Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
[ Article ]
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering - Vol. 29, No. 2, pp.206-215
ISSN: 1598-2785 (Print) 2287-5476 (Online)
Print publication date 20 Apr 2019
Received 20 Dec 2018 Revised 14 Feb 2019 Accepted 14 Mar 2019
DOI: https://doi.org/10.5050/KSNVE.2019.29.2.206

노후 공동주택 바닥구성층 수선에 따른 충격음 차단성능 개선

김신태* ; 조현민* ; 김명준
Study on Improvement of Floor Impact Sound Insulation Performance in Repairing Floor Layers of Aged Apartment
Sin-Tae Kim* ; Hyun-Min Cho* ; Myung-Jun Kim
*Member, Department of Architectural Engineering, University of Seoul

Correspondence to: Member, Department of Architectural Engineering, University of Seoul E-mail: mjunkim@uos.ac.kr
‡ Recommended by Editor Jong Kwan Ryu


© The Korean Society for Noise and Vibration Engineering

Abstract

This study was conducted to investigate the effects of improving the impact sound insulation performance of the floor by repairing the floor structure under 120 mm slab of an aged apartment. This paper focuses on the changing impact sound performance due to frequency band according to the changing floor layer. In the experiment, we measured the structure of the bare slab, existing floor, developed floor, and developed floor with ceiling system. Experiments were conducted using heavy and light-weight impact sources. The impact sound insulation performance improved when the floor structure was changed and the reduction performance in a low-frequency band of 63 Hz was considered insufficient. The results prove that there is an increasing need to study the noise reduction method considering the remodeling of aged apartments.

Keywords:

Aged Apartment, Floor Impact Sound, Insulation Performance, Reduction Design, Floor Structure

키워드:

노후 공동주택, 바닥충격음, 차단성능, 저감 설계, 바닥 구조

1. 서 론

국내의 공동주택은 세대간 인접하고 있는 구조로 이루어져 세대별 생활소음이 이웃세대에게는 쾌적한 생활을 방해하는 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 2004년 이후 건축된 공동주택의 경우 층간소음 저감 법적 성능기준과 인정바닥구조와 같은 제도의 규제를 통해서 바닥충격음을 저감시키고 이웃 간의 갈등을 완화시키기 위해 노력하고 있는 추세이다. 하지만 2004년 이전에 공급된 기존 공동주택의 경우 바닥충격음 뿐만 아니라 여러 측면에서 고려되어야 할 부분들이 미흡한 실정이고, 건축물이 노후화됨에 따라서 기존의 성능마저 저하되면서 거주자들의 주거환경은 더욱 악화되고 있다.

노후된 기존 공동주택의 슬래브 두께는 120 mm ~ 150 mm가 대부분이며, 이는 현행 주택법에서 규정하고 있는 콘크리트 슬래브 두께인 210 mm와 비교하면 60 % ~ 70 % 정도의 수준으로 얇은 실정이다. 최근에는 노후된 공동주택의 소음 관련 성능을 개선하기 위해 리모델링에 대한 관심이 높아지고 있는 추세이나, 리모델링은 콘크리트 슬래브 두께를 증가시킬 수 없는 한계를 가지고 있다. 따라서 리모델링 시 슬래브 위 바닥 상부구조와 천장구조의 수선을 통해서 바닥충격음 등 주택의 성능 개선을 위한 노력이 이루어지고 있다.

기존의 연구(1~3)에서는 다양한 공동주택의 측정을 통해 슬래브 두께와 평면에 따른 바닥충격음 차단성능을 분석한 관련 연구가 진행되어 왔다. 중량충격음의 경우 뜬바닥 구조에서 나타나는 주파수 특성이 63 Hz를 포함한 저주파수 대역의 충격음 차단성능 저감 효과가 미미하거나 오히려 증가한다는 연구결과를 확인하였다(4). 하지만 뜬바닥 구조에서 슬래브 두께와 완충재의 동탄성계수와 두께에 따라 중량충격음 저감효과가 있는 것으로 나타났으며(5), 중량충격음에 충격원에 따라 완충재의 동탄성계수에 의한 영향도 있는 것으로 나타났다(6). 바닥마감재 관련 연구(7,8)에서 경량충격음은 마감재를 통해 충격음 레벨이 저감되는 것을 확인하였고, 고무공 충격원의 경우는 마감재의 내부 구성에 따라 주파수 대역별 변화에 영향을 끼치는 것을 확인하였다.

이 연구에서는 노후된 공동주택 리모델링 시 콘크리트 슬래브를 제외한 바닥구성층 수선을 통해 각 저감 설계요소 적용 시 바닥충격음 차단성능을 개선하기 위한 방안을 제시하는데 목적이 있다.


2. 실험 개요

2.1 실험대상 공동주택 및 바닥구성층 개요

노후된 기존 공동주택에 바닥충격음 저감요소 기술들이 복합 적용되었을 때의 차단성능을 파악하기 위해 인천소재의 ◯◯아파트 재건축 현장의 1개 세대를 실험대상 세대로 선정하였다. 실험대상 세대의 전용면적은 65 m2, 바닥슬래브 두께는 120 mm이다. 측정은 선정된 세대의 안방과 거실에서 측정을 진행하였으며 두 개 실에서 모두 같은 구조에서 측정을 진행하였다. 측정에 진행된 바닥구조로는 기존 대상세대의 조건과 해당 바닥구조를 철거 후 나슬래브 상태에서의 바닥충격음 차단성능을 각각 평가하였다. 또한 개선된 바닥구조(뜬바닥 구조) 설치 후의 바닥충격음 차단성능과 개선된 바닥구조 하부의 천장구조를 설치 후의 바닥충격음 차단성능으로 나누어 측정을 진행하였다. 실험 case의 상세조건과 바닥구조는 Table 1에 나타내었다.

Experimental conditions and floor system applied to the test room

개선 바닥구조의 경우 콘크리트 슬래브 120 mm 상부에 바닥충격음 저감을 위해 완충재 EPS 20 mm (20 MN/m3), 리모델링을 위한 경화속도가 빠른 혼합기포 콘크리트 45 mm와 마감몰탈 55 mm를 설치하여 노후 공동주택 현장에 설치하여 나타나는 충격음 성능을 확인하고자 하였고, 추가로 바닥마감재 6 mm 설치한 구조로 현장 측정을 진행하였다. 또한 바닥충격음 차단성능을 향상시키기 위해 천장구조(S-NF, no hanger-flat type)를 설치하였다. 현장에 설치된 천장구조의 형태로는 천장을 통해 전달되는 고체전달음을 최소화하기 위해 벽체지지를 활용한 모듈을 사용하여 구조체를 고정하였고, 공기층 두께는 200 mm를 두었다. 천장구조 내부의 흡음재(poly-ester 24K 50 mm)를 추가하여 슬래브를 통해 전달되는 소음을 저감시키기 위하여 천장구조 설치를 진행하였다.

기존현장 조건의 바닥구조와 개선된 바닥구조 및 천장구조의 상세단면도는 Fig. 1과 같다. 또한 Fig. 2는 실험대상 재건축 아파트 및 세대 내에서의 측정 모습을 나타낸 것이다.

Fig. 1

Cross section of floor structure

Fig. 2

View of experimental site and measurements conditions

2.2 실험 방법

이 연구에서는 KS F 2810-1~2에 의거하여 바닥충격음 차단성능 측정을 진행하였다. 측정세대인 안방과 거실의 가진 위치는 실의 면적이 14 m2미만으로 중앙지점을 포함하여 4개소에서 벽체에서 50 cm 이격시킨 거리의 가진 위치 5개소를 선정하였다. 수음실의 마이크로폰 설치 위치는 세대의 문의 인접한 곳을 제외한 4개소를 선정하였으며 Fig. 3과 같다.

Fig. 3

Impact and receiver points on the floor plan

바닥충격음 차단성능 평가방법으로는 KS F 2863-1~2에 맞춰 제시된 역 A 특성을 활용하여 단일수치 평가량(Li,Fmax,Aw, Ln,Aw)을 통해 평가를 진행하였다.

측정결과 분석은 1/3 옥타브밴드를 활용하여 분석을 진행하였으며, 측정에 사용된 장비는 표준 중량충격원 특성 1(이하 뱅머신)과 특성 2(이하 고무공 충격원)를 모두 활용하였다. 경량충격음의 경우 표준 경량충격원(이하 태핑머신)을 통해 측정을 진행하였다.

측정장비는 다채널 소음분석기(dB4 – 4ch(01 dB), SA - 02(Rion))를 통해 진행되었으며 주파수 분석 소프트웨어(dB Trait)를 활용하여 분석을 진행하였다.


3. 실험 결과 및 분석

3.1 상부바닥구조 구성에 따른 실험결과

(1) 안방 측정 결과

가. 나슬래브 대비 기존 바닥구조 비교

Fig. 4의 case 1과 case 2 조건에 대한 바닥충격음 레벨 비교를 통해 나슬래브 구조 대비 기존 현장의 표준 충격원별 차단성능을 나타내었다. 또한 Table 2에서 충격원별 나슬래브 구조와 기존 바닥구조의 단일수치 평가량과 저감량을 나타내었다.

Fig. 4

Floor impact sound according to different floating floor structures without ceiling measured using three types of the impact sources in the bed room (case 1: bare slab, case 2: bare slab + existing floating floor, case 3: bare slab + developed floating floor)

Single number quantities and amount of noise reduction for three impact sources (case 1: bare slab, case 2: bare slab + existing floating floor, case 3: bare slab + developed floating floor)

Fig. 4(a)를 통해 고무공 충격원의 측정결과를 분석한 결과, 나슬래브 구조 대비 기존 현장의 바닥구조에서 125 Hz 이하의 주파수 대역과 250 Hz 이상의 중고주파수 대역에서 바닥충격음 레벨이 저감되는 것을 확인할 수 있었다.

하지만 125 Hz ~ 200 Hz에서 저감성능이 미비하거나 바닥충격음 레벨이 약간 높게 나타난 주파수 대역도 나타났다. 단일수치 평가량은 상부 바닥구조에 의해 2 dB 저감된 것을 확인하였다. 마찬가지로 뱅머신의 경우도 전반적으로 고무공 충격원의 주파수특성과 유사한 경향을 나타내었다. 단일수치 평가량은 나슬래브 대비 4 dB 저감된 것으로 나타났다.

태핑머신의 경우 나슬래브 구조 대비 기존 현장의 바닥구조가 바닥 두께가 두껍고, 바닥표면마감재로 인해 전주파수대역에서 바닥충격음 레벨이 저감되는 것을 확인하였다. 단일수치 평가량 비교 시 14 dB의 저감성능을 나타냈다. 이는 바닥 두께 증가의 영향보다 바닥마감재의 영향이 큰 것으로 사료된다.

나. 나슬래브 대비 개선 바닥구조 비교

Case 1의 120 mm 나슬래브 구조 대비 case 3의 완충재 EPS 20 mm와 경량기포콘크리트 45 mm, 마감몰탈 55 mm와 바닥 표면마감재 6 mm를 설치한 선 바닥구조(뜬바닥 구조)의 안방에서의 바닥충격음 차단성능 측정결과를 Fig. 4를 통해 비교·분석하였다.

고무공 충격원의 측정결과인 Fig. 4(a) case 1과 case 3을 통해 확인한 결과, 저주파수 대역과 고주파수 대역에서도 바닥충격음 레벨이 저감되는 것을 확인하였으며, 주파수 대역별로 5 dB ~ 18 dB 저감된 것을 확인할 수 있었다. 뱅머신도 고무공 충격원과 마찬가지로 주파수 대역별 경향성이 유사하게 나타나는 것을 확인하였다. 이러한 저감 효과는 개선 바닥구조를 뜬바닥 구조로 설계하여 내부 완충재의 성능이 효과적으로 발휘되었기 때문인 것으로 판단된다.

태핑머신의 경우 중량충격음 대비 주파수 대역별 저감폭과 단일수치 저감량이 보다 크게 나타났다. 이는 앞서 기존 바닥구조의 바닥 표면마감재 보다 두꺼운 마감재 및 뜬바닥 구조 설치에 의한 영향인 것으로 파악된다.

또한, 단일수치 평가량은 고무공 충격원의 경우 64 dB에서 55 dB로 9 dB 저감되었고, 뱅머신의 경우 60 dB에서 52 dB로 8 dB 저감되었으며, 경량충격음은 80 dB에서 58 dB로 22 dB 저감된 성능을 확인하였다.

다. 기존 바닥구조 대비 개선 바닥구조 비교

개선 바닥구조 시공으로 인한 슬래브 상부의 바닥충격음 저감효과를 검토하기 위해 기존현장의 바닥구조의 조건 case 2와 기존 바닥구조를 뜬바닥 구조로 변경한 개선 바닥구조 case 3의 바닥충격음 레벨을 Fig. 4의 (a) ~ (c)를 통해 비교하였다. 또한, 실험 case의 단일수치 평가량과 저감량을 비교하여 Table 2로 나타내었다.

고무공 충격원의 경우 개선 바닥구조를 설치하였을 때 기존 바닥구조 대비 63 Hz의 저주파수 대역에서 바닥충격음 레벨의 저감은 확인하기 어려웠으며, 125 Hz 이상 주파수 대역에서 저감이 이루어지는 것을 확인하였다. 중고주파수대역에서 바닥충격음 레벨의 저감으로 인해 단일수치 평가량은 62 dB에서 55 dB로 7 dB 저감되는 것을 확인하였다. 뱅머신의 경우 주파수대역 결과를 검토한 결과, 뜬바닥 구조를 설치하였을 때의 주파수대역의 저감성능은 미비하게 나타났으며, 특히 63 Hz 이하의 특정주파수 대역에서 바닥충격음 레벨이 기존 바닥구조보다 약간 증가된 경우도 확인하였다. 마찬가지로 100 Hz ~ 1000 Hz 대역을 제외한 고주파수 대역에서는 기존바닥구조의 충격음레벨보다 높게 나타나는 주파수대역 또한 확인하였다. 이는 완충재를 포함한 개선 바닥구조가 중량충격음의 저주파수 대역에서 효과적으로 바닥충격음 레벨을 저감하기에는 제한적임을 보여주는 것으로 판단된다.

태핑머신의 경우 개선 바닥구조를 설치함으로써 100 Hz 이하의 저주파수 대역에서는 바닥충격음 레벨이 높게 나타나는 것을 확인하였으며, 단일수치 평가량을 결정하는 125 Hz ~ 2000 Hz에서는 2.7 dB ~ 11.7 dB의 충격음 레벨이 저감되는 것을 확인하였고 단일수치 평가량은 6 dB 저감되는 것으로 평가되었다. 나슬래브 대비 저감량과 비교하여 낮은 저감량을 나타냈다. 이는 기존 바닥구조과 개선 바닥구조 모두 바닥마감재의 존재로 인해 주파수대역의 저감이 큰 폭으로 나타나지 않은 것이라 판단된다.

슬래브 상부의 바닥구성층만 고려하였을 때 개선 바닥구조가 기존 현장의 바닥구조의 두께보다 얇아졌지만 단일수치 평가량으로 4 dB ~ 7 dB의 바닥충격음 저감성능이 향상된 것을 확인하였다. 이는 무엇보다 개선 바닥구조를 뜬바닥층으로 설계함에 따라 얻어진 결과로 사료된다.

(2) 거실 측정결과

가. 나슬래브 대비 기존 바닥구조 비교

앞서 진행된 안방의 나슬래브 대비 기존 바닥구조를 거실에서 동일하게 설치 후 측정을 진행하였으며, 측정결과는 Fig. 5의 case 5, 6과 같으며, 단일수치 평가량과 저감량은 Table 3에 나타내었다.

Fig. 5

Floor impact sound according to different floating floor structures without ceiling measured using three types of the impact sources in the living room (case 5: bare slab, case 6: bare slab + existing floating floor, case 7: bare slab + developed floating floor)

Single number quantities and amount of noise reduction for three impact sources (case 1: Bare slab, case 2: Bare slab + existing floating floor, case 3: bare slab + developed floating floor)

Fig. 5(a)를 통해 고무공 충격원 측정결과를 분석한 결과, 안방의 고무공 충격원 측정결과와 유사한 주파수 대역별 결과를 나타내었으며 마찬가지로 나슬래브 측정결과보다 충격음 레벨이 증가하는 주파수대역을 나타남을 확인할 수 있었다.

하지만 단일수치 평가량은 안방의 측정결과보다는 낮은 단일수치 값을 보였으며, 저감폭도 더 높게 나타났다. 뱅머신의 경우 2000 Hz 이하의 주파수 대역에서는 안방과 유사한 경향의 주파수대역 특성을 보였지만, 2000 Hz 이상의 주파수 대역에서는 나슬래브 구조의 측정결과보다 바닥충격음 레벨이 높아지는 경향을 보였다. 경량충격음의 경우 250 Hz 대역에서 나슬래브 대비 높은 저감성능을 나타내었으며, 이에 따라 단일수치 평가량도 74 dB에서 57 dB로 높은 저감성능을 나타냈다.

나. 나슬래브 대비 개선 바닥구조 비교

Fig. 5의 case 5, 7 비교를 통해 나슬래브 구조 대비 개선 바닥구조의 충격원별 측정결과를 분석하였으며, Table 3을 통해 단일수치 평가량과 저감량을 나타내었다.

거실에서 나슬래브 구조와 개선 바닥구조의 고무공 충격원 가진 시 나타나는 1/3 옥타브밴드의 주파수 특성을 분석한 결과, 안방 측정 결과와 마찬가지로 분석한 주파수대역에서 모두 저감되는 것을 확인하였으며, 125 Hz 이상의 주파수 대역에서 큰 폭으로 바닥충격음 레벨이 저감된 것을 확인하였고, 단일수치 평가량 또한 59 dB에서 50 dB로 저감된 것으로 나타났다. 충격력이 강한 뱅머신의 경우 안방 측정결과와 달리 뜬바닥 구조의 특성에 따라 중저주파수 대역의 중량충격음에서 저감성능이 거의 나타나지 않았으며, 200 Hz ~ 4000 Hz의 주파수대역에서는 저감성능이 나타나는 것을 확인하였다. 이로 인해 나슬래브 구조 대비 개선 바닥구조에서 단일수치 평가량이 5 dB 저감된 것으로 나타났다.

태핑머신의 경우 125 Hz 이하의 주파수 대역에서는 바닥충격음 저감성능이 미비하게 나타났다. 하지만 단일수치 평가량의 영향을 미치는 중심주파수 대역의 저감량이 큰폭으로 저감되는 것으로 나타났고, 나슬래브 구조의 74 dB에서 개선 바닥구조를 설치한 후 50 dB로 된 것을 확인하였다.

안방 측정결과와 비교 시 단일수치 평가량은 더 낮게 나타났지만 저감량 차이는 비슷한 것으로 보이며, 안방과 거실 같이 평면이 다른 조건에서도 저감 성능은 유사하게 나타나는 것으로 분석되었다.

다. 기존 바닥구조 대비 뜬바닥 구조 비교

앞서 안방과 마찬가지의 구조로 거실에서 충격원 별로 측정을 진행하였으며 Fig. 5의 case 6, 7을 통해 1/3 옥타브밴드의 결과를 나타내었고, Table 3을 통해 단일수치 평가량과 저감량을 나타내었다.

Fig. 5(a)의 고무공 충격원 측정결과, case 6의 기존 현장의 비뜬바닥 구조에서 case 7의 뜬바닥 구조로 바닥구조 변경 시 주파수 대역별 저감된 성능을 확인하였으나, 저감되는 폭이 크지 않게 나타났다. 안방과 마찬가지로 저주파수 대역보다 125 Hz 이상의 중고주파수 대역에서의 저감이 크게 나타났다. Fig. 5(b)의 뱅머신의 경우 특정 주파수 대역에서 case 6의 기존 현장의 바닥구조보다 바닥충격음 레벨이 증가된 주파수 대역을 확인할 수 있었으며, Fig. 5(a)의 고무공 충격원과 마찬가지로 저주파수 대역의 저감효과는 보이지 않았으며 250 Hz 이상의 주파수 대역에서 적게나마 바닥충격음 레벨이 감소한 것을 확인하였다. 하지만 같은 구조의 안방과 비교하여 더 낮은 바닥충격음 레벨의 감소를 확인할 수 있었다. 태핑머신의 경우도 안방의 측정결과와 유사한 주파수 대역 결과를 나타냈으며 125 Hz 이하의 저주파수대역과 2000 Hz 이상의 고주파수 대역에서 case 6의 기존 현장의 바닥구조 대비 바닥충격음 레벨이 증가하는 경향이 나타나는 것으로 분석되었다. 또한 단일수치 평가량의 저감폭도 마찬가지로 7 dB 저감됨으로써 안방과 유사한 저감량을 나타냈다.

안방 측정결과와 비교하였을 때, 단일수치 저감량과 충격원 별 주파수대역의 특성도 마찬가지로 큰 차이 없이 유사하게 분석되어 실의 평면형태의 따른 충격음의 차이는 미비한 것으로 분석되었다.

3.2 개선 바닥구조 하부의 천장구조 설치에 따른 비교

일반적으로 바닥슬래브에 연결하여 천장구조 시공하는 방식과 달리, 벽체지지를 활용하여 고안된 천장시스템(Fig. 1(b) 참조)을 설치·적용하였을 때, 바닥충격음 차단성능의 변화를 검토하였다. 천장구조 유무에 따른 바닥충격음 레벨을 안방의 경우 각각 case 3과 case 4를, 거실의 경우 case 7과 case 8을 비교하였다. 측정결과는 1/3 옥타브 밴드를 통해 주파수대역 분석을 진행하였으며, Fig. 6(a) ~ (c)를 통해 나타내었고 각 실의 충격원별 단일수치 평가량과 저감량은 Table 4와 같다.

Fig. 6

Comparison to floor impact noise level of developed floor structure and ceiling system installation

Single number quantities and amount of noise reductions for three impact sources (case 3, 7: developed floating floor, case 4, 8: developed floating floor + ceiling system)

안방과 거실의 고무공 충격원 측정결과를 Fig. 6(a)를 통해 나타내었다. 주파수 대역 측정결과를 비교한 결과, 안방에서 거실보다 높은 저감성능을 나타냈으며, 안방의 63 Hz ~ 500 Hz 대역에서 약 6.3 dB의 저감성능을 보였으며, 특히 63 Hz 대역의 저감성능이 9.2 dB로 가장 높게 나타났다. 하지만 뱅머신의 경우 안방과 거실 모두에서 고무공 충격원과 달리 저감성능이 나타나지 않았으며, 주파수대역별 비교를 진행한 결과, 안방에서 125 Hz ~ 500 Hz 대역에서는 바닥충격음 레벨이 증가된 것을 확인하였고 거실 측정결과도 안방과 유사한 주파수대역별 저감량이 나타나는 것으로 분석되었다. 단일수치 평가량은 천장구조가 없는 개선 바닥구조와 같은 52 dB의 성능을 나타내었다.

경량충격음의 경우 안방과 거실에서 125 Hz ~ 2000 Hz에서 모두 바닥충격음 저감을 위해 설치된 벽체지지형 천장구조(S-NF, no hanger-flat type) 설치 후의 안방의 경우 주파수대역별 평균 7.6 dB, 거실의 경우 약 5.4 dB의 높은 저감성능이 나타나는 것으로 분석되었다. 거실보다 안방에서 더 높은 저감성능을 보였으며, 안방의 250 Hz 대역에서 8.9 dB로 가장 큰 폭으로 저감되는 것을 확인하였다. 단일수치 평가량도 안방의 경우 58 dB에서 46 dB로 12 dB 저감되었으며 거실의 경우 50 dB에서 45 dB로 저감되었다. 이는 천장구조의 내부 공기층과 천장구조 내부 충진재(poly-ester 50 mm, 24K)의 영향으로 경량충격음의 중고주파수의 충격음이 효과적으로 저감된 것으로 판단된다.

전반적으로 벽체 지지형 천장 시스템의 경우, 설치 유무에 따라 고무공 충격원과 태핑머신에서는 천장구조 지지형식, 내부중공층 및 중공층내 흡음재 설치 등에 의해 5 dB 이상 저감효과가 있는 것으로 평가되었다. 그러나 상대적으로 충격력이 큰 뱅머신의 경우 저주파수대역에서 중공층 형성과 중공층내 흡음재의 흡음효과가 유효하게 작용하지 않아 저감효과를 뚜렷하게 나타내지 못하는 것으로 판단된다.

3.3 기존 바닥구조 대비 개선 바닥구조(천장구조 포함)의 차단성능 비교

노후된 공동주택의 현장에서 바닥구조 상·하부 개선에 따른 바닥충격음 차단성능의 측정결과를 분석하였다. 측정은 안방과 거실에서 중량충격음과 경량충격음 모두 통해 1/3 옥타브 밴드를 통해 비교·분석하였으며 Fig. 7을 통해 나타내었다. 또한 안방과 거실의 충격원별 단일수치 평가량과 저감량은 Table 5와 같다.

Fig. 7

Comparison to floor impact noise level of existing floor system and developed floor system with ceiling

Single number quantities and amount of noise reduction for three impact sources (case 2, 6: existing floating floor, case 4, 8: developed floating floor + ceiling system)

고무공 충격원의 경우 Fig. 7(a)와 같이 63 Hz ~ 500 Hz 대역에서 안방과 거실 모두 기존 바닥구조 대비 바닥충격음 레벨이 저감되는 것을 확인하였다. 실 평면의 구분 없이 주파수 대역별로 모두 큰 폭으로 바닥충격음 저감성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었으며, 또한 Table 5에서 단일수치 평가량도 안방의 경우 14 dB, 거실의 경우 10 dB 저감되었으며, 거실에서 더 낮은 단일수치 평가량이 나타나는 것으로 분석되었다. Fig. 7(b)의 안방 뱅머신의 주파수 대역별 결과를 비교한 결과 63 Hz 대역에서 바닥충격음 레벨이 약 1 dB 증가한 것을 확인할 수 있었으며, 거실도 마찬가지로 바닥충격음 레벨이 감소되지 않는 것으로 분석되었다. 이는 완충재를 포함한 개선 바닥구조의 특성상 63 Hz 대역의 취약한 특성이 나타난 것으로 사료된다. 이외의 125 Hz ~ 500 Hz 대역에서는 안방 약 4.2 dB, 거실 약 4.6 dB의 충격음 레벨의 저감을 확인하였으나, 고무공 충격원보다는 낮은 저감성능을 나타내었다.

태핑머신의 주파수 대역 특성과 단일수치 평가량은 안방과 거실에서 비슷한 성능수준을 보였다. 하지만 안방에서 500 Hz ~ 2000 Hz 대역에서 각각 2.3 dB, 4.7 dB, 3.8 dB의 더 높은 저감성능이 나타나는 것으로 분석되었다.

이는 기존의 안방의 바닥충격음 레벨이 더 높게 나타난 결과이며, 안방과 거실의 단일수치 평가량은 45 dB로 같은 바닥충격음 레벨 성능을 보였다.

전반적으로 시공에 따른 단일수치 평가량은 표준 충격원에 따라 3 dB ~ 18 dB의 저감효과를 보였다.


4. 결 론

두께 120 mm 슬래브를 갖는 노후 공동주택 현장에서 바닥구성층 수선을 통한 바닥구조 시스템을 시공하여 바닥충격음 차단성능을 측정·분석한 결과를 정리하면 다음과 같다.

  • (1) 나슬래브(t = 120 mm) 구조의 바닥충격음 차단성능은 슬래브 상부에 바닥구성층을 갖는 기존 바닥구조와 개선 바닥구조(천장 제외)에 비해 단일수치 평가량이 고무공충격원 2 dB ~ 9 dB, 뱅머신 3 dB ~ 8 dB, 태핑머신 14 dB ~ 24 dB 높은 것으로 평가되었다.
  • (2) 뜬바닥층 시공과 비닐계 바닥마감재(t = 6 mm)를 적용한 개선 바닥구조는 기존 바닥구조(천장 제외)에 비해 대체로 63 Hz의 저주파수대역을 제외한 주파수대역에서 저감효과가 상대적으로 뚜렷한 것으로 평가되었다.
  • (3) 뜬바닥 구조와 상부슬래브와 절연시키면서 중공층 내 흡음재를 갖는 천장시스템을 시공한 개선 바닥시스템은 기존 구조에 비해 고무공충격원 10 dB ~ 14 dB, 뱅머신 3 dB ~ 4dB, 태핑머신 12 dB ~ 18 dB의 저감효과를 갖는 것으로 평가되었다. 표준충격원에 따라 저감효과에 큰 차이를 보이며 대체로 중고주파수영역에서 저감효과가 보다 유효한 것으로 분석되었다.

이 연구는 최근 공동주택에 비해 바닥충격음 차단성능이 열악한 노후 공동주택을 대상으로 성능 향상을 모색하기 위한 일환으로 이루어졌다. 일정수준 이상의 성능향상을 위해서는 수선의 규모도 그에 따라 커져야 하며, 수선 시 층고 저하의 최소화 등 실질적인 설계상의 제한요인도 극복해야 함을 인식할 수 있었다. 향후 노후 공동주택의 리모델링 시 또는 성능 개선이 시급한 경우 등을 고려하여 효율적인 바닥충격음 저감방안에 대한 연구가 지속적으로 필요하다고 판단된다.

Acknowledgments

이 논문은 2015년도 서울시(서울산학연)의 제원으로 서울산업기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구임(No. PS150001).

References

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Myung-Jun Kim received the B.S., M.S. and Ph.D. in Dept. of architectural engineering from Hanyang University, Seoul, Korea in 1987, 1989, and 1999, respectively. He is currently a professor in the Dept. of Architectural Engineering at University of Seoul. His research interests are in the area of architectural acoustics and sound insulation in buildings.

Fig. 1

Fig. 1
Cross section of floor structure

Fig. 2

Fig. 2
View of experimental site and measurements conditions

Fig. 3

Fig. 3
Impact and receiver points on the floor plan

Fig. 4

Fig. 4
Floor impact sound according to different floating floor structures without ceiling measured using three types of the impact sources in the bed room (case 1: bare slab, case 2: bare slab + existing floating floor, case 3: bare slab + developed floating floor)

Fig. 5

Fig. 5
Floor impact sound according to different floating floor structures without ceiling measured using three types of the impact sources in the living room (case 5: bare slab, case 6: bare slab + existing floating floor, case 7: bare slab + developed floating floor)

Fig. 6

Fig. 6
Comparison to floor impact noise level of developed floor structure and ceiling system installation

Fig. 7

Fig. 7
Comparison to floor impact noise level of existing floor system and developed floor system with ceiling

Table 1

Experimental conditions and floor system applied to the test room

Case Room Type Slab
thickness
Resilient material or
thermal insulation
Mortar and
light weight concrete
Floor covering Ceiling system
1 Bed room None Bare slab 120 mm - - - -
2 Existing floor system Bare slab
120 mm
Silver foil PE mat 8 mm EPS bid mixing cement mortal 95 mm ~ 110 mm + cement mortar 40 mm PVC finishing material 2 mm -
3 Developed floor
system
Bare slab
120 mm
EPS 20 mm
[20 MN/m3]
Mixed foamed concrete 45 mm
+ finishing mortar 55 mm
PVC finishing material 6 mm -
4 Bare slab
120 mm
EPS 20 mm
[20 MN/m3]
Mixed foamed concrete 45 mm
+ finishing mortar 55 mm
PVC finishing material 6 mm Ceiling system(S-NF)
5 Living room None Bare slab 120 mm - - - -
6 Existing floor system Bare slab
120 mm
Silver foil PE mat 8 mm EPS bid mixing cement mortal 95 mm ~ 110 mm +
Cement mortar 55 mm
PVC finishing material 2 mm -
7 Developed floor system Bare slab
120 mm
EPS 20 mm
[20 MN/m3]
Mixed foamed concrete 45 mm
+ finishing mortar 55 mm
PVC finishing material 6 mm -
8 Bare slab
120 mm
EPS 20 mm
[20 MN/m3]
Mixed foamed concrete 45 mm
+ finishing mortar 55 mm
PVC finishing material 6 mm Ceiling system(S-NF)

Table 2

Single number quantities and amount of noise reduction for three impact sources (case 1: bare slab, case 2: bare slab + existing floating floor, case 3: bare slab + developed floating floor)

Case SNQ
Rubber-ball Bang-
machine
Tapping-
machine
1 64 dB 60 dB 80 dB
2 62 dB 56 dB 64 dB
3 55 dB 52 dB 58 dB
Noise reduction
(case 1 – case 2)
2 4 14
Noise reduction
(case 1 – case 3)
9 8 22
Noise reduction
(case 2 – case 3)
7 4 6

Table 3

Single number quantities and amount of noise reduction for three impact sources (case 1: Bare slab, case 2: Bare slab + existing floating floor, case 3: bare slab + developed floating floor)

Case SNQ
Rubber-ball Bang-
machine
Tapping-
machine
5 59 dB 52 dB 74 dB
6 55 dB 49 dB 57 dB
7 50 dB 47 dB 50 dB
Noise reduction
(case 5 – case 6)
4 3 17
Noise reduction
(case 5 – case 7)
9 5 24
Noise reduction
(case 6 – case 7)
5 2 7

Table 4

Single number quantities and amount of noise reductions for three impact sources (case 3, 7: developed floating floor, case 4, 8: developed floating floor + ceiling system)

Case SNQ
Rubber-ball Bang-
machine
Tapping-
machine
3 55 dB 52 dB 58 dB
4 48 dB 52 dB 46 dB
Noise reduction
(case 3 – case 4)
7 0 12
7 50 dB 47 dB 50 dB
8 45 dB 46 dB 45 dB
Noise reduction
(case 7 – case 8)
5 1 5

Table 5

Single number quantities and amount of noise reduction for three impact sources (case 2, 6: existing floating floor, case 4, 8: developed floating floor + ceiling system)

Case SNQ
Rubber-ball Bang-
machine
Tapping-
machine
2 62 dB 56 dB 64 dB
4 48 dB 52 dB 46 dB
Noise reduction
(case 2 – case 4)
14 4 18
6 55 dB 49 dB 57 dB
8 45 dB 46 dB 45 dB
Noise reduction
(case 6 – case 8)
10 3 12