소음이론

1. 기본용어 1) 소리 소리(sound)란 교란이 탄성 매질을 통하여 전파하는 파동으로서 귀로 감지할 수 있는 물리적인 현상을 뜻한다. 소리는 질량과 탄성이 있는 매질을 통하여 전파함으로 기체뿐만 아니라 액체와 고체를 통하여 전파할 수 있으나 진공은 통과할 수 없다. 소리를 파동으로 이해할 때 음파(Acoustic Wave)라고 하며 음파는 일반적인 파동이 갖는 물리적인 성질을 가지고 있다. 또한 인간의 귀가 감지해 낼 수 있는 어떤 압력변이라고 정의할 수 있다. 공기 중에서 압력변동을 측정키 위한 가장 잘 알려진 기구가 기압계이다. 하지만, 변화하는 기상조건하에서 발생하는 압력 변동은 인간의 귀가 감지해내기에는 너무 느려서 소리의 정의를 만족 시키지 못한다. 그러나 대기압 변동이 보다 빠르게 일어난다면 적어도 초당 20회(20㎐) 들을 수 있고 따라서 소리라고 부를 수 있다. 2) 파동 공간상의 한 점에서 어떤 양의 시간적인 변화가 일정 시각에서 그 양의 공간적인 변화처럼 보이면서 공간을 전파하는 현상을 파동(Wave motion) 또는 파(Wave)라고 한다. 파동이 공간에서 전파되는 속도를 파의 전파속도 또는 위상속도(phase speed)라고 한다. 음파는 음압의 변화에 따라 공기와 같은 매질을 통하여 전달되는 소밀파 또는 압력파이다. 아래 그래프는 음압이 정현파 형태이다. 같은 위상으로 운동하는 정현파의 경우, 한주기의 위상차가 있는 두 파면의 수직거리는 파장이라 하며 λ로 나타내고 주기는 한 파장이 전파되는데 소요되는 시간을 말하며, T로 표시하고 단위 시간당 cycle수인 주파수 f의 역수로 나타낼 수 있다. T=1/f(sec)f-1/T=C/λ(㎐) 단, C는 음속이며, 공기중에서는 다음과 같은 식으로 표시한다. C=331.5√T/273≒ 334.5+0.61θ(m/sec) 여기서, T는 절대온도 K˚이고 θ는 섭씨온도 ℃이다. 표1-1. 발성 및 수음별 주파수 특성 구분 발성(㎐) 수음(㎐) 사람 85~5,000 16~20,000 개 450~1,080 15~50,000 고양이 780~1,520 60~65,000 박쥐 10,000~120,000 1,000~120,000 귀뚜라미 7,000~100,000 100~15,000 토끼 2,000~13,000 250~21,000 표1-2. 각 재질별 음속 재질명 공기 물 (담수) 콘크리트 나무 강철 납 유리 음속 (㎧) 344 1,372 3,048 3,353 5,182 1,219 3,658 3) 소음(Noise) 듣는 사람에게 원하지 않는(Unwanted Sound) 소리를 말한다. 원하는 소리인지 아니면 원하지 않는 소리인지는 사람의 주관적인 판단에 의한 경우가 많다. 이것을 객관적인 물리량으로 정혹하게 정의하는 것은 불가능에 가깝다. 아름다운 음악이라도 전화를 받는 중에는 당사자에게는 소음에 불과하다. 그러나 일반적으로 소음이라고 생각되는 것에는 특히 큰소리, 불쾌한 소리나 충격성 음, 음악이나 음성을 듣는 것을 방해하는 소리, 집중력이나 작업을 방해하는 소리 등을 예로 들 수 있다. 4) 가청주파수 건강한 사람이 들을 수 있는 주파수(16~20,000㎐)압력의 변화, 음압레벨로 0㏈~130㏈이면 그 이상은 고통을 느끼는 한계음압이다. 5) 데시벨 (Decibel) 음향출력, 음의 세기 및 음압등의 양을 비교하는 단위. 이는 절대단위가 아니고 어떤 기준과 측정된 사이의 비율이다. 즉, 음원의 음향파워가 W, 기준음향파워(Wo)와의 대수비가 레벨이며, 이 비에 계수 10을 곱한 값을 데시벨이라 한다. n=10 log W/Wo (㏈) 6) 매질 (Medium) 음파가 물질에 따라 전파하는 경우, 그 물질을 매질이라 한다. 7) 음향출력 (Sound Power) 단위시간에 음원에서 방사되는 음의 전에너지이다. 8) 투과 (Transmission) 매질의 경계에서 한쪽 매질로부터 다른쪽 매질로 파가 전달되는 현상이다. 9) 회절 (Diffraction) 전달속도가 장소에 따라 변하고 파의 진행방향이 변하는 현상이다. 10) 흡음 (Absorption) 파동 에너지가 다른 형태의 에너지(예>열에너지)로 비가역적으로 변환되는 것이다. 2. 소음기준치 1) 환경기준 (환경정책기본법 시행령 제2조) 구분 적용대상지역 기준 낮 (06:00~22:00) 밤 (22:00~06:00) 일반 지역 가 자연환경보전, 관광휴양, 녹지, 전용주거지역, 종합병원 및 학교의 50m 이내지역 50 40 나 일반 주거지역 및 준 주거지역 55 45 다 취락지역 중 주거지구외의 지구, 상업지역, 준공업지역 65 55 라 일반공업지역 및 전용공업지역, 공업지역 70 65 도로변 지역 일반지역의 "가", "나" 지역 65 55 상업지역, 준공업지역 70 60 일반공업지역 및 전용공업지역, 공업지역 75 70 ※ 이 소음 환경기준은 철도소음, 항공기소음, 건설작업소음에는 적용하지 아니한다. 2) NC규정치에 의한 사무실 소음환경상태 가) NC (Noise Criteria) 실내 암소음 평가방법의 기준으로 1957년 Beranek씨가 제안한 것. 즉, 회화방해레벨과 시끄러움레벨을 기초로 실내에서 회화의 양호한 전달을 위하여 중고음성 암소음 성분을 충분히 작게 보정한 허용기준이다. 그러나 1971년에는 저온성과 고음성 성분을 다소 강화시킨 PNC곡선도 적극 활용되고 있다. 일반적으로 ㏈A와의 관계는 다음과 같다. ㏈A=NC+(5~7) (Beranek) 종류 NC값 ㏈(A) 종류 NC값 ㏈(A) 방송스튜디오 NC-15~20 25~30 가정(침실) NC-30 40 콘서트홀 (음악당) NC-15~20 25~30 영화관 NC-30 40 극장 (500석, 확성장치 없음) NC-15~20 30~35 병원 NC-25~30 40 음악실 NC-25 35 교회 NC-30 40 교실(확성장치 없음) NC-25 35 도서관 NC-30 40 집합주택, 호텔 NC-25~30 35~40 상점 NC-35~40 45~50 회의장(확성장치 없음) NC-25~30 35~40 식당 NC-45 55 재판소 NC-30 운동경기장 (확성장치 있음) NC-50 TV스튜디오 NC-25 ▲ 표1. 실내 소음의 허용치 (Beranek) NC값 소음환경의 상태 적용예 NC-20~30 아주 조용한 사무실, 전화지정없음, 대화가능 중역실, 50명의 회의실 NC-30~35 조용한 사무실, 전화지장없음, 4.5m의 테이블에서 회의가능, 3~9m떨어져 보통의 소리로 대화가능 작은 사무실, 응접실, 20명의 소회의실 NC-35~40 2~5m의 테이블에서 회의 가능, 전화지장없음, 2~4m떨어져 보통 목소리로 대화가능 중사무실, 공장사무실 NC-40~50 1.5m의 테이블에서 회의 가능, 전화 곤란할 때가 생김. 보통의 목소리로 1~1m, 큰목소리로 2~4m 떨어져 대화가능 큰 제도실 NC-50~55 2,3인 이상의 회의 불가능, 전화곤란, 보통 목소리로 0.3~0.6m, 큰 목소리로 1~2m 떨어져 대화 가능 타자실, 계산기실, 복사실 NC-55이상 대단히 시끄러움, 사무실에 부적당, 전화곤란 여하한 사무실에도 권장 못함 ▲ 표2. 사무실내의 소음평가 나) SIL 회화방해레벨(Speech Interference Level)로써 정상소음에 대한 회화의 방해도를 나타내는 척도이다. 일반적으로 600~1200㎐, 1200~2400㎐ 및 2400~4800㎐의 3가지 옥타브 대역 소음의 음압레벨을 산술평균한 값이다. 3) 송풍기의 기준발생소음 홴 형식 및 종류 날개직경 (m) 주파수밴드(㎐) BF1 63 125 250 500 1K 2K 4K ㏈ 발생역(㎐) 원심홴 익형 0.9이상 0.9미만 32 36 32 38 31 36 29 34 28 33 23 28 15 20 3 250 다익형 모두적용 47 43 39 33 28 25 23 2 500 레이디얼블로워 1.0이상 1.0~0.5 0.5미만 45 55 63 39 48 57 42 48 58 39 45 50 37 45 44 32 40 39 30 38 38 8 8 8 125 125 125 축류홴 베인엑셜 1.0이상 1.0미만 39 37 36 39 38 43 39 43 37 43 34 41 32 28 6 6 125 125 튜브엑셜 1.0이상 1.0미만 41 40 39 41 43 47 41 46 39 44 37 43 34 37 5 5 63 63 프로펠러 모두적용 48 52 58 56 55 52 46 5 63 3. 소음기 1) 소음엘보 (Sound Elbow) 가) 구조 및 특징 소음엘보는 덕트가 직각으로 꺾이는 부분에 설치하여 감음과 Turbulence를 줄이는데 그 설치 목적이 있다. 소음엘보의 내장재는 측면만이 유효하므로 측면만을 내장하며 내장두께는 덕트폭의 10% 이상이 되도록 하고 내장 길이는 최소덕트의 2배 이상이 되도록 만든다. 나) 소음효과 원형엘보나 맞대기 엘보, 직각엘보 등과 가이드베인의 설치유무에 따라 감음도는 차이가 많이 나는데, 일반적으로 저음역대 보다는 중, 고음역대에서 감음도가 좋다. 엘보로 기대할 수 있는 감음도는 500~1000㎐ 사이에서 최고 10㏈ 정도가 된다. 다) 형식표시법 TYPE : SE x W x H x L x T 소음엘보기호 덕트폭 덕트높이 덕트길이 흡음두께 단위 : cm 2) 소음챔버 (Sound Chamber) 가) 구조 및 특징 공조기 홴의 토출 또는 흡입속에 설치되어 유체의 Turbulence조절 및 소음감소를 도모하는데 사용된다. 소음챔버는 견고한 구조와 작업의 편리를 위해 행가 브라켓트가 설치되며 공조기 및 송풍기의 주요 주파수에 따라 내장재의 선택 및 설치방법을 달리하여 완벽한 소음감소 효과를 낼 수 있는 구조로 되어 있다. 나) 소음효과 소음챔버의 소음감소율은 내장재의 흡음율 및 설치면적에 비례하며 덕트 출구면적에는 반비례한다. 소음챔버는 중,고음역대에서 우수한 소음감소 효과를 얻을 수 있다. 다) 형식표시법 TYPE : SC x W x H x L x T 소음챔버기호 덕트폭 덕트높이 덕트길이 흡음두께 단위 : cm