연속성 가진의 평가지표로 적절하다 판단되는 L_Aeq를 살펴보면 어린이 한 명이 달렸을 때는 29.3 dB(A)~39.6 dB(A)의 분포를 보였다.

어린이의 수에 따른 영향을 보기 위해 1명, 2명, 3명, 4명이 뛰었을 때의 경향을 분석하였다. 먼저 1명이 달렸을 때와 2명이 달렸을 때를 비교하면 2명이 달렸을 때가 레벨이 높게 나타났는데, 2명 개개인이 혼자 달렸을 때 레벨의 평균치보다 높게 나타났다. 2명이 달렸을 때는 1명이 달릴 때보다 레벨이 높아지며, 개개인의 레벨보다 높아지는데 이는 당연하게도 에너지 측면에서 2명이 달릴 때가 높기 때문인 것이다. 3명, 4명의 데이터도 분석한 결과, 어린이의 수가 증가할수록 레벨이 높아지며, 그 레벨은 개개인이 달렸을 때의 레벨 평균보다 높은 경향을 보였다. 어린이 수가 증가할수록 가진 횟수가 증가하여 충격음 에너지 증가로 이어져 이러한 결과가 나타난 것으로 판단된다. 그 증가폭은 Table 4를 참조하면 된다. 다만, 이 결과는 C 대학교 잔향실험실에서의 실험에 참여한 어린이들을 대상으로한 것임을 밝혀둔다.

이러한 결과에서, 시작품은 어린이 1명이 뛰어다닐 때는 평균값 32.6 dB(A)을 참고로 하여 이정도 수준의 바닥충격음 레벨을 발생시킬 수 있도록 하는 것이 타당하다고 할 수 있다. 2명이 뛰어다니는 경우를 가정하면 37.5 dB(A), 3명은 38.4 dB(A), 4명은 40.8 dB(A) 정도의 바닥충격음 레벨은 발생시킬 수 있도록 하는 것이 타당하리라 판단된다. 다만, 이러한 제시 레벨은 C 대학교 잔향실험실의 바닥구조 성능 실험실에만 해당하는 것임을 밝혀둔다.

참고로 키의 변화에 따른 L_Aeq와의 관계를 파악한 그림은 Fig. 7과 같다. 결정계수 값이 높지 않으나 키에 비례하여 충격음 레벨이 높아지는 경향성을 파악하는데 의미가 있다고 할 수 있다. 몸무게와 L_Aeq와의 관계도 키의 경우와 대동소이하였다.

Fig. 7 
L_Aeq changes according to heights

3회전당 회전속도 분석은 어린이의 3회전당 걸린 시간을 보면, 8초 내외임을 알 수 있다. 빠른 경우는 7.1초 늦은 경우는 10초로 나타나고 있다. 어린이 여러명이 뛰어다닐때도 8초 정도를 보이고 있음을 알 수 있다. 키와 3회전당 시간의 상관관계를 보여주는 Fig. 8을 보면 그 상관성이 크지 않음을 알 수 있다.

Fig. 8 
Rotation time changes according to heights

이와 같은 어린이의 뛰어다님 속도를 분당 회전 속도로 환산하면, Table 4의 RPM 항과 같다. 이러한 결과는 시작품 제작에 적용하여 회전 모터의 사양선택에 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 어린이의 뛰어다님을 모사하려면 분당 22여 회의 회전속도가 요구된다고 할 수 있다.

Fig. 6에서 보듯이, 시간 경과에 따라 어린이의 회전 속도는 느려지고 및 타격 레벨은 감소하고 있음을 알 수 있다. 따라서 일관성이 확보될 수 있는 조건이 초기의 데이터를 살펴보는 것이 중요하다. 따라서 초기 3회전당 바닥 가진 횟수 등의 분석이 의미가 있을 것으로 판단하여 3회전당 분석을 실시하였다.

어린이 1명, 2명, 3명 및 4명이 뛰어다닐 때 바닥 가진 횟수의 증가는 각각 31.33회(64.68회-33.35회), 26.19회(90.87회-64.68회) 및 24.98회(115.85회-90.87회)이다. 여러명이 뛸수록 타격횟수는 증가하나 정비례로 증가하지는 않고 조금씩 줄어드는 경향을 보이고 있다. 이는 여러명이 뛰게 되면 서로 부딪히지 않으려고 조심하게 되어 혼자 뛰는 경우나 2명이 뛰는 경우에 비해 타격 횟수가 줄어듦을 알 수 있다. 다만 이러한 사항은 시작품 제작에 반영하기는 힘들 것으로 판단된다. 왜냐하면, 기기는 부딪히는 상황을 전혀 고려할 필요가 없기 때문에 가진 축이 여러개로 늘어나면 정비례로 그 가진횟수가 늘어날 것이기 때문이다.

따라서 여기에서는 어린이 1인이 뛰어다닐 경우, 이에 대한 바닥 가진 횟수 및 뛰어다님 간격에 대하여 분석하고자 한다.

제일 키가 큰 아이인 C1의 3회전당 바닥 가진 횟수는 25.3회이고, 제일 작은 아이인 C10의 경우는 38.0회로 측정되었다. 키에 따른 3회전당 가진횟수의 상관관계는 Fig. 9와 같다.

Fig. 9 
Hits number changes according to heights

다른 경우에 비하여 결정계수가 0.59 정도로 높게 나타나고 있는데, 다리 길이에 따라 원형상 회전시 바닥 가진 횟수는 줄어들고 있음을 알 수 있다. 이는 키와 뛰어다님 간격의 상관관계를 보여주는 Fig. 10에서도 상대적으로 높은 결정계수를 0.64 정도를 보여주고 있다.

Fig. 10 
Running interval changes according to heights

가진 횟수와 바닥 가진 간격을 키와의 상관성이 있는 것으로 판단할 수 있기 때문에 이를 근거로 시제품의 사양 구성에 참조하여야 할 것으로 판단된다.

여기에서는 앞서 측정 및 분석의 결과를 토대로, Fig. 11과 같이 시제품 회전체의 사양을 검토해보았다. 시작품 회전체의 사양은 지름과 여기에 부착되는 의족의 수에 관한 것이다.

Fig. 11 
Rotation part design example (5, 6, 8 false legs) and the model for 3 children running

0.75 m의 회전 반경에 대하여 회전체 및 가진부의 의족 수에 따라 변하는 바닥 가진 횟수를 계산하고 실제 어린이 데이터와 비교하여 설계안을 작성했다. 회전체 반경과 회전체 족수에 따라 가진 횟수를 구한 결과는 Table 5와 같았다.

그 근거는 다음과 같다. 먼저, 시작품이 0.75 m로 회전하는 회전반경을 계산하였다(4.71 m). 그리고 의족이 달린 회전체의 반경(0.2 m, 0.25 m, .. 0.5 m)에 따라 각 회전체의 원주거리를 계산하였다(1.125 m, 1.570 m, .. 3.140 m). 여기에서 의족에 부착되는 의족의 수는 4~6개로 하였다.

위에서 밝혔듯이, 가진부의 1회전당 원주는 1.125 m~3.140 m로 계산되었고, 가진 경로는 0.75 m를 기준으로 하여 경로 한 바퀴 회전 시 경로의 길이는 4.71 m이다. 가진부 원주와 가진 경로 길이 및 의족 수를 고려하여 가진 횟수를 계산하였다. 가진 횟수를 계산하는 식은 다음과 같다.

(N: 가진 횟수, D: 경로 길이, P: 회전체 원주 길이, F: 의족 수, R: 가진 경로 회전 수(3회))

가진 경로 회전 수는 3바퀴 회전을 가정하여 3으로 고정했고, 각 수치들을 대입하여 계산하였다. 계산 결과는 18.0회~75.4회 분포를 보였고, 의족 수에 따라 증가할수록, 가진 부의 반지름이 작을수록 가진 횟수가 증가하는 결과를 보였다.

시작품에 반영할 어린이는 이 연구에 참여한 어린이 중 키와 몸무게가 질병관리청의 소아청소년 성장도표 자료⁽⁹⁾에 의거하여 나이와 몸무게가 우리나라 평균에 가까운 child 2(22 kg)와 child 9(15 kg)의 데이터를 가지고 보폭과 경로를 이용하여 보폭 수를 구하였다. 보폭 수는 각각 27회, 37회로 계산되었다. 이러한 결과는 Table 3 및 Fig. 9의 내용에 부합한다고 할 수 있다.

이 데이터를 근거로 하여 Table 5에서 27회~37회 사이의 수치를 보이는 데이터를 찾았다. 찾은 데이터는 Table 5에서 볼드체로 표시된 수치로 추후 보완될 연속성 충격원은 해당 수치를 반영하여 설계되어야 할 것으로 판단된다. 즉, 의족이 부착된 회전체의 반경이 0.25 m인 경우는 의족의 개수가 4개인 것이 실제 충격상황에 부합하며 0.30 m인 경우에는 의족수가 4개 혹은 5개 부착되는 것이 실제 상황에 부합한다는 것을 보여준다.