공동주택의 소음은 거주자들의 생활의 질을 결정하는 중요한 요소가 되었다. 주요 문제가 되는 층간소음은 주로 구조체를 통해 전달되어 발생하는 것과 공기를 통해 전달되는 것을 말한다. 이 중 공기를 통해 전달되는 소리를 공기전달음이라 하며 대부분 벽체를 통해 전달되게 된다. 과거에는 우리나라 공동주택의 벽체가 콘크리트 내력벽으로 되어 큰 문제가 되지 않았으나 최근 건축물의 고층화에 따른 경량벽체의 요구, 가변화 및 간막이벽 시공의 증가로 인해 벽체의 차음성능에 관한 요구가 커지게 되었다.
벽체의 개발에서 차음성능은 단열성능과 함께 중요한 요소이며, 차음성능 향상을 위해 실시되는 실험은 벽체 개발 과정에서 시간, 경제적 측면에서 매우 큰 부분을 차지하고 있다. 본 연구는 벽체 개발에 소요되는 노력을 절감하기 위해 축소시편을 이용한 방법을 찾고자 하였다. 연구를 위해 표준에서 제시하는 시편에 대한 성능을 평가하였으며, 동일한 구조에 대해 축소시편을 만들어 성능을 평가하였다. 실험 대상으로는 공기전달음 차단을 위해 대표적으로 사용되는 구조로서, 창을 비롯하여 조적식 벽, 샌드위치 패널 및 콘크리트 패널을 사용하였다. 표준시편 및 축소시편을 설치하여 실시한 실험실 실험을 통해 그 관련성을 분석할 수 있었으나, 보다 다양한 변수를 제어하는 데는 한계가 있어 해석적 방법에 의해 보완하고자 하였다. 실험실 실험을 통한 결과와 해석을 통해 도출한 결과를 비교함으로써 축소시편 사용에 대한 타당성을 검증하고자 하였다.
축소시편을 사용하여 측정한 벽체 차음성능은, Rw 50 dB 이하의 단일 벽체(homogeneous wall)에 대하여 표준 실험방법의 결과와 매우 높은 상관관계를 나타냈다. 중간에 공기층이 있는 이중벽의 경우에는 공기층의 작용으로 인해 차음특성이 다소 복잡하게 되며, 차음성능이 높아짐에 따라 Rw 50 dB 이상으로 갈수록 축소시편 실험 결과와 차이가 발생하였다.
특히 공기전달음에 대한 간략화 실험의 가장 중요한 목적은 벽체 시스템 개발시 비용과 시간을 절감하기 위한 것으로서, 유사한 재료 및 구조로 구성되는 벽체의 성능을 비교하는 데 있다. 본 연구의 결과를 통해 축소시편을 활용한 실험 방법이 유사한 벽체의 차음성능에 대한 우열을 판단하고, 벽체 시스템 개발에 활용할 수 있음을 알 수 있었다. 표준실험 방법을 통한 벽체 개발 과정에서는 양산화 시스템이 없는 재료를 큰 면적으로 만드는 문제를 비롯하여, 벽체 시스템의 조합, 시공, 시험 등 소요되는 기간을 절약할 수 있으며, 보다 더 우수한 차음 구조의 개발을 가능하는데 큰 역할을 할 수 있을 것이다.

본 연구의 결론을 요약 정리하면 다음과 같다.

1) 직방형의 잔향실은 부정형 잔향실과 비교하였을 때, 실내 음압레벨의 분포가 불규칙하게 발생할 수 있다. 따라서 각 위치별 균일하지 않은 음압레벨로 인해 공기전달음의 평가에 영향을 미칠 수 있다. 실험실 실험의 신뢰성을 높이기 위해 공기전달 차단성능 영향 요소를 실험적으로 검토하였으며, 마이크로폰의 위치, 수음실의 흡음력, 스피커의 위치에 따라 Rw와 STC 값이 최대 4 dB 차이가 있음을 확인하였다. 차음성능의 신뢰성 있는 평가를 위해 음압레벨의 편차를 최소화할 수 있도록 유효점을 선정하는 것이 중요하다.

2) 축소시편을 활용한 간략화 실험에서는 시험대상 벽체를 둘러싸는 벽체(채움 벽체)의 차음성능값이 중요한 요소이다. KS 2808 및 ISO 10140-2에서는 주변 벽체의 차음성능에 대해 각 주파수 대역에서 최소 6 dB에서 최대 15 dB를 요구한다. 더욱이 축소시편을 사용한 간략화 시험의 신뢰성을 높이기 위해서는 가능한 측정대상 주파수대역에서 축소시편의 차음성능 보다 15 dB 이상의 차음성능을 확보해야 할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 축소시편의 채움 벽체의 높은 차음성능 확보를 위해 다양한 벽체를 측정한 후 Rw 70 dB인 벽체를 시공하였다. 최근 벽체의 개발 동향을 통해 볼 때, 축소시편 실험을 위해서는 Rw 65 dB까지 보정없이 평가할 수 있도록 Rw 80 dB 이상의 채움 벽체를 확보하는 것이 이상적인 것으로 사료된다.

3) 해석 프로그램을 이용하여 축소시편에 대해 측정한 차음성능을 비교하였으다. 그 결과 250 ㎐ 이하의 저주파수 대역을 제외하고는 아주 유사한 패턴의 주파수 특성을 보였고, Rw 평가값에서는 차이가 없었다.

4) 유사한 구조의 벽체 시스템에 대한 개발 가능성을 확인하기 위해 벽체를 구성하는 재료의 밀도 및 위치를 다양하게 구성하여 표준 시편과 축소 시편을 사용한 실험을 실시하였다. 그 결과를 차음성능 및 각 구조의 성능 순서로 평가하였으며, 벽체 구조에 대한 성능 순서가 동일하게 나타났다. 따라서 축소 시편을 활용하여 설계한 벽체 구조의 우열성능을 판단함으로써 실제 개발 단계에서 적용가능함을 확인하였다.

5) 축소 시편과 표준 시편의 상관관계를 분석하였으며, Rw 값에 대한 2차식 회귀분석 결과 결정계수(R2)가 0.947로 높은 관계에 있음을 확인하였다. 이와 같은 점은 축소 시편 실험을 통해 표준 시편의 차음성능 예측이 어느 정도의 수준에서 가능함을 나타내는 것이다. 단, 본 연구에서 대상으로 하는 벽체의 구조가 한정적이었으므로, 벽체 구조에 따른 축소 시편과 표준 시편의 상관관계를 확인함으로써 각 구조에 따를 상관관계식을 분리하여 적용해야 할 필요가 있다.

6) 본 연구의 중요한 목적은 벽체 개발시 축소 시편을 활용하여 성능을 평가하고, 보다 효율적인 방법을 제시하는 것이었다. 연구 결과를 통해 볼 때, 축소 시편의 활용 가능성은 매우 큰 것으로 나타났다. 벽체 개발 과정에서는 유사한 재료를 사용하게 되며, 구조 내역 또한 유사하게 구성되는 것이 일반적이기 때문에 본 연구 결과에서 보였던 것처럼 유사한 구조의 성능 순서를 비교하는 데 축소 시편을 활용한 실험 방법이 매우 효과적인 것으로 사료된다. 궁극적으로 축소 시편을 사용함으로써 벽체 개발 과정에서 소요되는 비용, 시간을 절감하고, 실험시 사용되는 자원낭비를 줄이게 되어 보다 짧은 시간에 다양한 벽체 시스템을 개발하는 데 많은 도움이 될 것이다.

본 연구는 축소 시편을 활용하여 벽체 시스템을 제작하고 실험실 실험을 진행하여 이상과 같은 결론을 도출하였음에도 본 연구의 대상에 포함되지 않은 벽체 구조가 있다. 또한 간략화 시험을 위한 벽체의 최적 크기도 논문의 범위에 한계가 있었다. 추후 최적 크기에 대한 분석 및 벽체의 구조에 따른 축소 시편과 표준 시편의 상관성에 대한 분석을 통해 벽체 개발을 위한 간략화 방안이 종합적으로 구축될 수 있을 것이다.