김용희 교수는 2011년 한양대학교 건축환경공학과에서 박사학위를 취득했으며, 일본 산업기술총합연구소(AIST)에서 2년간 박사후 연구원으로 근무했다. 이후, 한국건설생활환경시험연구원(KCL) 음환경센터에서 7년간 근무한 뒤, 지난 2020년 9월 영산대학교 건축공학과에 부임했다. 건축음향 및 소음・진동 분야 다양한 연구를 수행하고 있으며, 특히 기하음향학적 시뮬레이션 예측기법을 바탕으로 다양한 실내・외 공간의 음환경 설계를 주요 연구주제로 다루고 있다. 본 자유기고에서는 연구실에서 수행하는 주요 연구주제에 대해 소개하고자 한다.

1. 건축음향 설계 및 평가 분야

보다 나은 음환경 구축을 위해 공연장을 비롯한 모든 분야의 공간에서 적절한 건축음향에 대한 계획 및 설계가 필요하다. 이를 위해 설계 대상 공간의 사용 목적과 활용 범위에 대한 이해가 선행되어야 하며, 다양한 건축설계 대안의 음향적 효용성을 평가하기 위해 현장 측정, 컴퓨터 시뮬레이션 및 음향 축소모형 제작평가가 수반된다. 실내음향 성능은 기하음향학적 시뮬레이션을 구현하는 대표적인 음선추적방식의 예측 프로그램인 Odeon S/W를 이용하여 평가하고 있다. 그림 1은 연구실에서 최근 수행한 공연장 건축음향 계획 및 설계 사례를 나타낸다. 특히, 공연장에서는 기본적인 음향지표인 잔향시간과 음압을 적절하게 구현하면서, 공간감과 친밀감을 극대화하기 위한 설계 방법을 연구하고 있다. 이를 위해, 공연장 측벽에 설치하는 음향 확산체의 확산성능을 정량화하는 연구도 수행하고 있다. 공연장 외에도 그림 2와 같이 야외 테라스, 미술관, 종교공간, 오픈플랜사무실 등 다양한 실내 공간에 대한 현장 측정 기반의 음환경 평가 및 설계방법에 대한 연구를 수행하고 있다. 

[그림 1] 공연장 건축음향 설계사례

[그림 2] 다양한 실내・외 공간의 건축음향 설계 및 평가사례

최근에는 그림 3과 같이 소규모 오페라 공연장의 무대와 피트간의 음향밸런스 향상을 위한 건축음향 개선 방안 연구를 수행하였으며, 원형평면 공연장에서 무대음향 성능 향상을 위한 이동식 반사판과 천장 반사판의 영향에 대한 연구를 수행하고 있다. ISO 23591에 따른 음향 연습실의 설계방법에 대한 연구와 같이 신규 개발된 ISO 방법론을 실제적인 평가방법으로 적용하기 위한 연구도 수행하고 있다. 또한, 파라메트릭 설계방법의 확대를 위해 한국연구재단의 지원으로 음환경 최적화 시뮬레이션 기법에 대한 연구를 수행하고 있다. 물리적인 음환경 개선방안 외에도 연구실 내 구축한 청감실험실을 이용해 재실자의 청감반응 및 선호도에 영향을 주는 음향지표에 대한 연구를 수행하고 있다. 또한, 청각과 시지각의 다중인지에 따른 상호작용의 영향을 다양한 실내공간의 설계사례와 연계하여 연구하고 있다.

2. 건축물 내 소음진동 제어 분야

건축물 내에 발생하는 다양한 소음 및 진동의 제어는 재실자에게 정온한 음환경을 제공하기 위해 매우 중요한 분야이다. 특히, 바닥충격음 분야는 큰 사회문제로 대두되어, 연구실에서는 다양한 실증적인 연구들을 수행하고 있다.

공동주택의 바닥구조는 법에 따라 바닥충격음을 충분히 저감할 수 있도록 사전 성능이 검증된 재료로 구성될 필요가 있다. 이에 따라, 요소기술로서 다양한 소재를 이용한 바닥구조의 개발을 완충재 제조사와 함께 개발하고 있다. 특히, EVA를 이용한 복합구조에서 제진층의 삽입을 통한 진동제어에 대해 연구하고 있다. 또한, 대부분의 바닥구조가 59타입과 84타입의 표준 평면에서 평가된 저감성능을 바탕으로 개발되기 때문에, 구조체가 다른 실제 현장에서 실험실 저감성능과의 큰 괴리가 발생하고 있다. 이에 따라, 사전에 평가한 바닥 맨슬라브의 특성을 바탕으로 그림 4와 같이 적절한 완충 저감구조의 선정에 대한 연구를 수행하고 있다. 또한, 그림 5와 같이 바닥충격음 저감성능 결정에 영향을 미치는 설계요인을 진단을 바탕으로 건축 시공 중 적용할 수 있는 바닥충격음 품질관리 방안에 대한 연구르 수행하고 있다.

[그림 4] 구조체 맞춤형 저감구조 선정 개요

[그림 5] 시공 중 설계요인 진단을 통한 공동주택 시공 중 품질관리 개요

최근에는 바닥충격음 사후확인제 도입에 따른 현안과제에도 참여하여, 바닥충격음 피해 손해배상 관련 한국구조물진단유지관리공학회 컨소시엄으로 성능기준 초과시 적용할 수 있는 배상기준에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 한국토지주택공사에서 발주한 바닥충격음 보완시공에 대해 한국소음진동공학회 컨소시엄으로 참여해 실증실험을 포함한 최적 보강방안에 대한 연구를 수행하고 있다. 또한, KOMERI와 연계하여 바닥매트와 같은 표면마감재의 바닥충격음 저감성능에 대한 실험환경의 영향과 표면의 충격흡수성 시험을 통한 간이측정법 개발 연구를 수행하고 있다.

3. 환경소음 예측 및 평가 분야

연구실에서는 건축물 내에서의 음향설계와 소음진동 제어 외에 환경소음 분야의 연구도 활발히 수행하고 있다. Cadna-A를 이용한 야외에서의 소음전파 예측방법을 바탕으로 공동주택 및 주상복합 등 다양한 건축물의 실외소음도 추정에 대한 연구를 수행하였으며, 최근에는 그림 6과 같이 아파트 입면 형상을 통한 외부 교통소음 저감방안에 대한 연구를 수행하고 있다. 이때, 외피에 설치되는 차양 형태 구조물의 시각적 방해도와 더불어 에너지 측면에서 냉방부하의 저감량에 대한 복합연구를 수행하고 있으며, 광선반으로서 실내 자연채광 증진도에 대한 평가도 수행하고 있다.

[그림 6] 공동주택 입면 설계를 통한 외부소음 저감 및 에너지 성능 향상 연구 사례

또한, 방음벽이나 저소음포장 등 다양한 교통시설의 소음저감 장치에 대한 연구를 수행하고 있다. 특히, KCL 및 한국엔브이와 공동으로 저소음 배수성포장 시험시공구간에 대한 소음저감량의 경년변화 특성을 CPX와 갓길 등가소음 측정 방법으로 평가하는 연구를 그림 7과 같이 수행하고 있다. 방음터널은 단면 형상에 따른 소음저감 특성을 예측하는 연구를 수행하고 있으며, 최근에는 고속도로 투명방음벽의 물성에 따른 관리방안 연구를 ㈜팀버웨어와 공동으로 추진하고 있다.

[그림 7] CPX 및 갓길 등가소음 측정법을 이용한 저소음 포장 성능의 현장평가 사례

환경 소음저감뿐만 아니라, 그림 8의 사례와 같이 신호음 음질 특성 및 실내외 음풍경에 대한 연구를 수행하고 있으며, 한국환경산업기술원 지원으로 생활소음 분야 부합화 표준을 개발하는 연구도 수행하고 있다.

[그림 8] 신호음 음질 특성 및 대형마트 내 음풍경조사 연구 사례

4. 기타 연구 분야

위 세가지 분야 이외에도 연구실에서는 그림 9와 같이 드론 소음의 표준화 연구를 민군규격표준화사업을 통해 건국대학교 및 KCL과 공동으로 수행하고 있다. 이를 위해 다양한 드론(초경량무인비행기) 제품의 소음 특성을 실내 및 야외 조건에서 측정하였으며, 측정결과를 바탕으로 KS 표준(KS W 9201:2024)을 도출하였다. 또한, 모듈러 건축물을 대상으로 보행가진에 따른 바닥진동 사용성 평가를 수행하고 있으며, 최근에는 야외 목재 데크의 소음진동 특성에 대한 연구를 KOMERI와 공동으로 수행하고 있다. 한편, 국립산림과학원 지원으로 그림 10과 같이 CLT 목구조 공동주택의 효과적인 바닥충격음 저감성능 실험을 위한 박스형 시험실의 음장개선 연구를 수행하였다.

[그림 9] 드론 소음 표준화 연구 개요

[그림 10] CLT 목구조의 바닥충격음 실험동 음장개선 연구 사례

5. 맺음말

영산대학교 건축음향디자인연구실은 사람의 음환경에 대한 실제적인 인지 특성을 바탕으로 우리 주변의 모든 실내 및 야외 음환경을 적극적으로 설계하여 보다 나은 음환경을 제공하는데 기여하고자 한다. 이를 위해, 다양한 분야와의 협력연구를 적극적으로 수행할 예정이다.