I. 서 론
II. 연구 방법
2.1 학교의 음향성능 관련 기준
2.2 실험대상 선정
2.3 측정 및 평가방법
III. 실내음향성능 측정결과
3.1 배경소음(Background Noise, BN)
3.2 잔향시간(RT)
3.3 음성명료도(D50)
3.4 음성전달지수(STI)
3.5 양이간 상호상관도(IACC)
IV. 교실간 벽체의 차음성능 및 문과 창문의 개폐에 따른 소음레벨 측정결과
4.1 교실간 벽체의 차음성능
4.2 문과 창문의 개폐에 따른 소음레벨
V. 일반교실과 창의융합교실의 음향성능 비교
VI. 결 론
I. 서 론
최근 대한민국 초등학교 및 중·고등학교 교실은 교육과정의 변화 및 학생의 발달단계를 고려하여 형태가 변화하고 있다. 교육부는 학교급별, 지역 등의 유형별로 적합한 교육 방향의 접근이 필요하다고 하였으며, 이에 따라 사용자 참여설계에 기반하여 다양한 수업과 활동이 가능하고 휴식이 공존하는 학습공간을 구현하기 위해 학교공간혁신사업을 실시하였다. 각 지역의 교육청에서는 교육부가 제공한 가이드라인을 통해 학교공간혁신사업을 추진하였다.[1] 학교공간혁신사업을 위해 학년별로 교육과정을 고려하여 학교 교실 리모델링이 실시되었는데, 획일화된 형태의 기존 교실에서 실내 마감재, 구성 등이 변화하였다. 초등학교는 놀이, 휴식공간 중심의 자기주도학습 운영방향으로 접근하였는데 초등학교 1학년 ~ 2학년은 배움의 기초·쉼과 놀이를 중심으로 사업을 실시하였고 3학년 ~ 6학년은 기본 쌓기·실천하는 배움을 중심으로 사업을 실시하였다. 즉 일반적인 학습만이 일어나던 기존 획일화된 교육공간의 틀에서 벗어나 학생들의 교육과정에 맞는 창의, 놀이, 학습 등의 자율적 활동을 위한 공간을 구성하였다. 본 논문에서는 학교공간혁신사업이 적용된 교실에서 창의융합 교육이 이루어진다는 점을 고려하여 본 논문에서 대상이 되는 교실을 이하 ‘창의융합교실’로 명시하였다.
교실에서 교육은 교사의 음성을 통해 진행되기 때문에 음성전달이 잘 이루어지는 명료한 환경이 필요하다. 또한 교실은 소음이 적은 정온한 환경일 때 음성을 듣고 이해하는데 적합하다. 이를 위해 현재 미국이나 영국은 교실의 용도 및 규모별로 배경소음과 잔향시간, 교실간 차음성능 등의 음향기준이 설정되어 있으나,[2,3,4] 대한민국의 경우 교실 음향성능에 관한 기준이 설정되어 있지 않다.
이에 따라 대한민국에서도 교실 음향성능 기준 수립을 위한 연구가 진행되었다. 대한민국 중·고등학교 교실의 적정 잔향시간과 배경소음에 대한 연구가 이루어졌고,[5] 최근에는 국내 초등학교 저학년 일반교실의 적정 잔향시간과 배경소음에 대한 연구가 이루어졌다.[6,7] 그러나 지금까지의 연구들은 대한민국의 일반교실에 대한 연구이며, 학교공간혁신사업을 통해 증가하고 있는 창의융합교실에 대한 연구는 부재한 실정이다. 따라서 창의융합교실의 음향성능 실태조사 및 기준 설정에 대한 연구가 필요하다.
본 연구에서는 초등학교 1, 2학년 학생이 사용하는 창의융합교실의 음향성능 실태조사를 통해 창의융합교실의 음향성능 기준 설정에 대한 초기연구를 실시하고자 하였다. 이를 위해 충청도 소재의 창의융합교실을 가진 초등학교 3개를 선정하여 3개의 창의융합교실을 대상으로 실내 음향성능을 측정하고 교실간 벽체의 차음성능을 측정하였다. 또한 수업중 문과 창문의 개폐여부에 따라 실내외로부터 유입되는 소음 정도를 조사하기 위해 교실 내 음압레벨을 측정하였다.
II. 연구 방법
2.1 학교의 음향성능 관련 기준
균등하고 명료한 청취환경을 위해서는 학생의 청취특성을 반영한 교실의 음향성능 기준이 반드시 필요하다. 미국과 영국의 경우 교실의 용도 및 크기, 학생의 연령 등을 고려하여 음향성능 기준을 제시하고 있다. 대한민국의 경우 현재 법적으로 규정된 학교 관련 음향성능 기준은 교사내의 소음을 55 dB(A) 이하로 유지할 것을 명시하고 있는 학교보건법의 교사내 소음도 기준이 유일하다.[8]
한편 최근 국내에서는 교실의 음향성능 기준에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데 대한민국 중·고등학교 교실의 음향성능 기준을 제시하고,[5] 이를 만족하기 위한 실내마감 계획 가이드라인을 제시한 바 있다.[9] 또한 초등학교 저학년 교실의 청취환경을 조사하고,[10,11] 초등학교 저학년 교실의 잔향시간과 배경소음 기준을 제시한 바 있다.[6,7]
미국 및 영국은 인접 공간의 성향을 고려하여 실간 벽체의 차음성능에 대한 기준을 보유하고 있으며 이 중 학교 교실 벽체의 차음성능도 포함되어 있다.[2,4] 대한민국은 건축물의 내·외벽 차음성능 측정과 평가를 위한 다양한 국가표준이 마련되어 있으나 이는 공동주택에 한정되어 있고 교실로 유입되는 소음을 제어하기 위한 기준 및 법률은 마련되지 않은 실정이다.
한편 국내에서는 교실 내 차음성능에 대한 연구가 이루어졌는데, 대한민국 중학교 교실을 대상으로 내·외부벽체 및 창호의 차음성능과 수업시 인접교실의 학생들에게 전달되는 측로전달소음을 조사한 바 있다.[12]
본 논문에서는 교실 내 음향성능과 교실간 벽체 차음성능 평가 시 미국 및 영국의 교실 음향성능 기준과 실간 벽체 차음성능 기준을 참고하였다. Table 1은 미국 및 영국의 음향성능 기준을 나타낸 것이며, Table 2는 미국 및 영국의 실간 벽체 차음성능 기준을 보여준다.
Table 1.
Acoustic performance standards for classroom.
| Country | Grade | Volume limit (m3) |
RT (s) | BN [dB(A)] |
| US* | all school | V ≤ 283 | ≤ 0.6 | ≤ 35 |
| all school | 283 ≤ V ≤ 566 | ≤ 0.7 | ≤ 35 | |
| all school | 566 ≤ V | - | ≤ 40 | |
| UK** | elementary school [refurbishment] | - | ≤ 0.6 [0.8] | ≤ 35 [40] |
|
middle and high school [refurbishment] | - |
≤ 0.8 [1.0] | ≤ 35 [40] |
Table 2.
Sound insulation performance standards for space.
| US* | UK** | ||
| Adjacent space | STC | Adjacent space | DnT,w (dB) |
| Other enclosed or open plan core learning space | 50 | Classrooms, Science laboratories | 45 |
| Corridor, staircase, conference room | 45 | Corridors, stairwells, toilets | 45 |
| Toilet room, bathing room | 53 |
Interviewing/ counselling rooms | 40 |
| Music room | 60 | Primary music room | 50 |
또한 현재 대한민국 교실의 음향성능 기준은 부재하기 때문에 대한민국 초등학교 일반교실의 적정 음향성능을 제시한 연구결과를 인용하였다. 연구결과는 대한민국 초등학교 저학년 교실의 체적이 185 m3 이하일 때 잔향시간 0.6 s, 배경소음 35 dB(A) 이하를 만족해야 한다고 제시하고 있다.[6,7]
2.2 실험대상 선정
대한민국의 충청도 지역에 위치한 초등학교 중 학교공간혁신사업으로 인해 창의융합교실로 리모델링된 3개 학교 교실을 측정대상으로 선정하였다. S 초등학교와 J 초등학교는 각각 1942년, 1987년에 표준설계도에 의해 시공되었으며, 충북교육청이 추진한 학교공간혁신사업인 ‘충청북도 행복 감성 NEW SPACE 사업’을 통해 2018년 창의융합교실로 리모델링되었다.[13] 또한 G 초등학교는 2004년에 시공되었으며, 충남교육청이 추진한 학교공간혁신사업을 통해 2019년 창의융합교실로 리모델링되었다.[14]
대상 학교의 창의융합교실 중 9세 이하 학생이 사용하는 1, 2학년 교실을 실험대상으로 선정하였다. 학교공간혁신사업은 학교급별 교육과정에 맞춰 학년별로 다르게 리모델링 되었으며 특히 1, 2학년 교실은 놀이공간, 휴식공간, 학습공간으로 구분하여 교실 내부를 구성하였다. 1, 2학년 교실이 기존의 학습공간만이 존재하던 정형화된 교실에 비해 평면 형태가 가장 많이 변화하였고, 이는 교실의 음환경에도 영향을 미쳤을 것이라고 예상되어 1, 2학년 교실을 실험대상으로 선정하였다. 또한 초등학교 1, 2학년은 성인에 비해 청력이 덜 발달한 청력비완전자로 소음이나 잔향과 같은 교실 음환경의 변화에 영향을 받을 것으로 예상되어 1, 2학년이 사용하는 교실을 실험대상으로 선정하였다.
대상 학교 교실의 건축적 제원은 Table 3과 같으며, 실험대상 창의융합교실의 내부 모습은 Fig. 1과 같다. 또한 Table 4는 실험대상 창의융합교실의 부위별 실내마감자재를 나타낸다.
Table 3.
Construction year of schools and architectural dimensions of classrooms.
Table 4.
Internal materials of classrooms (common).
| Area | Surface | Finishing material | NRC* |
| learning | wall | concrete on paint | 0.015 |
| wood paneling | 0.083 | ||
| floor | wood paneling | 0.083 | |
| ceiling | mineral tex board | 0.518 | |
| window | glass | 0.038 | |
| PVC frame | 0.075 | ||
| door | wood | 0.085 | |
| glass | 0.038 | ||
| blackboard | blackboard | 0.083 | |
| desk, chair | wood paneling | 0.083 | |
| metal | 0.075 | ||
| cabinet | wood paneling | 0.083 | |
| play & rest | wall, floor | wood paneling | 0.083 |
| cushioned | 0.422 | ||
| window | glass | 0.038 |
2.3 측정 및 평가방법
2.3.1 교실의 실내음향성능
교실의 음향성능을 파악하기 위해 교실의 배경소음, 잔향시간(Reverberation Time, RT), 음성명료도(D50), 음성전달지수(Speech Transmission Index, STI)를 측정하였다. 또한 교실에서의 다양한 책상배치에 따른 양 귀의 음향성능을 평가하기 위해 양이간 상호상관도(Inter-Aural Cross Correlation, IACC)를 측정하였다. 책상배치는 모든 책상이 교사를 바라보고 있는 스쿨식배치, 교사를 측면에 두고 학생들이 서로 대면하고 있는 모둠형배치, 스쿨식과 모둠형이 섞여 있는 혼합형 배치로 설정하였다.
측정시 외부소음의 영향을 최소화하기 위해 모든 문과 창문을 닫고 KS F 2864[15]를 준수하여 측정하였고, 옷이나 실내소음과 같은 변수의 영향을 최소화하기 위해 공석 상태로 측정을 실시하였다. 또한 컴퓨터나 사무기기 소음을 포함하지 않았으며 공조기 등의 내부 소음을 최대한 차단하여 측정을 진행하였다. 대한민국의 교실은 여름을 제외한 평상시에 공조기를 작동시키지 않기 때문에 이러한 점을 고려하여 본 연구에서는 공조기 소음을 포함하지 않고 측정을 수행하였다.
음원은 교사의 발성 패턴과 일치하는 지향성 스피커를 사용하였다. 교실에서의 교사 위치를 고려하여 칠판 앞 교탁 중앙에 위치시켰고 성인의 평균 입 높이를 고려하여 바닥으로부터 1.5 m 높이에 위치시켰다. 음원의 출력레벨은 9세 이하 아동의 청력과 집중력을 위해 초등학교 저학년 교사가 크게 발성한다는 점을 고려하여 성인의 ‘큰’ 목소리인 72 dB(A)로 설정하였다.[16] 수음원은 의자에 착석한 초등학교 저학년 학생들의 귀 높이를 고려하여 1.0 m의 높이에 위치시켰으며 총 8 ~ 11개의 수음원이 교실 내 고르게 분포되도록 설정하였다. 음원과 가장 가까운 수음원과 음원과의 거리는 KS F 2864에 제시된 마이크로폰의 측정위치를 준수하였으며 실제 교실에서의 교사와 학생간의 거리를 고려하여 2 m로 설정하였다. Fig. 2는 음원 및 수음원의 위치를 나타내며, Fig. 3은 측정 장비 구성도를 보여준다.
2.3.2 교실간 벽체의 차음성능
교실간 벽체의 차음성능은 KS F 2809[17]를 준수하여 측정하였다. 음원은 무지향성 스피커를 사용하여 90 dB(A)로 출력하였으며, 바닥으로부터 1.5 m 높이로 음원실 중앙에 위치시켰다. 음원실에 1개, 수음실에 7개의 수음원을 바닥으로부터 1.5 m 높이에 위치시켰으며 각 위치에서 마이크로폰을 사용하여 음압레벨을 측정하였다. 실내 음향성능 측정과 마찬가지로 컴퓨터나 사무기기 소음을 포함하지 않았으며 공조기 등의 내부 소음을 최대한 차단하여 측정을 진행하였다. 또한 교실 벽체의 차음성능은 실험대상 학교 교실 중 G 교실을 제외한 S 교실과 J 교실만을 측정하였다. J 교실은 양옆으로 창의융합교실이 1개씩 인접해있기 때문에 양측 벽체에 대한 차음성능을 측정하였다. J 교실의 양측 교실은 J-L과 J-R로 표현하였다.
음원실과 수음실의 음압레벨차를 바탕으로 투과손실(Transmission Loss, TL)과 표준화음압레벨차(DnT)를 산출하였고, 그 후 각각의 단일수치값인 음향투과등급(Sound Transmission Class, STC)과 가중표준화음압레벨차(DnT,w)를 산출하였다.[18] 이때 음향투과등급은 일반적으로 실험실에서 이루어진 값이지만 본 논문에서는 현장측정을 통해 값을 도출하였기 때문에 Field Sound Transmission Class(FSTC)로 나타내었다. FSTC는 STC 값에 비해 5 ~ 8 정도 낮은 값이 나타난다.[19] 산출된 결과는 미국과 영국의 교실간 벽체 차음성능 기준을 참고하여 분석하였다.
벽체의 차음성능 측정시 설정한 음원과 수음원의 위치는 Fig. 4의 (a)에 나타내었으며, Fig. 5의 (a)는 측정 장비 구성도를 보여준다.
2.3.3 문과 창문의 개폐에 따른 소음레벨
교실에서 수업중 인접 복도 및 교실이나 외부에서 전달되는 소음의 영향을 조사하기 위해 KS F 2809[17]를 준수하여 문과 창문의 개폐여부에 따른 교실 내 음압레벨을 측정하였다. 교실에서 소음이 유입될 수 있는 상황을 교실의 문과 창문의 개폐여부에 따라 다음과 같이 4가지로 구분하여 측정하였다.
(a) 문과 창문을 모두 닫았을 경우(all closed)
(b) 복도측 문과 창문만 열었을 경우(partially opened at corridor side)
(c) 외부측 창문만 열었을 경우(partially opened at outdoor side)
(d) 문과 창문 모두 열었을 경우(all opened)
음원은 수업중 교사의 발성 패턴을 고려하여 지향성 스피커를 사용하였고 음원실의 교탁 위치에서 바닥으로부터 1.5 m 높이에 설치하였다. 음원의 출력레벨은 성인의 ‘큰’ 목소리에 해당되는 72 dB(A)로 출력하였다. 수음원은 수음실에 7개, 복도에 1개 위치시켰으며 각 지점마다 마이크로폰을 통해 음압레벨을 측정하였다. 컴퓨터나 사무기기 소음을 포함하지 않았으며, 공조기 등의 내부 소음을 최대한 차단하여 측정을 진행하였다. 또한 차음성능과 마찬가지로 실험대상 학교 교실 중 G 교실을 제외한 S 교실과 J 교실만을 측정하였으며 J 교실의 양측 교실은 J-L과 J-R로 표현하였다.
측정시 설정한 음원과 수음원의 위치는 Fig. 4의 (b)에 나타내었으며, Fig. 5의 (b)는 측정 장비 구성도를 보여준다.
III. 실내음향성능 측정결과
3.1 배경소음(Background Noise, BN)
배경소음의 측정은 외부소음에 의해 발생할 수 있는 위치별 차이를 파악하기 위해 복도, 중앙, 창가측으로 나누어 측정하였다. 창의융합교실의 배경소음은 평균 28.0 dB(A) ~ 32.8 dB(A)을 보였다. 3개 교실 모두 미국 및 영국의 초등학교 교실 배경소음 기준인 35 dB(A)을 초과하지 않았다. 또한 기존 연구결과에서 제시한 대한민국 초등학교 저학년 일반교실의 적정 배경소음인 35 dB(A) 이하[7]를 만족하였다. 그러나 G 초등학교 교실의 창가측 자리에서는 36.8 dB(A)로 비교적 높은 배경소음을 갖는데, 이는 G 초등학교 교실의 창가 가까이 위치한 도로에서 발생하는 교통소음의 영향을 받은 것으로 판단된다. Fig. 6은 학교 교실별 배경소음의 측정값을 보여준다.
3.2 잔향시간(RT)
3개 초등학교 교실의 잔향시간 측정결과, 중간주파수대역 500 Hz와 1 kHz에서의 평균값이 0.32 s ~ 0.42 s로 나타났다. 3개 교실 모두 미국 및 영국의 초등학교 교실 잔향시간 기준인 0.6 s를 초과하지 않았다. 또한 기존 연구결과에서 제시한 대한민국 초등학교 저학년 일반교실의 적정 잔향시간인 0.6 s[6]보다 작은 값을 보였다. 창의융합교실의 천장은 리모델링을 통해 고주파수 대역의 흡음성능이 높은 흡음텍스로 마감되었으며, 교실내 놀이공간은 흡음성능이 높은 마감재로 이루어져 있다. 이에 따라 실내 흡음력이 높아져 교실의 잔향시간이 비교적 짧게 나타난 것으로 판단된다. 또한 창의융합교실은 놀이공간과 휴식공간, 학습공간으로의 공간분할로 인해 학습공간의 면적이 일반 교실보다 비교적 작기 때문에 짧은 잔향시간을 가질 수 있다. 잔향시간은 실내 흡음력과 함께 체적에 의해서도 영향을 받는데, 측정된 3개 교실 중 체적이 가장 작은 S 교실의 잔향시간이 가장 짧게 나타났다. Fig. 7은 학교 교실별 잔향시간의 측정값을 보여준다.
3.3 음성명료도(D50)
음성명료도는 직접음이 한 지점에 도달한 후 50 ms까지 전체음에너지에 대한 직접음에너지의 비율을 말하며,[15] 음성전달이 주로 이루어지는 공간은 50 % ~ 60 %의 D50 값이 요구된다.
음성명료도 측정결과, 3개 교실 모두 75 % 이상의 높은 음성명료도 값을 보였다. 이러한 결과는 교실의 짧은 잔향시간의 영향을 받은 것으로 간주된다. 특히 측정된 3개 교실 중 잔향시간이 가장 짧은 S 교실은 90 % 이상의 매우 높은 값을 보였다. Fig. 8은 학교 교실별 음성명료도의 측정값을 보여준다.
Fig. 9는 3개 교실의 평면상 음원으로부터 종축 및 횡축 거리에 따른 D50값을 그래프로 나타낸 것이다. 종축 거리에 따른 D50 값은 음원과 가까운 전면행이 가장 높은 값을 가졌다. S 교실은 음원과 멀어질수록 D50 값이 작아지는 반면, G 교실과 J 교실은 중간행보다 후면행이 더 높은 D50 값을 가졌다. 이는 G 교실과 J 교실 뒤쪽의 흡음성능이 높은 마감재로 인해 뒷벽으로 인한 음의 반사가 줄어들어 음성이 더 명료하게 들리기 때문이라고 판단된다. 또한 S 교실은 체적이 다른 교실에 비해 비교적 작기 때문에 대체적으로 매우 높은 D50 값이 도출되었다.
횡축 거리에 따른 D50 값은 3개 교실 모두 중앙열에서 가장 큰 값을 보였고, 복도측열에서 가장 작은 값을 가졌다. 이는 3.5장의 스쿨식배치의 IACC 측정값과 비슷한 경향을 보이는데, D50과 IACC 모두 음원과 일직선상에 있는 중앙열에서 큰 값을 가졌으며 일직선상에서 멀어질수록 작은 값을 가졌다. 이는 음이 양 귀로 입사되는 상관도와 음성명료도가 서로 관계가 있다는 것을 의미한다. 결론적으로 음원과 일직선상에 있으면서 음원과 가까울수록 음성명료도가 높았다.
3.4 음성전달지수(STI)
음성전달지수는 강의와 같은 음성전달의 이해지표로 사용된다. STI 값은 0부터 1까지이며 0.45 ~ 0.6일 경우 보통의 음환경, 0.6 ~ 0.75일 경우 준수한 수준, 0.75 이상일 경우 음성인지 명료함이 매우 높은 공간으로 평가된다.[19]
측정결과, 3개 교실 모두 음성전달지수 값이 0.75 이상의 값을 보였다. 특히 S 교실은 STI 값이 0.85로 명료함이 가장 높은 공간으로 나타났다. Fig. 10은 학교 교실별 음성전달지수의 측정값을 보여준다.
3.5 양이간 상호상관도(IACC)
양이간 상호상관도는 청취자의 두 귀에 도달하는 음의 유사도를 나타낸다. 두 귀에 도달하는 음이 같을수록 1에 가까운 값을 갖고 다를수록 0에 가까운 값을 갖는다. 교실은 음성전달을 목적으로 하기 때문에 음의 명료도가 중시된다. IACC가 1에 가까울수록 양이간 입사되는 음이 같다는 것을 의미하며 IACC 값이 작을수록 양이간 입사되는 소리에 차이가 있다는 것을 의미한다.
교실에서 책상배치에 따른 양 귀의 음향성능을 평가하기 위해 교실에서 가장 많이 사용되는 3가지 책상배치를 선정하여 측정하였다. 책상배치는 스쿨식배치, 모둠형배치, 혼합형배치로 설정하였다. 이때 S 교실은 학습공간이 작아 책상 수가 매우 적어 다양한 책상배치의 설정이 어려웠기 때문에 측정대상에서 제외하였다.
Fig. 11은 책상배치별 IACC 측정값을 수음점별로 보여주며, Fig. 12는 책상배치 및 위치별 IACC 평균값을 나타낸다. 음원과 수음원이 일직선상에 위치할 경우 양이간 차이가 작았다. 반면, 수음원이 음원과의 일직선상에서 멀어질수록 양이간 차이가 발생하였다. 이는 복도측과 외부측에 있는 측벽과 가구의 흡음성능으로 인해 좌우 귀에 입사되는 음에너지의 차이가 발생하였기 때문으로 판단된다. 또한 음원과 정면으로 마주 보는 수음원에서는 음원으로부터 직접음이 양 귀에 고르게 도달하는 반면에 수음원의 측면이 음원을 향해 있는 경우 음원 쪽 반대 귀에 도달하는 직접음이 음원 쪽으로 향한 귀에 도달하는 직접음보다 약하게 도달된다. 따라서 음원과 정면으로 마주하지 않는 수음원은 양이간 음량차가 발생하여 IACC 값이 작게 나타났다. 즉, IACC는 책상의 방향과 위치에 따라 영향을 받는 것을 확인할 수 있는데, 같은 교실 내에서도 책상의 방향과 위치에 따라 최소변화감지폭(Just Noticeable Difference, JND)인 0.2 이상 차이가 나는 경우가 있었다.
IV. 교실간 벽체의 차음성능 및 문과 창문의 개폐에 따른 소음레벨 측정결과
4.1 교실간 벽체의 차음성능
각 학교의 창의융합교실 벽체의 차음성능을 측정하였으며 측졍결과는 Fig. 13에 나타내었다. 그래프에서 회색 음영은 미국 및 영국의 실간 벽체기준을 만족하는 범위를 나타낸다. 현장투과등급(FSTC) 값이 STC보다 5 ~ 8 정도 낮은 값인 것을 고려하였을 때 3개 교실은 미국의 학교 교실간 벽체 차음성능 기준인 STC 50을 만족하고 있다. 그러나 J-R 교실과 J-L 교실은 같은 학교에 위치해 있지만 값의 차이가 발생하였다. 이는 음원이 위치한 J 교실과 J-R 교실 사이에는 다락방이 있는데 다락방은 얇은 벽으로 이루어져 있으며 교실끼리 연결된 문이 있어 J-R 교실의 차음성능이 비교적 낮게 나타난 것으로 판단된다. 한편 DnT,w 값은 3개 교실 모두 영국의 기준치인 45 dB 이상으로 만족하였다.
4.2 문과 창문의 개폐에 따른 소음레벨
교실에서 소음이 유입될 수 있는 상황을 교실의 문과 창문의 개폐여부에 따라 4가지 경우로 구분하여 교실 및 복도에 설치된 수음원에서 음압레벨을 측정하였다. Fig. 14는 교실별 측정값을 보여준다.
교실의 문과 창문을 모두 닫았을 경우(a)를 제외한 나머지 3가지 경우는 측정 교실 모두 미국 및 영국의 교실 내 배경소음 기준과 기존 연구결과에서 제시한 대한민국 초등학교 저학년 일반교실의 적정 배경소음인 35 dB(A)을 초과하였다. 특히 문과 창문을 모두 열었을 경우(d)와 복도측 문과 창문만 열었을 경우(b)일 때 3개 교실 모두 약 40 dB(A)을 초과하였다.
또한 외부측 창문만 열었을 경우(c)보다 복도측 문과 창문만 열었을 경우(b)에 더 높은 음압레벨이 측정되었으며, 문과 창문을 모두 열었을 경우(d)의 측정값과 복도측 문과 창문만 열었을 경우(b)의 측정값의 차이가 작았다. 이는 수업시 유입되는 소음은 대체로 복도측 문과 창문을 통해 인접교실의 소음이 교실로 유입되며, 건물 외부에서 발생하는 소음이 교실로 유입되는 양보다 인접교실에서 발생하는 소음이 교실로 유입되는 양이 더 많다는 것을 의미한다.
V. 일반교실과 창의융합교실의 음향성능 비교
일반교실은 학습공간으로만 이루어진 직사각형 형태의 정형화된 교실이며, 현재 국내 대부분의 학교에서 사용되고 있다. 그러나 본 연구의 대상이 된 창의융합교실은 일반교실과 달리 다양한 공간과 마감재로 구성되어 있다. 따라서 본 연구를 통해 측정된 창의융합교실의 음향성능을 기존 연구를 통해 측정된 일반교실의 음향성능과 비교·분석하고자 하였다. 일반교실의 실내 음향성능은 Jo et al.[10]의 초등학교 저학년 교실의 측정값을 참고하였고, 교실간 벽체의 차음성능 및 문과 창문의 개폐에 따른 교실 내 소음레벨은 Ryu et al.[12]의 중학교 교실의 측정값을 참고하였다. 참고한 기존 연구와 본 연구의 측정 조건 및 방법이 동일하게 설정되었기 때문에 측정값의 비교가 유의미하다고 보았다. Table 5에 일반교실과 창의융합교실의 각 음향성능 평균값을 정리하여 나타내었다.
Table 5.
Comparison of acoustic performances between general classrooms and creative convergence classrooms.
|
factor parameters | general classroom |
creative convergence classroom | |
| room acoustic performances | BN | 30.5 dB(A)[10] | 28.5 dB(A) |
| RT | 0.69 s[10] | 0.40 s | |
| D50 | 70.4 %[10] | 85.5 % | |
| STI | 0.68[10] | 0.81 | |
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sound insulation performances | FSTC | 44.0[12] | 49.9 |
| DnT,w | 45.0[12] | 50.7 | |
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noise level according to the opening conditions of doors and windows | (a) all closed | 32.3 dB(A)[12] | 29.1 dB(A) |
| (b) partially opened at corridor side | 42.4 dB(A)[12] | 41.0 dB(A) | |
| (c) partially opened at outdoor side | - | 37.3 dB(A) | |
| (d) all opened | 43.1 dB(A)[12] | 42.6 dB(A) |
창의융합교실이 일반교실보다 잔향시간이 약 0.3 s 짧게 나타났다. 창의융합교실 내에는 일반교실과 달리 학습공간뿐만 아니라 흡음성능이 높은 마감재로 이루어진 휴식공간과 놀이공간이 있어 일반교실보다 비교적 실내 흡음력이 높고, 실내 공간분할로 인하여 학습공간의 체적이 작기 때문에 나타난 결과라고 판단된다. 또한 창의융합교실의 음성명료도와 음성전달지수는 일반교실보다 더 큰 값을 갖는다.
교실간 벽체의 차음성능은 창의융합교실이 일반교실보다 더 큰 값을 보였다. 본 연구에서 측정한 창의융합교실은 기존 일반교실을 실내 리모델링한 것으로 벽체의 구조는 변경되지 않았다. 그럼에도 창의융합교실간 벽체 차음성능이 일반교실간 벽체 차음성능보다 높게 나타난 이유는 창의융합교실 뒤쪽에 흡음성능이 높은 마감재로 이루어진 휴식공간과 놀이공간이 위치해 있어 벽체의 차음성능 외에 공간으로 인한 흡음 등의 요소들로 인하여 인접교실에서 해당 교실의 학습공간으로 전달되는 음의 크기가 일반교실에 비해 작아졌기 때문으로 판단된다.
일반교실과 창의융합교실의 문과 창문의 개폐에 따른 교실 내 소음레벨은 문과 창문을 모두 닫았을 때를 제외하고 0.5 dB(A) ~ 1.4 dB(A)의 매우 작은 차이를 보였다. 이는 문과 창문의 개방으로 인한 일반교실과 창의융합교실의 소음의 크기 차이는 거의 없는 것으로 판단된다. 또한 일반교실과 창의융합교실 모두 창문과 문을 모두 열었을 때와 복도측 창과 문만 열었을 때의 음압레벨 차이가 크지 않았다. 이는 복도를 통해 들어오는 소음이 교실 외부에서 교실 내로 들어오는 소음에 가장 큰 영향을 미친다는 것을 보여준다.
반면, 문과 창문을 모두 닫았을 때 일반교실과 창의융합교실간 약 3 dB(A) 차이가 발생하였다. 리모델링시 벽체의 구조는 변경되지 않았기 때문에 벽체 구조로 인한 실간 차음성능 때문은 아니며, 창의융합교실 내 벽체 마감재의 흡음성능과 창의융합교실 뒤쪽에 흡음성능이 높은 마감재로 이루어진 휴식공간과 놀이공간이 위치해 있어 음의 흡음으로 인해 소음의 크기가 일반교실보다 작아졌기 때문으로 판단된다.
창의융합교실은 하나의 교실이 목적과 특성에 따라 학습공간과 휴식 및 놀이공간으로 공간이 구분된다. 따라서 공간별 음성전달성능을 비교하고 교실 전체에 음성전달이 고르게 되는지 파악하기 위해 창의융합교실 내 분할되어 있는 학습공간과 휴식 및 놀이공간별 음성명료도와 음성전달지수를 비교하였다.
Table 6은 창의융합교실 내 분할되어있는 학습공간과 휴식 및 놀이공간별 D50과 STI의 값을 보여준다. D50과 STI 모두 휴식 및 놀이공간보다 학습공간에서 더 높은 값이 나타났다. 휴식 및 놀이공간의 높은 흡음성능을 가진 마감재로 인해 창의융합교실의 전체 잔향시간은 짧아졌지만, 휴식 및 놀이공간은 학습공간과의 분리를 위해 가림막이나 가벽으로 막아 놓은 부분이 존재하기 때문에 교사의 음성이 학습공간에 비해 비교적 잘 전달되지 않는다. 따라서 D50과 STI가 학습공간보다 낮게 나타난 것으로 판단된다.
VI. 결 론
본 연구는 미래형 맞춤 교육환경 제공을 위해 학교공간혁신사업으로 증가하고 있는 대한민국 창의융합교실의 음향성능을 조사하여 교실 내 청취환경의 실태를 파악하고자 하였다. 이를 위해 현장실험을 통하여 창의융합교실의 실내음향성능과 벽체 차음성능을 측정하였으며 문과 창문의 개폐에 따른 교실 내 소음을 측정하였다.
본 연구의 결론은 다음과 같이 요약할 수 있다.
1) 창의융합교실의 배경소음은 공조기를 가동하지 않았을 때 평균 28.0 dB(A) ~ 32.8 dB(A)로 나타났다. 그러나 도로와 가까이 면한 교실은 비교적 높은 배경소음을 갖기 때문에 향후 교실 배경소음 기준과 설계 가이드라인 설정시 이를 고려해야 한다.
2) 창의융합교실의 잔향시간은 미국 및 영국의 초등학교 교실 잔향시간 기준인 0.6 s를 초과하지 않았다. 그러나 오히려 과도하게 낮은 잔향시간은 학생들의 음성인지와 교사의 음성전달에 적합하다고 판단할 수 없다. 따라서 향후 잔향시간의 적정 범위 설정에 대한 연구가 필요하다.
3) 음원과 일직선상에서 음원을 정면으로 바라볼 때 높은 IACC 값을 가졌다. 즉, 교실 내 책상의 방향과 위치는 학생들의 두 귀 사이의 음의 유사도 차이에 영향을 미친다. 향후 교실 음향성능 설계 가이드라인 설정시 학생들의 책상배치를 고려할 필요가 있다.
4) 벽체 차음성능은 3개 측정교실 모두 미국(STC 50) 및 영국 기준(DnT,w 45 dB)을 만족하였다. 그러나 교실과 교실 사이에 얇은 벽으로 이루어진 다락방이 있는 경우, 차음성능이 비교적 낮게 나타났다. 향후 창의융합교실에 다락방이 설치되는 경우 얇은 벽과 개구부를 통하여 전달되는 소음을 차단할 수 있는 방안을 고려해야 한다.
5) 교실의 외부측 창문만 개방한 경우보다 복도측 문과 창문을 개방한 경우에 더 높은 소음레벨이 측정되었다. 따라서 수업 중 창문 개폐시 소음 전달이 낮은 창문을 활용하는 것이 수업 중 소음의 영향을 덜 받을 것이다.
6) 창의융합교실은 흡음력이 높은 실내 마감재의 사용으로 인해 기존 연구를 통해 측정된 일반교실보다 높은 실내음향성능을 갖는다. 그러나 교실 내 분할된 공간 전체에 고르고 명료한 음성이 전달될 수 있도록 설계가 필요하다.
현재 국내 초등학교 저학년 교실은 다양한 평면구성을 가진 창의융합교실로 변화되어가고 있지만, 본 논문에서 측정한 창의융합교실은 충청도에 위치한 초등학교 3개로 한정되며 다양한 평면구성을 가진 많은 창의융합교실 중 일부일 뿐이다. 즉, 본 연구결과가 대한민국 초등학교 창의융합교실의 음향성능을 대표한다고 말하기 어렵다. 따라서 다양한 평면구성을 가진 창의융합교실을 대상으로 추가적인 실험이 이루어져야 하며, 이러한 연구결과는 향후 대한민국 창의융합교실의 음향성능 기준 설정에 대한 기초자료로 활용할 수 있을 것이다.
또한 교실의 적정 음향성능을 위한 흡음재의 최적 위치와 책상배치 등의 가이드라인 설정에 대한 연구가 이루어져야 한다. 향후 이러한 연구결과가 학교공간혁신사업에 이어 진행되고 있는 그린스마트 미래학교 사업에도 반영이 되어 음향적으로 우수한 대한민국 교육시설 건설에 도움이 되길 바란다.
