< 연구 결과요약서 >
소속학교 현대고등학교 책임 지도교사 최O 아
참여학생 김O희, 김O연
과 제 명 하수구 배관의 소리 증폭 원리를 적용한 구조 신호 발생 배수구 트랩 연구 연구목표 아랫 집으로 소리 전달이 가능한 배수구 트랩을 제작한다.
연구개요 및 내용
□ 이론적 배경 및 선행연구
○ 소리의 세기(데시벨(dB)) : 진폭의 제곱에 비례하며, 음파가 전달하는 에너지의 크기를 나타낸다. dB은 사람이 귀로 감지할 수 있는 최소의 세기를 기준으로 정한 소리의 크 기를 나타내는 단위이다. 어떤 기계가 60dB의 소음이 발생하는 경우 이와 동일한 기 계를 10대를 동시에 가동하면 소음의 크기는 70dB이 되며 사람의 귀로는 약 2배의 크기의 소음으로 느끼게 된다.
○ 소리를 증폭하여 더 크게 만드는 효과가 있다. 공기를 가두고 그 안에서 공명이 일어 나도록 하는 원리인데, 하수도 배관이 울림통의 역할을 할 수 있기 때문에 주변 이웃 에 더 효율적으로 구조 신호를 전달할 수 있다.
○ 소음의 크기를 90dB 이상으로 만들면 하수도 관을 타고 이웃집으로 소음이 전달될 수 있을 것이다.
□ 연구 주제 선정(목적 및 필요성)
성대 울림통 배수구 트랩 샘플 배수구 트랩에 종 설치
소음
크기(dB) 음원의 예 비고
30dB 조용한 농촌, 심야의 교회
35dB 조용한 공원 WHO 침실기준
40dB 조용한 주택의 거실
50dB 조용한 사무실 업무소리 환경기준 설정선(주간)
60dB 보통의 대화 소리, 물 내려가는 소리, 백화점 내 소음
이 이상이면 주변에 전달됨 70dB 전화 벨소리, 거리, 시끄러운 사무실 공사장규제기군
80dB 철도변 및 지하철 소음 작업장 내 기준
90dB 소음이 시만 공장안
100dB 착암기, 경적소리
○ 1인 가구의 70% 이상 일자 배관으로 설계 된 소형 아파트 및 다세대 주택에 거주
○ 저소득층의 경우 요금 문제로 인터넷이나 스마트폰을 사용하지 않고, 다세대 주택이나, 빌라에서 거주. 따라서 아파트에 설치된 화장실용 비상벨이 설치되어 있지 않다.
○ 1인 가구 안전 사고 발생 60.5%는 주택에서 발생한다. 또한 사고 원인은 47.4%가 낙상이며, 식품 및 이물질이 15.8%, 물리적 충격이 12.5% 등이다.
○ 또한 연락 두절 이후 1인 가구원이 주로 발견되는 곳은 화장실이다. 예를 들어 스마트폰 없이 화장실에 갇히거나, 화장실에서 미끄러져 골절이 있어 거동이 어려운 상태가 되는 일도 흔히 발생한다고 한다.
○ 1인 가구 안전 대책은 대체적으로 60대 이상 노인과 저소득층에만 집중되어 있다. 서울시나 부산 연재구 등에서 지원하는 고독사 예방을 위한 스마트 센서는 동작감지기와 TTS(text to speech) 모듈, LED 조명등 다양한 기능이 있으나 (1) 고가의 제품으로 일반 1인 가구에는 무상 또는 저가 보급이 불가능하다. 또한 (2) 전기와 인터넷 공급, 기기 점검 등이 지속적 유지 관리가 가능해야한다. (3) 반영구적으로 사용할 수 없다. (4) 60세 이상 노인에게 먼저 제공된다. 사회복지제도 사각지대에 있는 50대 이상이 안전사고 및 고독사에 더 취약하다.
(4) 이웃에게 도움을 요청할 수 있는 보급형 구조 신호 발생 장치가 필요하다.
○ 이에 스마트폰 없이 비상호출기가 없는 화장실에 갇혔을 때 외부에 구조 신호를 보낼 수 있는 방법에 대한 연구가 필요함을 알게 되었다. 사회복지 제도의 사각지대에 있는 전체
1인 가구 73.2%가 화장실에서 디지털 장비 없이 아날로그적 방식으로 외부에 도움을 청할 수 있는 비상신호기(하수도 배수구 트랩 장착형)를 개발하는 것이 본 연구의 목적이다.
□ 연구 방법
○ 정밀한 소음측정기를 구입, 배관 모양별 7.5cm, 5cm 배관 내부에서 소음도 측정
○ 소음 증폭이 가능한 구조 신호 발생 배수구 트랩 완성
□ 연구 활동 및 과정
트랩 설계 배수구 모양 물받이 선반
○ 손쉽게 가정 내 배수구에 설치 가능한 구조 신호 발생 배수구 트랩을 완성한다.
○ 수동으로 소리를 내기 때문에 전선 연결을 할 필요 없다. 반영구적으로 작동한다.
○ 배관을 통해서 위, 아래 등 이웃집에 효율적으로 종소리 전달이 가능하다.
○ 평소에는 종이 돔형 구조로 배수구에서 올라오는 냄새도 차단하도록 한다.
뚜겅 제작 종을 달 수 있는 고리 제작 배수가 가능한 바닥 제작
연구성과
□ 연구 결과
○ 실험용 배수관 모형 제작 완료하고, 안마기로 외부 진동을 가하면서 소음도 측정
3D 프린팅 과정 후가공 배수구 트랩 실험 장치 완성
□ 결과 해석 및 논의
○ 주물로 제작된 종이 가장 소리가 커서, 크기에 맞게 구하여 설치함
○ 7.5cm 하수관의 최대 소음은 107.8dB이었고, 외부 진동을 안마기로 발생시켜 추가하여도 93dB가 측정됨, 주변 소음을 발생시킨 이유는 음파가 상쇄되도록 하여 실험하기 위함
○ 착암기, 경적소리가 100dB이므로, 우리가 제작한 배수구 트랩 경보기는 지금이 7.5cm 하수관 의 경우 최대 107.8dB로 이웃에 강한 구조 신호를 보낼 수 있고, 반영구적으로 사용
배수구 트랩에 외부 진동을 가함 7.5cm 최소값 93.0 dB 5cm 최소값 94.9 dB
7.5cm 최대값 107.8 dB 5cm 최대값 109.2 dB
□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)
○ 7.5cm 배수관보다 5cm 배수관이 최대소음값이 109.2dB로 더 크게 나옴, 배수관의 폭이 좁을수록 소음은 더 크게 들리고, 이웃에게 이동된다는 것을 알 수 있으나, 일반적인 배수구는 7.5cm를 사용함
○ 아두이노 센서를 달았으나, 반영구적으로 사 용할 수 없고, 주변 진동 소리에도 반응하여, 그냥 아날로그로 활용하는 것이 효율적임
주요어 배수구 트랩/ 1인 가구, 소음, 진동
< 연구 결과보고서 >
1. 과제 개요
□ 연구 동기 및 배경
○ 1인 가구 사고 발생 시 신고 어려움
Ÿ 1인 가구는 집 안에서의 안전 사고 발생 시 도움을 요청하기 어렵다. 최근 혼자 사 는 가구가 늘면서 스마트 폰 없이 화장실 에 들어갔다가 갇히는 사고가 흔하게 일 어난다. 화장실은 습기가 많아서 잠금장 치나 손잡이의 스프링이 녹슬어 버리게 된다. 따라서 문이 고장 나는 사고의 70%
이상이 화장실에서 일어난다고 한다.
○ 1인 가구의 70% 이상 소형 아파트 및 다세대 주택에 거주
Ÿ 대형 아파트에는 화장실 비상호출기가 있지만, 빌라나 다세대 주택에는 화장실 에 비상호출기가 없다.
Ÿ 저소득 층의 경우 요금 문제로 인터넷이나 스마트폰을 사용하지 않고, 주로 다세대 주택이나, 빌라에서 거주한다. 따라서 아파트에 설치된 화장실용 비상벨이 설치되어 있지 않다.
Ÿ 이에 스마트폰 없이 비상호출기가 없는 화장실에 갇혔을 때 외부에 구조 신호를 보낼 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다고 생각하였다.
○ 보급 가능하고, 반영구적으로 사용하는 방식의 비상경보기 필요
Ÿ 1인 가구 안전 사고 발생 60.5%는 주택에서 발생한다. 또한 사고 원인은 47.4%가 낙상이며, 식품 및 이물질이 15.8%, 물리적 충격이 12.5% 등이다. 또한 연락 두절 이후 1인 가구원이 주로 발견되는 곳은 화장실이다. 예를 들어 스마트폰 없이 화장실에 갇히거나, 화장실에서 미끄러져 골절이 있어 거동이 어려운 상태가 되는 일도 흔히 발생한다고 한다
출처 : 데일리 팝(http://www.dailypop.kr)
□ 연구 주제의 선정 과정
○ 기존 1인 가구 안전 대책은 대체적으로 60대 이상 노인과 저소득층에만 집중되어 있다. 서울시나 부산 연재구 등에서 지원하는 고독사 예방을 위한 스마트 센서는 동작감지기와 TTS(text to speech) 모듈, LED 조명등 다양한 기능이 있으나 (1) 고가의 제품으로 일반 1인 가구에는 무상 또는 저가 보급이 불가능하다. 또한 (2) 전기와 인터넷 공급, 기기 점검 등이 지속적 유지 관리가 가능해야한다. (3) 반영구적으로 사용할 수 없다. (4) 60세 이상 노인에게 먼저 제공된다. 사회복지제 도 사각지대에 있는 50대 이상이 안전사고 및 고독사에 더 취약하다. (4) 이웃에게 도움을 요청할 수 있는 보급형 구조 신호 발생 장치가 필요하다.
<참고 : 서울시 80명에게 시범적으로 고독사 예방을 위한 스마트 IoT 센서를 설치>
서울시는 KT와 쪽방촌 주민들을 위해 냉장고 지원 및 고독사 예방을 위한 스마트 센서를 설치한다. 서울시는 KT의 후원으로 서울역과 남대문 쪽방촌내 주민 80명에 게 시범적으로 고독사 예방을 위한 스마트 IoT 센서를 설치・운영하고, 이후 모든 쪽방촌으로 확대 운영할 예정이라고 22일 밝혔다. 이번에 설치되는 스마트 IoT 센서는 주민들의 생활 편의를 고려해 동작감지기와 TTS(text to speech) 모듈, LED 조명 등 3가지 기능이 결합 된 일체형 IoT 서비스로 고독사 예방 활동, 안내 방송, 전기료 절감이 가능한 특화 제품이다.
또한, TTS 기능과 LED 조명이 결합 되어 상담소에서 주민들에게 의료나 생필품 지원, 마을행사 등 필요한 정보를 전달할 수 있으며, 위급 상황 시 상담소에 비상 호출기 능이 가능하다. 시는 이날 서울역 쪽방촌 내 ‘동자희망나눔센터’ 3주년을 맞이 해 센터에서 박원순 서울시장과 황창규 KT 회장이 참석하는 기념식을 개최했다.
박원순 서울시장은 “이번 KT와의 협력 사업은 서울시와 기업이 함께 협력해 소외계층에 큰 도움을 준 좋은 사례로 다른 기업 등에게도 계속 확대해 나가기를 희망한다”고 말했다.
- 메디컬투데이 오수빈 기자(others112@mdtoday.co.kr)
□ 연구목적
<1차 목적>
○ 사회복지 제도의 사각지대에 있는 전체 1인 가구의 73.2%가 화장실에서 디지털 장비 없이 아날로그적 방식으로 외부에 도움을 청할 수 있는 비상신호기(하수도 배수구 트랩 장착형)를 개발하는 것이 본 연구의 1차 목적이다.
○ 배수구 트랩은 하수도 냄새 차단 기능도 갖추고 있다.
○ 이웃에 효율적으로 전달할 수 있는 하수관 소리 증폭 방법, 재질, 종소리 발생 방법에 대해 탐구할 수 있을 것이다.
<2차 목적>
○ 모든 집에 연결된 하수관이지만, 때에 따라서 소리를 전달받지 못할 수 있다. 따라서 여러 세대가 거주하는 아파트부터 하수관 비상신호(종소리)를 디지털 신호로 인식 하여 119에 연결 중앙식 비상경보장치를 제작하는 것이 2차 목적이었다. 하지만 작은 소리에도 반응하는 아두이노 센서라는 한계 때문에, 2차 목적은 차후에 달성 할 수 있을 것이다.
연구 콘셉트 적용 아이디어
반영구적, 보급형 유지 보수의 필요가 없는 저가 아날로그 방식의 비상경보기 구상
역발상, 층간소음 통로의 활용
- 1인 가구가 많이 거주하는 아파트, 다세 대 주택이 가진 특성을 적용
후두의 소리증폭 원리 적용
층간 소음의 원인인 하수구 배관을 소리 울림통으로 활용
하수도 배관에서 올라오는 냄새 차단 일자형 배관이 가진 하수도 냄새 등의 문제를 해결할 수 있는 기능
고성능 아날로그 형태로 보급 신호 수집 장치는 디지털로 제작
하수관 비상신호(종소리)를 디지털 신 호로 인식하여 119에 연결 중앙식 비상 경보장치를 제작하는 것
○ 본 연구의 차별성
v 하수도 배관에 대한 역발상을 통해 보급 가능한 아이디어 산출 v 기존 배수로 트랩에 기능을 추가하는 방식으로 제작비 절감
Ÿ 반영구적 사용 - 전기배선이나 인터넷 연결이 필요 없이 반 영구적으로 사용 Ÿ 기존 시설의 활용 - 하수도 배관이 울림통의 역할로 소리 증폭 장치가 되고, 배수구
에 쇠 종을 달아서 화장실 바닥에서 누구나 손쉽게 동작할 수 있음 Ÿ 초저가 보급형 - 기존의 하수도 배관을 그대로 활용하고 손쉬운 설치 가능 Ÿ 하수도 악취 차단 - 평소에는 하수도 냄새를 차단하고, 위급할 때는 종소리를
발생하여 이웃에 도움을 요청할 수 있음
□ 연구내용
○ 하수구 배관의 소리 증폭 원리 탐구
준비물 : 소음(dB) 측정기, 하수구 배관(직경 별 3종류)
가장 일반적인 하수구 배관에 직경, 휘어짐, 시멘트 부착 여부에 따라서 소리 증폭 정도가 얼마나 달라지는지 탐구
○ 배수구 트랩에 설치할 종의 재질, 모양에 따른 소리 크기 비교
준비물 : 소음(dB) 측정기, 하수구 배관(직경 별 2종류, 5cm, 7.5cm 두 가지)
○ 배수구 트랩 종소리의 소음도 측정, 증폭 방법 구상
○ 주변 소음 발생 방법
준비물 : 안마기를 활용하여 공사현장의 소음을 재현. 안마기는 처음에 두 가지 종류로 구입하여, 실험에 활용.
○ 진동 세기 등을 적절히 조절하여 90dB 이상으로 소음도를 조절하여 활용
목 안마기 저주파 안마기 핸디형 안마기
○ 최종 제품 제작, 1. 아날로그식 배수관
준비물 : 배수구 트랩 테두리, 제작한 종, 흔들 수 있는 핸들
○
최종 제품 제작, 2. 디지털 식 구조 신호 감지 장치 제작준비물 : 아두이노, 소리 감지 센서, 3D 프린터기(학교), 아크릴
배수구 트랩 재료 종형으로 아래 소음이 발생하도록 제작
-
2. 과제 수행 내용
□ 선행 연구
○ 1인 거주 가구의 증가 추세
Ÿ 전체 가구의 30%가 1인 가구이며, 전체 가구에서 1, 2인 가구의 비중이 53%로, 점점 증가 추세에 있다.
Ÿ
○ 1인 가구는 전 연령에 걸쳐 분포
Ÿ 일반적으로 1인 가구라고 하면 독거 노인이나 쪽방촌 사람들 같은 고령자들을 떠올리지만, 1인 가구의 79%는 도시지역에 거주하며, 2015년 통계 결과 4,124,960명으로 추산된다.
Ÿ 또한 60, 70대가 전체의 30.3%를 차지하고 있고, 50대 1인 가구의 비중은 16.9%, 40대 이하가 52.8%로 전체의 절반 이상이다.
○ 고독사는 증가 추세 - 실제 고독사의 발생의 30%는 50대
Ÿ 연령대별 고독사 발생 비율은 30대 이 하가 6.2%, 40대가 17.0%, 50대가 29.0%이다.
Ÿ 실제 고독사의 30%는 50대에서 발생 한다. 이들은 사회보장제도의 도 움을 받지 못하는 사각지대에 놓인 연령이다.
Ÿ 1인 가구를 위한 사회보장제도로 노인돌봄서비스, 응금안전돌봄서비스, 사랑 잇기사업, 독거노인 공동생활제, 독거노인 친구 만들기 사업 등이 있으나,
고령자에게 집중, 40~50대 중장년층을 위한 제도는 없다.
Ÿ 50세이하 1인 가구가 전체의 73.2%로 전혀 보호받지 못하고 있는 셈이다.
Ÿ 고독사는 고령층만의 문제가 아닌 전 연령의 문제임을 인식할 때이다.
그림 36 사고 발생 장소 그림 37 사고 원인
○ 1인 가구 안전사고에 취약
Ÿ 한국소비자원 소비자위해감시시스템에 접수된 고령자 안전사고 건수는 2014 년 4453건, 15년 5111건, 16년 5795건이다.
Ÿ 1인 가구 안전 사고 발생 60.5%는 주택에서 발생한다. 또한 사고 원인은 47.4%가 낙상이며, 식품 및 이물질이 15.8%, 물리적 충격이 12.5% 등이다.
Ÿ 또한 연락 두절 이후 1인 가구원이 주로 발견되는 곳은 화장실이다. 예를 들어 스마트폰 없이 화장실에 갇히거나, 화장실에서 미끄러져 골절이 있어 거동 이 어려운 상태가 되는 일도 흔히 발생한다고 한다
출처 : 데일리 팝(http://www.dailypop.kr)
○ 1인 가구가 주로 거주하는 곳은 단독주택 및 아파트이다.
○
단독주택 및 아파트 화장실은 일자형 배관으로 인한 층간 소음 문제가 자주 거론된 바 있다. 층간 소음에 대한 역발상으로 화장실 하수도 배관에 소리 발생 장치를 달아서, 하수도 배관이 울림통의 역할을 하게 되어 위 아랫집으로 증폭된 소리의 비상신호를 보낼 수 있게 한다. 하수구 소리 발생 장치는 흔들면 되므로 조작이 쉽고, 반복적인 소리를 발생시킬 수 있어, 이웃집에 자신이 위험에 처했음을 알리 고 도움을 요청할 수 있다. 또한 반영구적으로 사용할 수 있다.○ 단독주택과 아파트의 하수도 배관 소음
Ÿ 국내 공동주택내에서 발생하는 소음 중에서 공동주 택 화장실은 상부층에서 연결된 배관이 하부층 천장 부위로 지나가게 되며 화장실 특성상 잔향시 간이 다른실과 달리 길기 때문에 위 아래 층 주민이 느끼는 소음도는 매 우 큰 편이다. 이를 역 이용하면 다른 가구로 효율적으로 구조 신호를 소 리형태로 전달할 수 있는 통로가 바로 하수도 배관이다. 일반적으로 국내 공동주택 적용되고 있는 배관은 주철관, PVC 등이 적용되고 있으며 현재 는 유지보수 등의 장점을 지닌 PVC 배관이 적용되고 있다.
Ÿ 또한, 배관의 엘보 부위에 고무판 등을 추가적으로 설치하여 수직으로 떨어 지는 화장실 물의 충격음을 저감하는 형태의 배관도 개발 되었지만, 현재 대부분의 주택, 아파트는 주철관으로 이루어진 일자형 배관으로 소리의 전달이 편리하다. 아래 비교 표처럼 층하배관이 대부분이며,가구에서 가
구로 소리가 효율적으로 전달될 수 있는 유일한 통로이다.
<층하 배관과 층상 배관 비교>
○ 소리의 세기와 소음
Ÿ 소리란 탄성체를 매질로 전파되는 파동을 가리키며 음(音) 또는 음파(音 波) 라고도 한다. 좁은 뜻으로는 사람의 귀에 들리는 것을 가리킨다.
Ÿ 빛을 제외한 파동은 모두 그것을 매개하는 매질에 의해 전파된다.
Ÿ 즉, 매질을 이루는 물질입자의 진동과 움직임이 파동으로 나타난다.
Ÿ 예를 들어 지진파는 지각을 통해 전파되고, 수면파는 물을 통해 전파된다.
소리(음파)는 공기, 물, 금속 등 대부분의 탄성체를 매개로 하여 전파 된다.
그림 40 소리의 전달
□ 데시벨(dB)
Ÿ 소리의 세기 : 진폭의 제곱에 비례하며, 음파가 전달하는 에너지의 크기를 나타낸다.
Ÿ 소리의 크기 : 사람이 뇌에서 느끼는 생리적 정도를 나타낸다.
Ÿ dB의 정의 : 사람이 귀로 감지할 수 있는 최소의 세기를 기준으로 정한 소리의 크기를 나타내는 단위이다.
Ÿ 사람이 들을 수 있는 최소의 소리를 0이라 한다.
□ 소음
Ÿ 소음의 정의 : 소음은 기계, 기구, 시설 기타 물체의 사용으로 인하여 발 생하는 강한 소리를 말한다.
Ÿ 소음의 특성
✏ 청각으로 느끼는 감각 공해로서 물리적 현상이다.
✏ 피해 범위가 좁아 국지적이며, 소음이 발생할 때만 느끼는 일과성 느낀다.
✏ 어떤 기계가 60dB의 소음이 발생하는 경우 이와 동일한 기계를 10대를 동시에 가동하면 소음의 크기는 70dB이 되며 사람의 귀로는 약 2배의 크
기의 소음으로 느끼게 된다.
□ 소리의 울림 원리
소음크기 음원의 예 비고
20 나뭇잎 부딪히는 소리
30 조용한 농촌, 심야의 교회
35 조용한 공원 WHO 침실기준
40 조용한 주택의 거실
50 조용한 사무실 업무소리 환경기준설정선(주간)
60
보통의 대화 소리, 물 내려가는 소리, 백화점 내
소음
이 이상이면 주변에 전달 가능
70 전화 벨소리, 거리
공사장규제기군 시끄러운 사무실
80 철도변 및 지하철 소음 작업장 내 기준
90 소음이 시만 공장안
100 착암기, 경적소리
그림 41 후두의 소리 증폭 원리
후두에는 성대가 있다. 성대 구조를 기준으로 후두 부위를 나눌 수 있다. 후두의 윗부분을 성문상부라고 하는데, 후두덮개 끝에서 진성대(성대) 위까지를 말한다.
성대문은 실제 소리가 나는 진성대를 포함하여 5~7mm 아랫부분까지이다. 성문하 부는 그 아랫부분으로 기관이 시작된다.
□ 울림통
소리를 증폭하여 더 크게 만드는 효과가 있다. 공기를 가두고 그 안에서 공명이 일어나 도록 하는 원리인데, 하수도 배관이 울림통의 역할을 할 수 있기 때문에 주변 이웃에 더 효율적으로 구조 신호를 전달할 수 있다.
□ 연구 방법
○ 문제 해결을 위한 실험 방법
<구조 신호 발생 배수구 트랩>
◯ 정밀한 소음측정기를 구입, 배관 모양별 배관 내부에서 소음도 측정
◯ 소음 증폭이 가능한 구조 신호 발생 배수구 트랩 완성
그림 42 도자기로 만든 울림통 그림 43 울림통 역할을 하는 배관들
배수구 트랩 설치 종 설치 배관 모양별 소리 측정
<디지털 식 구조 신호 감지 장치>
◯ 아두이노로 배수구 트랩에서 발생되는 구조 신호의 파장을 측정한다.
◯ 이 신호를 센서로 감지할 수 있도록 프로그램하고, 이미 개발되어 있는 저감유도 단말기를 연결하여, 유선 인터넷으로 연결하여 직접 구조 신호를 119나 관리소에 보낼 수 있도록 연결할 것이다. 만일 가능하다면 앱 인벤터를 활용하여 구조 신호 발생 앱을 제작할 수도 있다.
□ 연구 활동 및 과정
주요 활동 시 기 비 고
배수구 트랩 재료 구입 7월
활용도 분석, 최종 산출물 디자인 7월 구조 신호 발생 배수구 트랩 제조 7월 가장 소리가 큰 종의 형태 장착 7월 기본 하수도 소리 증폭 실험 설비 완성 8월
실험 수행 8월
3D 프린터로 최종 모양 제작 8월
디지털 신호 수신 장치 제작 의뢰 8월 연구 중간 보고서 작성, 전문가 자문 9월 아날로그 구조 신호 발생장치 완성 10월~11월
3. 연구 결과 및 향후 계획
□ 연구 결과
○ 정밀한 소음측정기를 구입, 배관 모양별 7.5cm, 5cm 배관 내부에서 소음도 측정
○ 소음 증폭이 가능한 구조 신호 발생 배수구 트랩 완성
□ 연구 활동 및 과정
트랩 설계 배수구 모양 물받이 선반
<최종 의뢰한 설계도>
○ 손쉽게 가정 내 배수구에 설치 가능한 구조 신호 발생 배수구 트랩을 완성, 손으로 디자인 한 배수구 트랩을 직접 3D 모델링을 맡겨서, 출력할 수 있도록 계획함
제작 전문가 후가공으로 마감
배관 모형 제작 실험용 큐브 상자 제작 <아크릴 업체 의뢰>
○ 배수구에 종을 설치하면 수동으로 소리를 내기 때문에 전선 연결을 할 필요 없고, 반영구적으로 작동할 수 있음, 따라서 내구성을 높이기 위해 스텐으로 제작한 종을 활용함
○ 배관을 통해서 위, 아래 등 이웃집에 효율적으로 종소리 전달이 가능
○ 평소에는 종이 돔형 구조로 배수구에서 올라오는 냄새도 차단하도록 함
뚜껑 제작 종을 달 수 있는
고리 제작 배수가 가능한 바닥 제작
3D 프린팅 배수구 트랩 완성 종설치
□ 연구 결과
○ 실험용 배수관 모형 제작 완료하고, 안마기로 외부 진동을 가하면서 소음도 측정
○ 종의 경우에는 쇠종으로 배관보다 약 1cm 직경이 작은 크기를 찾아서 활용하였음
3D 프린팅 완료 후가공 배수구 트랩 실험 장치 완성
□ 결과 해석 및 논의
○ 주물로 제작된 종이 가장 소리가 커서, 크기에 맞게 구하여 설치함
○ 7.5cm 하수관의 최대 소음은 107.8dB이었고, 외부 진동을 안마기로 발생시켜 추가하여도 93dB가 측정됨, 안마기는 진동 방식을 총 3종류로 구입하였음
○ 주변 소음을 발생시킨 이유는 음파가 상쇄되도록 하여 실험하기 위함
○ 착암기, 경적 소리가 100dB이므로, 우리가 제작한 배수구 트랩 경보기는 지금이 7.5cm 하수관의 경우 최대 107.8dB로 이웃에 강한 구조 신호를 보낼 수 있고, 반영구적으로 사용할 수 있다는 사실을 알게 됨
배수구 트랩에 외부 진동을 가함 7.5cm 최소값 93.0 dB 5cm 최소값 94.9 dB
7.5cm 최대값 107.8 dB 5cm 최대값 109.2 dB
□ 결론 및 제언(시사점 및 향후 계획)
○ 7.5cm 배수관보다 5cm 배수관이 최대 소음 값이 109.2dB로 더 크게 나옴, 배수관의 폭이 좁을수록 소음은 더 크게 들리고, 이웃에게 이동된다는 것을 알 수 있으나, 일반적인 배수구 는 7.5cm를 사용함
○ 아두이노 센서를 달았으나, 반영구적으로 사용할 수 없고, 주변 진동 소리에도 반응하여, 그냥 아날로그로 활용하는 것이 효율적임
<구조 신호 발생 배수구 트랩>
○ 손쉽게 가정 내 배수구에 설치 가능한 구조 신호 발생 배수구 트랩을 완성할 수 있었음 ○ 수동으로 소리를 내기 때문에 전선 연결을 할 필요 없음
○ 반영구적으로 작동하는 장점이 있음
○ 배관을 통해서 위, 아래 등 이웃집에 효율적으로 종소리 전달이 가능하며, 최대 109.2dB 로 매우 극심한 소음이 발생하여, 이웃집에 효율적으로 소리를 전달할 수 있음 ○ 평소에는 배수구에서 올라오는 냄새도 차단한다.
□ 2차년도 계획
○ 아날로그 방식의 구조 신호에서 특정 파장의 디지털 신호로 인식하여 해당 아날로그 신호가 인식되면 자동으로 119나 동사무소에 출동 요청을 할 수 있도록 한다.
○ 기존 인터넷 연결 모듈을 활용해 1차 제작하고, 가능하면 앱인벤터를 이용해서 IoT로 연결하는 방법까지 완성한다.
○ 완성품은 특허를 출원하려고 한다. 그리고 제작하여 사회복지 단체의 도움을 받아 많은 수량을 제작할 수 있으면, 사회보장제도의 사각지대에 있는 50대 이하 1인 가구에게 무상으로 보급하고 싶다.
○ 하수구 배관의 소음 전달 원리를 역 이용해서 이웃에 도움을 요청할 수 있는 다양한 구조 신호 발생 방법에 대해서 고안한다.
4. 참고문헌
http://www.mdtoday.co.kr/mdtoday/index.html?no=288783, http://blog.daum.net/blog4074/8926942
http://silveritv.blog.me/221223463222, https://blog.naver.com/ljb1202/220895083776
[네이버 지식백과] 후두 [larynx, 喉頭] (서울대학교병원 신체기관정보, 서울대학교병원)
김정훈, 심동혁, & 김경훈. (2006). 곡관 종류에 따른 배수관내의 소음 저감에 관한 실험적 연구.
한국소음진동공학회 학술대회논문집, 190-195.
박철용, 김상훈, & 장동운. (2006). 층상배관 배수시스템의 소음 특성 평가. 한국소음진동공학회 학술 대회논문집, 1286-1289.
