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학위논문
저자정보

하연수 (서울시립대학교, 서울시립대학교 일반대학원)

지도교수
김명준
발행연도
2023
저작권
서울시립대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

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공동주택은 한정된 두께의 바닥을 상하층 세대와 공유하는 구조적인 특성으로 인해 소음에 취약한 특성을 가진다. 이로 인해 층간소음에 대한 민원이 꾸준히 증가해왔다. 층간소음 이슈가 사회적인 문제로 대두되면서 층간소음 저감을 위한 제도 및 기준이 재·개정되고 있다. 바닥충격음 평가방법은 기준곡선에 의한 상회값으로 산출하는 방법을 사용하여 63Hz 밴드에서 상회값이 주로 발생하였다. 그러나, 2022년 바닥충격음 평가방법이 KS F ISO 717-2로 개정되면서 바닥충격음의 측정 결과를 옥타브대역별 dB 로그 합을 통해 산출하는 방식으로 변경되었다. 평가 방법의 개정으로 인해 특정 옥타브밴드가 아닌 63~500Hz 평가 주파수대역 전체를 고려할 필요성이 증가하였다. 또한, 바닥충격음의 주관적 반응에 대한 선행연구는 단일수치평가량에 관한 연구가 주로 수행되었으며, 옥타브밴드별 주관적 반응에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다.
따라서, 본 연구에서는 최소인지한계와 어노이언스에 대한 청감 실험을 통해 옥타브밴드에 대한 주관적 반응을 조사하고자 한다. 음원은 가장 신경쓰이는 음원으로 알려져 있는 뛰거나 걷는 소리를 모사한 고무공 충격원을 사용하였다. 실험에는 두 개의 대표 스펙트럼이 사용되었다. 고무공 충격음 측정데이터 140개를 군집 분석한 선행연구 조사를 통하여 슬라브 두께 210mm에서 가장 큰 비율을 차지한 스펙트럼을 Spectrum A, 슬라브 두께 110~180mm에서 가장 큰 비율을 차지한 스펙트럼을 Spectrum B로 설정하였다. 또한, 스펙트럼별로 단일수치평가량에 따른 비교를 위하여 LiA,Fmax로 47, 51, 55dB 크기로 구성하였다. 옥타브대역은 평가 주파수대역 63, 125, 250, 500Hz의 1/1옥타브 밴드를 범위로 하였으며, dB 변화량은 ±2, 4, 6dB로 변화를 준 음원을 제시하였다. 실험에는 다양한 연령대의 83명의 피험자가 참여하였으며, 헤드폰으로 제시되는 음원을 듣고 온라인 설문지에 응답하는 방법으로 진행되었다.
연구 결과로, 먼저 피험자의 최소인지한계와 어노이언스 응답을 Probit 회귀분석 방법으로 분석하였다. 이 결과를 바탕으로, 변수별 일원배치 분산분석을 실시하고, 최소인지한계와 어노이언스 결과에 대한 상관분석을 수행하였다. 또한, 본 실험에서 조사된 주관적 반응 결과를 종합하여 평가지표와 성능등급과 비교 검토를 수행하였다.
본 연구의 결과를 요약하여 아래에 나타내었다.
1) 동일한 피험자에게 옥타브밴드별로 동일한 ± 2, 4, 6dB의 음원을 제시하였음에도 스펙트럼 특성에 따라 다른 최소인지한계와 어노이언스를 나타내는 것으로 분석되었다.
2) 실험에서 조사된 옥타브밴드별 고무공 충격음의 최소인지한계와 어노이언스 결과에 대해 일원배치 분산분석을 실시하였다. 옥타브밴드를 변수로 한 경우, 유의한 차이가 확인되었다. 이는 주로 스펙트럼의 저음, 고음 구성 비율에 기인한 것으로 사료 된다. 또한, 단일수치평가량을 변수로 한 경우, 유의한 차이가 없는 것으로 확인되었다. 본 실험에서는 기준음원과 비교음원을 제시하고 둘 중에 더 신경쓰이는 음원을 응답하도록 한 실험 설계상의 특성이 있었으며, 또한 단일수치평가량LiA,Fmax로 47dB에서 250Hz 밴드에서 6dB의 증가와 단일수치평가량 55dB에서 250Hz 밴드에서 6dB 증가는 dB 단위 자체의 Log 특성으로 인해 동일한 차이로 인지되기 때문으로 판단된다.
3) 최소인지한계 실험은 기준음원을 중심으로 주파수의 크기를 증가 또는 감소시킨 비교음원을 제시한다. 때문에, 75% 정답률에서 얻어지는 값이 +방향과, –방향의 두 개의 결과가 존재한다. RMS 계산 방법을 통해 최종적인 최소인지한계 단일값을 산출하였다. 그 결과, 63, 125, 250, 500Hz 밴드 순서로 Spectrum A는 4.2dB, 3.4dB, 6.0dB, 4.1dB로 확인되었다. Spectrum B는 6.1dB, 5.1dB, 3.9dB, 3.6dB로 분석되었다.
4) 최소인지한계와 어노이언스 응답의 상관분석 결과, 1dB당 어노이언스 증감률을 %/dB 단위로 표현하였을 때, 옥타브밴드별 최소인지한계 값이 작은 대역과 어노이언스 %/dB가 큰 대역이 일치하는 결과가 나타났다. 이는 조금의 차이도 인지하는 옥타브밴드일수록 dB 차이에 따른 어노이언스 비율도 함께 증가한다는 것으로 해석할 수 있다. 이에 해당하는 옥타브 대역이 Spectrum A는 63, 125Hz 밴드로 확인되었으며 Spectrum B는 250, 500Hz로 확인되었다. 주관적 반응에 영향을 미친 것은 스펙트럼의 자체 특성이 큰 것으로 사료된다.
5) 개정 전 중량충격음 평가지표인 Li,Fmax,Aw와 2022년 개정된 평가지표인 LiA,Fmax를 대상으로 dB 변화량에 따른 SNQ 변화를 옥타브밴드별로 검토하였다. LiA,Fmax지표가 산출할 때, A 가중 보정치가 직접 적용되어 인간의 청감 특성과 더 잘 대응되는 결과가 나타났다. Li,Fmax,Aw지표도 역A특성 곡선을 통해 청감 특성을 반영하고 있으나 A 가중과는 다른 옥타브별 가중치를 사용하고 있기 때문으로 사료된다.
아울러, 주관적 반응 결과와 성능등급을 검토한 경우, 2022년 12월 개정된 바닥충격음 차단성능 등급기준 간격이 4dB인 것과 달리 주파수별 결과에서는 2dB 이하의 차이도 인지하는 것으로 확인되었다. 또한, 성능등급을 만족시키는데 같은 단일수치평가량 dB을 저감할 수 있다면 앞선 결과와 동일하게 Spectrum A는 63, 125Hz 밴드를, Spectrum B는 250, 500Hz 밴드를 저감 하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.
본 연구 결과는 바닥충격음 저감방안 설계 및 기술개발 면에서 주관적 반응을 고려한 설계의 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

목차

1. 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구의 범위 및 방법 1
1.3 선행연구 고찰 4
1.3.1 바닥충격음의 크기에 따른 주관적 반응연구 7
1.3.2 바닥충격음의 주파수에 따른 주관적 반응연구 7
1.3.3 선행연구와 차별성 9
2. 예비적 고찰 10
2.1 바닥충격음 관련 기준 10
2.1.1 국내 바닥충격음 차단성능 기준 10
2.1.2 측정방법 (KS F ISO 16283-2) 13
2.1.3 평가방법 (KS F ISO 717-2) 15
2.2 인지특성 및 주관적반응 이론 고찰 17
2.2.1 등청감곡선 17
2.2.2 최소인지한계 19
2.2.3 어노이언스 22
2.3 통계적 분석기법 24
2.3.1 기술통계(빈도분석) 24
2.3.2 비모수적 통계기법 24
2.3.3 Probit 회귀분석 28
3. 청감실험 방법 30
3.1 청감실험 음원 구성 30
3.1.1 측정 개요 30
3.1.2 실험음원 선정 32
3.1.3 음원 편집 36
3.2 청감실험 수행방법 37
3.2.1 음원 제시 및 평가방법 37
3.2.2 실험 환경 및 재생 시스템 40
3.2.3 피험자 일반사항 44
4. 청감실험 결과 및 분석 48
4.1 청감실험 결과 48
4.1.1 최소인지한계 결과 49
4.1.2 어노이언스 결과 58
4.2 청감실험 결과 통계분석 63
4.2.1 옥타브밴드별 분석 64
4.2.2 단일수치 평가량별 분석 69
4.2.3 상관분석 76
4.3 평가지표 비교 및 성능등급 검토 80
4.3.1 주관적 반응 결과와 평가지표 검토 80
4.3.2 주관적 반응 결과와 성능등급 검토 85
5. 결 론 87
참고문헌 91
부 록 99

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