공동주택의 바닥충격음 전파특성을 조사하기 위해 Fig. 1과 같이 거실면적이 서로 다른 벽식 구조 아파트 5개 동을 대상으로 총 30개 세대(각 동별 상층 3세대, 하층 3세대)를 측정하였다. 측정대상 아파트의 각 실내제원은 Table 1에 나타냈다. 측정한 공동주택의 바닥 구성은 콘크리트 바닥슬래브 210 mm, 경량기포콘크리트 40 mm, 층간소음완충재(EPS) 30 mm, 시멘트 모르타르 40 mm로 세대별로 동일하게 나타났다. 가진 바닥의 바닥충격음 차단성능의 단일 수치 평가량(single-number quantity, SNQ: L'_iA,Fmax)은 KS F ISO 717-2⁽⁷⁾를 참고하여 A, B, C, D, E실이 각각 51 dB, 50 dB, 50 dB, 52 dB, 50 dB로 나타났다.

Fig. 1 
Plan of each apartment unit

각 수음세대에서의 측정은 KS F ISO 10052⁽⁸⁾ 간이 측정 방법을 참고하여 가진지점은 중앙과 모서리에 위치했으며, 모서리지점은 벽에서 75 cm 떨어진 곳에 위치하였고, 수음지점도 가진지점과 같은 곳에 위치하였다. 국토교통부고시 제2020-212호에 따르면 59 m²의 A 공동주택의 경우 수음실의 바닥 면적이 14 m² 미만이므로 벽면으로부터 50 cm 떨어진 지점으로 해야하지만 모든 세대에서 동일하게 비교하기 위해 똑같이 75 cm 떨어진 지점으로 하였다. 측정은 소음계(RION NL-52)를 사용하여 가진 층을 기준으로 상부와 하부 3개 층으로 선정하여 상부 층과 하부 층을 각각 동시에 녹음하였으며, 측정지점과 각 층의 마이크로폰의 위치는 Fig. 2와 같다. 일부 층(A동의 상부 3층)은 거실과 침실이 합쳐진 확장형이었으며 확장형의 경우도 동일하게 내력벽 구조인 침실 방향 모서리를 측정하였다.

Fig. 2 
Microphone and rubber ball position for each floor

바닥충격음 녹음은 바닥에서부터 1.2 m 높이에서 20초 동안 녹음하였으며, 충격원은 고무공을 사용하였다. 고무공은 KS 기준에 근거한 낙하 높이 100 cm와 평균 25 kg의 아이들이 제자리에서 뛰는 경우의 충격력과 유사한 낙하 높이 20 cm⁽⁹⁾에서 자유낙하 하였다. 고무공 낙하 높이에 따른 가진력의 크기를 실험실에서 측정(SA-01, Rion, STA-1000)하였을 때 100 cm 높이의 고무공은 1540 N, 20 cm 높이의 고무공은 840 N으로 나타났다. 음원편집은 모든 음원의 시작지점 1초 전부터 시작해서 총 음원길이가 8초가 되게 편집하였고, 8초 동안 충격음파형이 3개가 들어오게 편집하였다. 분석은 해당 음원을 음원분석 소프트웨어 AS-70(RION)을 사용하여 1/3 옥타브밴드로 분석하였고 63 Hz ~ 500 Hz 대역의 단일 수치 평가량(L'_iA,Fmax)으로 평가하였다.

Fig. 3은 아파트 5개 동에서 측정한 가진위치와 수음위치에 따른 층별 고무공 충격음 단일 수치 평가량의 평균과 표준편차를 나타내고 있으며, Table 2는 측정 세대 중 최대 및 최소레벨과 최대 감소량을 나타내고 있다. 전반적으로 모서리 수음이 중앙 수음보다 단일 수치 평가량(L'_iA,Fmax)이 높았으며, 중앙 가진에서 수음위치에 상관없이 최대 19 dB 감소하는 것에 비해 모서리 가진에서는 모서리 수음이 최대 16 dB로 덜 감쇠되는 것으로 나타났다. Fig. 4는 중앙 가진, 모서리 가진에서 주파수 대역에 따른 층별 바닥충격음 음압레벨과 배경소음의 평균을 나타내고 있다. 층별 바닥충격음 음압레벨은 63 Hz 대역에서 룸모드의 영향을 받아 모서리 수음의 음압레벨이 높게 나타났고 나머지 주파수 대역인 125 Hz ~ 500 Hz 대역에서는 중앙 수음의 음압레벨이 더 높게 나타났다. Table 3은 거실부터 부엌까지의 거리를 반영한 룸모드 계산결과이며 1, 2차 axial mode를 나타내고 있다. Fig. 5는 상하 3개 층을 기준으로 주파수 대역별 바닥충격음 음압레벨 최대 감소량의 평균을 나타내고 있다. 2개의 가진점에서 상하층 세대로의 음압레벨 최대감소량은 전반적으로 중앙 수음이 모서리 수음보다 더 많이 감소하는 경향을 가졌으며, 중앙 수음과 모서리 수음의 최대감소량은 125 Hz 대역에서 최대인 반면, 500 Hz 대역에서의 감소량은 상대적으로 작은 것으로 나타났다.

Fig. 3 
Floor impact SPL (SNQ : L'_iA,Fmax) on each floor for each excitation and sound receiving position

Fig. 4 
Octave band spectrum of floor impact sound according to each floor and excitation position (BGN: background noise, U: upper unit, L: lower unit)

Fig. 5 
Maximum reduction of floor impact sound level at each octave band for each receiving position

Fig. 10은 고무공 낙하 높이(충격력)에 따른 단일 수치 평가량의 직하층 대비 층별 감쇠량을 나타내고 있으며 전반적으로 충격력이 더 큰 낙하 높이 100 cm가 감쇠량도 크게 나타났다. 중앙 가진에서 직하층과 상하 1개 층 차이나는 지점(U1F, L1F)은 고무공의 낙하 높이에 따른 감쇠량의 차이가 거의 없었으며, 직하층과 거리가 멀어져도 감쇠량은 1 dB ~ 2 dB로 낮은 차이를 보였다. 반면 모서리 가진에서는 낙하 높이에 따른 감쇠량의 차이가 상대적으로 크게 나타났는데 직하층과 멀어질수록 감쇠량이 커져 최대 4.5 dB까지 차이가 났다.

Fig. 10 
Attenuation of floor impact sound level at each location compared to the floor directly below (L1F) according to the rubber ball height (rubber ball height: 20 cm, 100 cm)

측정 세대에서 고무공 충격음의 단일 수치 평가량은 상하로 3개 층을 전파하면서 16 dB ~ 19 dB 감소하였으며, 바닥충격음이 여러 층을 통해 전달되면서 가진 및 수음위치별 음압레벨 차이는 적은 것으로 나타났다. 또한, 단일 수치 평가량과 주파수 대역별로 비교했을 때 상하 3개 층 떨어진 곳까지는 배경소음의 영향없이 바닥충격음이 충분히 전달되는 것으로 나타났다.

Fig. 6에서 모서리 수음의 감쇠량이 중앙 수음에 비해 적은 것으로 나타나며, Fig. 8에서는 모서리 가진의 감쇠량이 중앙 가진에 비해 적은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 음원위치에 따라 모서리 벽체에 전달되는 진동의 크기의 차이와 음장특성에 의한 수음위치의 영향 때문이라고 추정된다. 따라서 향후 진동 측정을 통해 벽체와 슬래브로 전달되는 진동을 면밀히 분석할 필요성이 있다. Fig. 7과 같이 63 Hz 대역의 경우 모서리 수음지점이 중앙 수음지점보다 감쇠량이 큰 것으로 나타나 125 Hz 등 나머지 대역과 다른 저감 특성을 나타냈다. 이러한 감쇠특성의 차이는 직하층에서의 음압레벨에 따라 크게 결정되는데, 직하층 63 Hz 대역의 음압레벨이 중앙 수음보다 모서리 수음에서 월등히 큰 반면, 다른 상하층에서는 수음위치별 차이가 직하층 만큼 크지 않은 특성에 기인한 것으로 사료된다.

Lee의 선행연구⁽⁶⁾에서는 모서리 수음의 단일 수치 평가량 감쇠량이 중앙 수음보다 크게 나타나 이 연구의 결과와 다르게 나타났다. 이러한 차이는 두 연구의 바닥충격음 주파수특성 차이에 의한 것으로 사료된다. 이 연구대상 현장과는 다르게 선행연구 현장의 경우 직하층 바닥충격음의 63 Hz 대역의 음압레벨이 다른 주파수 대비 월등히 높아 모서리 수음의 음압레벨이 중앙 수음에 비해 8 dB(SNQ: L'_iA,Fmax) 높게 나타나 단일 수치 평가량 감쇠 특성이 63 Hz 대역의 감쇠특성에 의해 결정되었다. 이 연구에서는 63 Hz 대역의 음압레벨이 상대적으로 낮아 125 Hz ~ 500 Hz 대역의 감쇠특성이 단일 수치 평가량 감쇠특성에 영향을 미친 것으로 사료된다. 아파트 현장별 모서리 수음지점에서의 음압레벨과 63 Hz 대역의 감쇠량의 차이는 시공법의 차이, 각 구조체의 구조적인 특성과 실의 형상 등에 의해 크게 영향을 받아 현장 별로 편차가 발생하는 것으로 사료된다.

전반적으로 충격력이 더 큰 낙하 높이 100 cm가 20 cm보다 감쇠량도 더 크게 나타났으며 직하층과 거리가 멀어질수록 감쇠량이 커졌다. 가진위치에 따라 중앙에서는 낙하 높이의 영향이 적었지만 모서리의 경우 비교적 영향이 크게 나타나 최대 4 dB ~ 5 dB까지 차이가 나타났다. 다만, 낙하높이 20 cm의 경우 충격력이 작아 상하 2개 층 이상 떨어진 층의 500 Hz 대역에서 배경소음보다 다소 낮은 충격음 음압레벨을 나타냈다. 그러나, 500 Hz의 음압레벨이 단일 수치 평가량에 기여도가 거의 없어 단일 수치 평가량의 분석은 유의한 것으로 판단하였다.

이 연구의 조사대상인 5개 각 동간 층별 감쇠량(단일 수치 평가량)의 상관관계를 조사한 결과, 각 동간 층별 감쇠량과의 상관계수는 모두 0.92 이상(p < 0.01)으로 높은 것으로 나타났다. 따라서, 이 연구는 조사대상 공동주택의 일반적인 감쇠 특성을 제안하고자 평균값을 기준으로 결과를 도출하고자 하였다. 한편, Fig. 11과 같이 조사 대상 동별로 직하층 대비 감쇠량을 살펴본 결과, 면적이 클수록 감쇠량이 큰 경향이 일부 보이나, 뚜렷한 특성은 나타나지 않았다. 그러나, 모든 측정 층에서 면적이 작은 59 m² 세대에서 감쇠량이 최소로 나타나는 공통적인 특성을 나타냈다. 다만, 59 m² 세대 현장의 경우 다른 면적의 세대와 다른 현장이라 면적 이외의 영향이 있을 수도 있으므로 향후, 면적과 평형, 구조 등의 건축적 특성에 의한 층간소음 전파 특성을 조사하기 위해 영향변수가 통제된 상황에서 측정대상 수를 확대하여 조사할 필요가 있다.

Fig. 11 
Attenuation of floor impact sound level compared to the floor directly below by the plane