로 마이크로폰의 위치를 설정하였다. 벽면으로 부터의 이격 거리는 침실 중앙 점을 기준으로 3 등분 하여 선정하였고, 마이크로폰의 높이 역시 층고를 기준으로 중앙 높이 이하를 4 등분 하였다. 마이크로폰은 총 4개로 중앙점 1개 지점, 개구부를 제외한 모서리 3개 지점이다. 승강기의 위치와 평면 및 마이크로폰의 위치는 Fig. 1과 같다. 마이크로폰의 높이와 벽면에서의 이격거리에 대한 도식화 설명과 실험 현장 사진을 Figs. 2와 3에 나타냈다. 측정에 사용된 마이크로폰과 주파수분석기 및 교정기에 대한 정보는 Table 1에 나타냈다.
IV. 결과 및 분석
4.1 실험 결과
실험 결과를 Table 2에 나타냈다. 간단한 경향 분석을 위해 측정 데이터 부분에 색상 음영을 삽입하였다. 전반적으로 500 Hz 이상의 대역에서는 승강기 소음의 영향이 매우 미비함을 확인할 수 있었다. 특히, 승강기 소음은 63 Hz 대역에서 가장 높은 주파수 특성을 나타냄을 검증하였다. 벽면으로부터 이격거리가 멀어질수록 63 Hz 대역에 집중되어 있던 주파수 특성이 점차적으로 약해지는 특성이 파악되었다. 또한 63 Hz 대역의 경우 측정 중앙지점인 ch 3에서 그 값이 모든 경우에서 낮게 나타났다.
4.2 마이크로폰 위치에 따른 주파수 분석
대부분의 실내 소음 측정에서 모서리 지점은 벽면에서의 거리와 바닥에서의 높이가 모두 같다. 하지만 승강기 소음은 승강기와 인접한 벽면에서 많은 에너지가 전달된다. 승강기와 인접한 벽면과 인접하지 않은 벽면 모서리 에서의 측정 결과에 어떤 차이가 있는지 분석이 필요하다.
4.2.1 벽면과의 이격거리에 따른 분석
벽면으로부터 50 cm, 75 cm, 100 cm를 이격 시킨 경우를 기준으로 주파수 분석을 진행하였다. Fig. 4는 50 cm 이격, Fig. 5는 75 cm 이격, Fig. 6은 100 cm를 이격한 경우를 나타냈다. 범례의 ‘W’는 벽으로부터의 거리를 ‘F’는 바닥으로부터의 높이를 ‘Ch’는 마이크 위치를 의미한다.
각각 높이 50 cm, 75 cm, 120 cm, 145 cm에 따른 변수를 포함한 그래프이다. 벽면으로부터 50 cm, 75 cm 이격 된 경우는 전반적으로 비슷한 경향을 나타냈다. 중앙지점인 ch 3을 제외한 경우 63 Hz 대역에서 영향력이 가장 높음을 확인하였으며 특히, 75 cm 이격했을 경우 63 Hz 대역에서의 집중도가 높게 나타났다. 즉, 승강기 소음을 측정할 때 벽면으로부터 최소 50 cm 이상 75 cm 이하로 간격을 두는 것이 승강기 소음을 가장 잘 측정 할 수 있는 벽면과의 이격 거리이다. 하지만 벽으로부터 100 cm 이격 했을 경우 중앙점과 모서리 측정 결과가 구분되지 않았으며 특히, 높이가 145 cm 인 경우 2 000 Hz 대역까지도 높은 특성을 나타냈다. 500 Hz 대역이 주요한 승강기 소음을 측정한다고 가정했을 때, 벽면으로부터 100 cm 이격 된 경우는 승강기 소음을 제대로 측정할 수 없음을 검증하였다.
추가로 Table 3은 Table 2의 데이터를 주파수대역별로 모두 평균한 값과 벽면으로부터 50 cm, 75 cm, 100 cm에서 측정된 값을 모두 평균한 값과의 주파수대역별 차이 값을 나타낸 것이다. 벽면에서 가까울수록 63 Hz, 125 Hz 대역이 높고, 벽면에서 멀어질수록 250 Hz, 500 Hz 대역이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 이 결과는 앞서 진행한 벽면과의 이격거리별 경향 분석 결과를 보다 정량적으로 검증해주는 결과로 판단 할 수 있다.
Table 3.
Analysis of the average value difference of all data by frequency band according to the distance from the wall.
4.2.2 바닥으로부터의 높이에 따른 분석
바닥으로부터는 50 cm, 75 cm, 120 cm, 145 cm 총 4개의 높이에 따른 측정 결과를 분석하였다. 그 결과를 Figs. 7, 8, 9, 10에 나타냈다. 앞선 벽면과의 이격거리와 같이 높이가 145 cm 인 경우는 승강기 소음의 특성을 반영하지 못하는 것으로 확인되었다. 승강기 소음의 주요 주파수 대역인 63 Hz 대역에서의 값이 가장 높은 경우는 75 cm 높이에서 측정된 결과로 확인되었다. 그 이외의 주파수대역에서도 같은 경향으로 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz 대역에서 피크 값을 확인 할 수 있었으나 75 cm의 높이에서 측정된 결과가 가장 높게 나타남을 확인 할 수 있었다. 앞선 벽면에서의 이격거리에 따른 분석 결과와 상이한 점은 중앙점에서의 주파수 특성이다. 높이에 따른 분석에서는 중앙점의 측정값이 낮게 나타나는 특성이 매우 미비하거나 나타나지 않았다. 이와 같은 결과로 미루어 판단 할 때, 승강기 소음은 주요 주파수대역이 63 Hz, 125 Hz 로 나타났으며, 벽면에서의 이격거리와 바닥에서의 높이에 따른 분석 결과를 종합해 볼 때 벽면에서 50 cm ~ 75 cm, 바닥에서 75 cm 지점이 승강기 소음을 가장 잘 측정 할 수 있는 지점임을 검증하였다.
추가로, Table 4는 Table 2의 데이터를 주파수대역별로 모두 평균한 값과 바닥에서부터 50 cm, 75 cm, 120 cm, 145 cm에서 측정된 값을 모두 평균한 값과의 주파수대역별 차이 값을 나타낸 것이다. 앞선 벽면에서의 이격거리에 따른 분석과 같이 바닥에서 가까울수록 63 Hz, 125 Hz 대역이 다른 높이에 비해 높게 측정 되었으며, 250 Hz 이상의 대역에서는 가장 높이가 높은 145 cm에서 높게 나타났다. 이와 같은 결과는 앞선 경향 분석 결과를 보다 정량적으로 검증해 줄 수 있는 결과로 판단 된다.
Table 4.
Analysis of the average value difference of all data by frequency band according to the height from the floor.
4.3 승강기 소음 수음에 적합한 마이크로폰 위치 선정
Fig. 1과 같이 ch 1은 승강기와 인접한 벽과 창호가 포함된 벽이 맞닿은 모서리이고, ch 2는 승강기와 인접한 내력벽 2면을 포함한 모서리이다. ch 3은 중앙점이고, ch 4는 개구부가 포함되지 않은 내력벽과 창호가 포함된 벽이 맞닿은 모서리이다. ch 4는 승강기 와 가장 멀리 있는 마이크로폰 위치이다. 아래 Figs. 11, 12, 13, 14는 각각의 지점에 따라 벽면에서의 이격거리, 바닥으로부터의 높이를 모두 포함한 측정 데이터를 나타낸 것이다. 모서리 지점인 ch 1, ch 2, ch 4은 모두 벽에서 50 cm, 바닥에서 75 cm 위치에서 63 Hz 대역이 가장 높게 측정되었다. 즉, 벽면에 창호를 포함 모서리에서나 승강기 승강로와 멀리 있는 모서리에서는 승강기 소음 수음 특성이 유사한 것을 확인 할 수 있다. 중앙점인 ch 3의 경우는 63 Hz가 아닌 100 Hz 대역에서 가장 높은 레벨을 나타내고 있으며, 그 지점이 바닥으로부터 120 cm 지점임을 확인할 수 있다.
승강기 소음의 특성이 63 Hz 대역이 주요한 것은 맞는 사실이나, References [8] ~ [9]에서 분석한 결과에 따르면 승강기 소음은 500 Hz 이하의 대역에서 영향력이 높으며 모터가 가동되면서 발생하는 구조 전달 소음뿐아니라 승강기 레일 마찰음, 승강기 도어 개패음 등도 승강기 소음으로 인지되고 그러한 상황에서 발생 하는 소음이 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz 대역에 분포해 있음을 알 수있다. 이와 같은 승강기 소음의 특성을 고려해 볼 때, 중앙점에서 높게 측정되는 100 Hz 대역의 측정 결과 또한 승강기 소음임을 판단할 수 있다.
V. 논 의
선행연구[12]에서는 승강기 소음 측정 결과의 단일수치값을 과도하게 낮추는 요인으로 판단하여 중앙점 측정 결과를 제외 하고 모서리 3점만 측정하는 것이 타당함을 주장하였다. 하지만 본 연구 결과 500 Hz 이하의 대역에서 영향력이 높은 승강기 소음의 특성을 고려한다면, 중앙점 높이 120 cm에서 100 Hz 대역의 측정값이 가장 높게 나타나는 결과를 도출하였고, 중앙점을 제외하는 것보다는 포함하여 함께 평가하는 것이 타당함을 새롭게 검증하였다. 이러한 결과는 승강기 소음 측정방법에서 마이크로폰 위치 선정에 매우 중요한 역할을 할 것으로 판단 된다. 하지만 본 연구는 최상층 1세대 에서만 측정한 결과를 분석하고 판단 한 것에 한계가 있다. 이후 연구에서는 다양한 평면, 다른 층수, 인접실의 종류 등에 대해 보다 많은 데이터를 수집하여 분석하고 그 결과를 정량화 하는 작업이 필요할 것이다.
VI. 결 론
승강기 소음 측정 방법이 제시된 현행 표준에서 승강기 소음 측정 시 마이크로폰 위치는 실험해 의해 실험자가 직접 선정 하도록 되어 있다. 이러한 내용의 표준은 승강기 소음 측정 결과가 실험자에 따라 각각 다르게 나타날 수 있으며, 실험의 재현성이나 정확성에 문제가 생길 수 있다. 이 와 같은 문제를 해결하고자 이 연구에서는 승강기 소음의 특성을 가장 잘 수음할 수 있는 마이크로폰 위치를 선정하고자 하였다. 실제 공동주택 승강기 소음을 대상으로 현장 실험을 진행하였으며 벽면에서의 이격거리와 바닥으로부터의 높이를 각각 변수로 두어 실험을 하고 그 결과를 분석하였다. 연구 결과 승강기 소음을 가장 잘 수음 할 수 있는 마이크로폰의 위치는 모서리 3점의 경우 벽면으로부터 50 cm, 바닥으로부터 75 cm 지점이며, 중앙점의 경우 바닥에서 120 cm 지점이 가장 타당함을 검증하였다. 이 연구는 현장 실험 결과를 바탕으로 마이크로폰 위치를 검증한 것에 한계가 있다. 이후 연구에서는 이처럼 승강기 소음 측정시 마이크로폰 위치 선정의 타당성을 보다 정량적으로 검증하기위해 더 많은 대상지에 대한 반복 측정과 그에 따른 통계적 검증도 병행해야 될 것으로 판단 된다.
