I. 서 론

외부에서 발생하는 소음은 실내 거주자에게 매우 신경 쓰이는 소음이다. 외부에서 발생하는 소음은 대표적으로 분류할 수 있는 교통 소음, 항공기 소음, 기차 소음, 공사장 소음 등을 포함하여 우리주변에 다양하게 분포하고 있다. 외부소음에 직접 면하는 외벽은 외부 소음을 잘 차단해 주지만 외벽에 설치된 창호 및 다양한 개구부는 소음에 취약하다. 창호의 차음성능에 대해 Lee et al.^[1]은 창호의 종류에 따라 실내 및 실외 소음 특성에 대해 연구 하였고, Cho와 Yum^[2]은 아파트 외벽 창호의 차음성능을 실험실 결과와 현장실험 결과를 비교하고 분석하는 연구 수행한 바 있다. Joo^[3]는 창호가 설치된 발코니 공간에 대해 외부소음 차음성능에 효과가 있음을 검증하였으며, Kim et al.^[4]은 발코니에 설치된 창호의 차음성능 향상을 위한 연구를 수행하였다. 하지만, 현재 창호 외부의 차양장치는 많이 사용되고 있지 않아 외부 블라인드의 차음성능에 대한 연구가 많이 부족한 실정이다. 이에 따라 Kang et al.^[5]은 외부 차양의 한 종류인 외부 전동블라인드 External Electric Blind(EEB)의 차음성능을 실험실에서 측정하고 평가하였다. 하지만 기존 연구는 실험실에서 차음성능을 실험한 결과로 단순히 창호와 EEB의 차음성능만을 검증한 결과이다. 이 연구는 창호와 EEB 이외의 다양한 건축적 변수가 적용되는 실제 건축물에 설치하여 차음성능을 평가하고 그 성능을 향상 시킬 수 있는 실질적인 개선 방안을 마련하는데 기존 연구와 큰 차이가 있다.

II. 선행연구 및 연구내용

2.1 선행연구

외부 전동블라인드의 차음성능을 확인하고자 진행한 선행연구는 음향 실험실에서 실험을 진행하였고, 외부 전동블라인드의 차음성능과 차음성능을 향상 시킬 수 있는 다양한 사양에 대해 실험하고 추가 성능을 확인하였다. 기존 창호 대비 외부 전동블라인드의 차음성능은 약 6 dB 정도의 성능을 보였다. 이는 외부 전동블라인드의 설치만으로도 재실자가 느낄 수 있을만한 수준의 저감 성능이다. 하지만, 실험에 사용된 외부 전동블라인드는 차음용이 아닌 차광용으로 제작된 제품으로 차음이라는 음향적 관점에서 매우 미흡한 수준임을 확인하였다. 특히, 슬릿과 슬릿 사이에 생기는 빈틈과 하부 창틀과 슬릿 사이의 틈새에서 많은 음향적 손실이 있었으며, 가장 많은 손실이 발생하는 부분은 전동 모터 및 슬릿이 모두 접혀 적층되는 상부 공간에서 가장 심하게 나타났다. 선행연구에서는 이러한 틈새 부분에서의 음향적 손실을 보완하기 위해 다양한 재질 및 형태의 흡음재를 사용하였다. 또한 틈새 공간을 지지하는 브라캣의 폭을 조절하여 충진되는 흡음재의 폭 또한 달리 측정하였다. 흡음재의 종류, 두께, 브라캣 폭, 외부 전동블라인드의 개수 등의 다양한 변수를 두어 총 32개의 측정 데이터를 확보했다. 측정 결과 가장 높은 차음 성능을 나타내는 경우는 창호 양쪽으로 외부 전동블라인드가 설치되고 미네랄울 50 mm가 흡음재로 설치된 경우로 16 dB의 저감성능을 확보 할 수 있었다. 일반적인 적용 범위를 고려해봤을 때, 외부 전동블라인드 1개와 50 mm 정도의 흡음재를 충진했을 경우도 10 dB의 저감성능이 있음을 확인 하였다. 이와 같은 결과가 실제 거주자가 거주하는 실제 거주공간에서도 같은 결과를 나타내는지, 차음성능 개선을 위해 실증에서 적용할 수 있는 방안은 무었이 있는지에 대해 연구해 볼 필요성을 제시하였다.

2.2 연구방법 및 내용

실내 실험실이나 목업 실험실이 아닌 실제 거주자가 거주하는 거주 공간 거실 창호를 대상으로 연구를 진행하였다. 외부 전동블라인드 또한 실험용으로 제작된 것이 아닌, 실제 창호 크기에 맞게 제작된 제품으로 실사용이 가능하도록 설치하였다. 실험에 사용된 EEB의 도면과 부위별 명칭 등을 Figs. 1과 2에 나타냈다.

Fig. 1.

(Color available online) Drawing of EEB elevation and section.

Fig. 2.

(Color available online) Structure and each name of EEB.

이 실험에서 변수로 적용 될 수 있는 요인을 정리하면 다음과 같다. 첫째, 거주자가 거주하는 공간임을 고려할 때 동·서 측 창호에 설치된 커튼의 영향을 파악하고자 커튼의 개폐에 따른 저감성능 평가를 진행하였다. 두 번째로 선행연구에서 차음성능 저하의 영향 요인으로 파악되었던 블라인드 슬릿 간 틈새의 영향을 면밀히 확인하고자 기존 슬릿과 틈새 실링을 한 경우를 비교 분석하였다. 마지막으로 실험 대상 현장과 다른 추가 현장을 섭외하여 외부 전동블라인드 자체의 소음 저감 성능을 검증하였다.

III. 실 험

3.1 실험개요 및 내용

실험 현장 A는 전남 무안군에 위치한 일반 가정집이다. 실제 거주자가 거주하는 주택이며, 구조는 샌드위치패널에 외부는 흙벽돌로 마감된 외벽체이다.

모든 측정은 한국산업규격 KS F 2235(외벽 및 외벽 부재의 공기 전달음 차단 성능 현장 측정 방법)^[6]에 준하여 실험을 진행하였다. 스피커를 활용한 전체법을 준용하여 실험하였다. 평균 음압레벨은 KS F 2235 내 ‘5. 스피커를 이용한 측정’ 방법에 따라 진행하였다. 외부 음원은 12면체 무지향 스피커를 사용하였으며, 스피커의 위치 또한 KS F 2235에 따라 지정하였다. 스피커 배치는 음원에서 시험편까지의 최단 거리를 전체법(7 m)로 하였으며, 입사각도는 45° 이내로 설정하였다. 그에 대한 개략도는 Fig. 3과 같다. 모든 실험 간 스피커의 위치는 움직이지 않았다. 측정 기기는 주파수분석이 가능한 간이소음계를 사용하였다. 거실 기준으로 총 5점에서 수음 하였으며, 수음 지점은 모서리 4점과 중앙 1점이다. 모서리 4점은 벽면 및 거실 기준선으로부터 75 cm 이격시키고, 바닥으로부터 120 cm 높이에 위치하였다. 중앙 지점은 모서리 4지점의 대각선과 만나는 중앙점에 위치하였다. 각 창호의 위치와 측정 소음계의 위치 및 스피커의 대략적인 위치를 아래 Fig. 4에 나타냈으며, EEB가 설치되고 실험에 사용된 기존 창호의 도면 및 명칭을 Fig. 5에 나타냈다. 실험에 사용된 스피커 및 측정 장비를 Table 1에 나타냈다.

Fig. 3.

Speaker position in KS F 2235.

Fig. 4.

(Color available online) A-site floor plan and microphone and speaker positions.

Fig. 5.

Measurement window detail of A-site.

Fig. 6은 KS F 2235 스피커 위치에 따라 배치한 스피커와 창호를 나타낸 것이고, Fig. 7은 외부 전동블라인드의 외부와 내부 모습을 나타낸 것이다. Fig. 8은 소음계의 마이크로폰 교정 및 각 소음계의 위치를 나타낸 것이다. Fig. 9는 외부 전동블라인드 슬릿에 적용한 실링을 나타낸 것이다. 실링 재료는 두께 2 mm 정도의 흡음 성능을 가진 PE 재질의 방풍 테이프를 활용하였다.

Fig. 6.

(Color available online) Main window and loudspeaker position.

Fig. 7.

(Color available online) Inside and outside of EEB.

Fig. 8.

(Color available online) Microphone calibration and arrange.

Fig. 9.

(Color available online) Sealing detail of EEB.

추가실험 대상 현장 B는 전남 화순군에 위치한 단독주택이다. 이 현장 역시 거주자가 거주하고 있는 공간이며, 철근콘크리트 구조로 2층 주택이다. 그 외 실험 장비 및 진행 순서 모두 앞선 실험과 동일하게 적용하였다. 해당 현장의 평면과 마이크로폰의 위치 및 스피커의 위치를 Fig. 10에 나타냈으며, EEB가 설치되고 실험에 사용한 창호의 크기와 정보를 Fig. 11에 나타냈다. 아래 Fig. 12는 추가실험 현장 및 측정 위치, 외부 전동블라인드를 나타냈다.

Fig. 10.

(Color available online) B-site floor plan and microphone and speaker positions.

Fig. 11.

Measurement window detail of B-site.

Fig. 12.

(Color available online) Additional sites and measurements.

A 현장에서의 실험 순서와 각 순서별 내용은 Table 2와 같다. 표 내 Side Sealing은 외부 전동블라인드를 닫은 상태에서 상·하·좌·우 부분만을 보완한 것이고, Full Sealing은 외부 전동블라인드 슬릿 사이사이를 모두 보완한 것이다. B 현장에서의 실험 순서와 내용은 Table 3과 같다.

B 현장 단독주택의 경우는 실링 실험을 제외하고 외부 전동블라인드 자체의 저감 성능만을 확인하였다. 모두 소음계는 1번 위치에서부터 5번 위치까지 차례대로 측정하였다.

3.2 측정 결과

소음계 측정 시 주파수 분석은 1/3 옥타브밴드로 측정하였으며, 측정 주파수대역은 50 Hz ~ 10,000 Hz 범위를 측정하였다. 15 s간 측정한 값을 L_eq(dBA) 단일수치값으로 나타냈다. 등가소음레벨 측정 결과는 Table 4에 나타냈다.

또한 KS F 2235 전체법-스피커 결과량인 D_ls,2m,nT.w의 결과 산출을 위해 KS F 2862^[7]를 준용하여 공기 전달음 차단성능에 대한 단일 수치 평가량을 산출 하였다. 그 결과는 Table 5와 같다.

IV. 분 석

4.1 외부 전동블라인드의 실증 적용 및 차음성능 검증

먼저 외부 전동블라인드가 실제 거주 공간 창호에 설치되었을 때 차음성능을 검증하고자 하였다. 단일수치값 비교 결과 A 현장의 경우 전동블라인드는 1 dBA 정도의 매우 미미한 저감성능을 보였으나, B 현장의 경우 3 dBA의 저감성능을 나타냈다. 이 차이는 기존에 설치된 창호의 차음성능에서 가장 크게 나타난 것으로 판단된다.

A 현장의 경우 2중 유리를 사용한 단일 미서기창이고, B 현장의 경우 2중 유리를 사용한 2중 미서기창이다. 또한, 저감성능이 뚜렷하게 나타난 주파수대역을 비교했을 때 B 현장에 설치된 전동블라인드가 200 Hz ~ 5,000 Hz 까지 저감 하는 반면, A 현장에 설치된 전동블라인드는 800 Hz ~ 4,000 Hz 대역을 저감함을 확인하였다. 하지만 두 가지 분석 결과 모두 단순히 외부 전동블라인드의 차음성능이 좋지 못함을 검증한 결과이다. 이와 관련한 내용을 Figs. 13과 14에 나타냈다. 그 원인으로는 설치된 외부 전동블라인드의 가로 폭이 모두 2,500 mm 이상으로 재료가 경량 알루미늄으로 된 슬릿의 중앙부 처짐으로 인해 발생하는 틈새에 의한 것으로 사료 된다. 선행연구에서 검증한 6 dBA의 저감성능을 나타낸 외부 전동블라인드는 가로 폭이 1,250 mm로 슬릿간에 틈이 발생하지 않는 크기였다. 이와 같은 실험 결과 및 비교 분석을 통해 차음용 외부 전동블라인드의 개발에 슬릿 간 틈새가 생기지 않는 적절한 블라인드의 폭 또는 중앙이 처지지 않는 재료의 개발 등이 중요한 요점이 될 것으로 판단된다.

4.2 실내 커튼 개폐에 따른 외부 전동블라인드의 차음성능 변화

이 연구의 실험은 실제 거주자가 거주하는 공간에서 진행된 실증 실험이기 때문에 실외 및 실내, 음원 발생 및 수음 등에 통제하지 못하는 많은 음향적 변수가 포함되어 있다. 실험의 특성상 많은 변수를 모두 통제할 수 없으나 가장 큰 변수로 파악된 A 현장 실험 현장 실내의 커튼이 외부 전동블라인드의 차음성능에 어떠한 영향을 미치는지 파악하고자 하였다.

실험 결과인 Table 4에 따라 커튼이 설치된 실험의 차이값을 나타낸 것이 Table 6이다. 분석 결과 커튼의 장수나 유무에 따라 측정 결과는 1 dBA 이내로 유의미한 영향은 없음을 확인할 수 있었다. 소음원의 위치가 커튼이 설치된 측면 창호와는 멀리 있고, 음원의 대부분의 에너지가 외부 전동블라인드가 설치된 창호를 통해 전달되기 때문에 측면 창호를 덮고 있는 커튼으로 인한 차음 성능은 매우 미미한 것으로 파악하였다. 이 분석은 단순히 현장에 설치된 커튼으로 인한 외부 전동블라인드의 차음성능 변화를 파악하기 위한 것으로 실 거주공간에서의 측정 시 고려할 수 있는 변수에 대한 검증결과라 할 수 있다.

4.3 외부 전동블라인드 슬릿 틈새 보강을 통한 차음성능 분석 및 개선 방안

외부 전동블라인드를 닫았을 때 슬릿의 중앙 처짐으로 인해 슬릿 간 틈새가 발생한다. 슬릿이 길수록 즉, 외부 전동블라인드의 폭이 커질수록 간격이 커진다. 슬릿 사이에 생기는 틈새의 영향을 정확히 파악하기 위해 슬릿을 포함한 상부 모터 적재 공간 및 좌 우 틈새 그리고 블라인드 틀과 하부 슬릿의 공간을 모두 흡음성을 가진 2 mm 두께의 PE 접착 테이프로 충진 하였다. 향후 외부 전동블라인드의 차음성능 개선을 위해 먼저, 상·하·좌·우 틈새를 충진 하여 측정한 후 슬릿 사이를 모두 충진하고 측정하였다. 실험의 전반적인 상황은 Fig. 9와 같다. 외부 발생 소음 대비 두 상황의 추가 저감량을 Table 7에 나타냈다. 상·하·좌·우 틈새만을 충진했을 때는 0.7 dBA 정도의 미약한 성능을 보였지만, 추가로 슬릿 간 모든 틈새를 충진 했을 경우 2.1 dBA의 추가 차음성능을 확인하였다.

Fig. 13.

(Color available online) Noise insulation performance of EEB (A-site).

Fig. 14.

(Color available online) Noise insulation performance of EEB (B-site).

Fig. 15는 틈새를 모두 충진한 경우 확보할 수 있는 차음성능에 대해 영향을 미치는 주파수대역을 분석한 것이다. 빨간색 막대로 표시된 부분이 슬릿 간 틈새 충진을 통해 확보 할 수 있는 차음 성능으로 125 Hz ~ 2,500 Hz의 넓은 주파수 대역에서 저감성능이 향상 되었음을 확인하였다. 이와 같은 결과는 차양용으로 개발된 외부 전동블라인드의 차음성능을 확보하기 위해서는 가장 먼저 슬릿 간 틈새가 생기기 않도록 하는 것이 가장 효과적인 개선 방안임을 검증한 결과이다.

Fig. 15.

(Color available online) Improvement of EEB sound insulation performance of sealing.

V. 결 론

단순히 창호만으로 외부소음을 효과적으로 저감하기에는 한계가 있다. 외부소음을 가장 효과적으로 차단 할 수 있는 방법은 창호 외부에서 일차적으로 소음을 차단하는 방법이다. 외부 전동블라인드는 과도한 일조 차단 뿐 아니라 다양한 외부소음을 차단 하기 위한 하나의 방안이 될 수 있다. 이 연구에서는 외부 전동블라인드를 실제 거주자가 거주하는 공간에 설치하고 외부 소음 차단 성능을 평가 하였으며, 그 성능을 개선 할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 외부 전동 블라인드는 기존 창호 대비 약 2 dBA의 소음 저감성능을 나타냈다. 실험실에서 실험한 결과와는 4 dBA의 차이를 보이는데 이는 외부 전동블라인드의 크기 차이로 인해 발생하는 슬릿 처짐현상으로 슬릿 간 틈새에 의한 영향임을 확인하였다. 즉, 외부 전동블라인드는 폭이 좁을수록 슬릿 간의 긴밀성이 좋아 외부소음 차단성능이 좋아진다. 또한, 슬릿 간 틈새의 취약성을 보완하기 위해 틈새를 모두 기밀하게 시공한 후 측정한 결과 외부 전동블라인드만을 설치하였을 때 보다 2 dBA의 추가 저감성능을 보였다. 이는 외부 전동블라인드의 외부소음 저감 성능을 개선 하기 위한 하나의 방안으로 슬릿과 슬릿 간 틈새를 효과적으로 줄일 수 있는 제품 개발의 대안이 될 것이다. 이 연구는 차양용으로 개발된 외부 전동블라인드의 음향적 성능을 확인하고 나아가 차음용 외부 전동블라인드의 개발을 위한 기초연구로서 그 한계가 있다. 향후 연구에서는 슬릿 간 틈새 보완을 위한 새로운 슬릿 구조 또는 상부 모터 적재 부위에서의 흡음성능 개선 구조 등이 적용된 차음용 외부 전동블라인드에 대한 추가 검증 실험이 진행 되어야 할 것이다.