논 문]
선행음 효과를 이용한 최적의 음성피난유도음에 관한 연구
A Study on the Optimized Announcement Based Evacuation Guidance Using Haas Effect
백은선†·김선우*·백건종**·신훈***·송민정****·국찬*****
Eun-Sun Baek
†· Sun-Woo Kim* · Geon-Jong Baek** · Hoon Shin*** · Min-Jeong Song**** · Chan Kook*****
동신대학교 소방행정학과, *전남대학교 건축학부, **동신대학교 대학원, ***전남대학교 대학원,
****전남대학교 바이오하우징사업단, *****동신대학교 조경학과 (2010. 12. 20. 접수/2011. 4. 8. 채택)
요 약
본 연구에서는 예기치 않는 화재 등의 재해가 돌발적으로 발생하였을 경우 소리 정보에 의해서 사람들 을 적극적으로 올바른 방향으로 피난 유도시키려면 피난자가 유도 정보의 내용을 알아들을 뿐만 아니라 피난 방향도 지각할 수 있는 것이 필요하다. 이에 피난 유도음의 방향을 감지할 수 있는 선행음 효과를 이용하여 각 건물공간에서 선행음과 후속음에 대해서 음압레벨 변화와 지연시간 변화에 따른 청감실험 결 과 즉, 최적의 음성 피난유도음을 도출하였다. 각 실내공간에서 최적의 음성 피난 유도음은 다음과 같다.
1) 강의실 공간에서 음성 피난 유도음의 최적의 조건은 선행음보다 후속음이 지연시간을 10ms~50ms 갖 는 경우와 선행음과 후속음의 음압레벨 차이가 없거나 선행음이 높은 경우에 선행음 방향에 대하여 양호 하게 인지하였다. 2) 복도 공간에서의 최적의 음성 피난 유도음은 선행음보다 후속음이 지연시간 20~60ms인 경우에 선행음에 대하여 양호하게 인지하였다. 3) 체육관에서는 최적의 음성 피난유도음은 선 행음보다 후속음이 지연시간 10~40ms인 경우와 선행음이 후속음보다 음압레벨이 크거나 같은 경우에 선 행음에 대하여 양호하게 인지하였다.
ABSTRACT
In case of an emergency such as a fire on a building and there is a need to evacuate the occupant in that building, it is important to have the guidance information effectively delivered to the evacu- ating occupants to guide them toward a safe direction using audio sensual media. And, it is also very important to prevent the evacuating occupants getting lost or falling astray, away from the direction toward safety. The purpose of this study, in this respect, is to examine the possible application of the precedent sound effect, with which the evacuating occupants may get a sense of the direction where the announcement comes from. With such an effect, an experiment was conducted to measure the extent to which people can hear the preceding and the following sound in terms of the acoustic pres- sure level changes and delay time changes, with a view to make the optimal evacuation-guidance announcement or sound. The optimal evacuation guidance sound (announcement) per each of the experimental indoors environments were as follows; 1) Regarding the optimal condition for the evac- uation guidance announcement sound in the space of a lecture room, the direction of the advanced sound is positively recognized when the follow-up sound has the delaying time of 10 ms~50 ms in comparison with the advanced sound or when there is no difference between the acoustic pressures of the advanced and follow-up sounds or the acoustic pressure of the advanced sound is higher than that of the follow-up sound. 2) Regarding the optimal evacuation guidance announcement sound in the space of a hall, the advanced sound is positively recognized when the follow-up sound has the delaying time of 20 ms~60 ms in comparison with the advanced sound. 3) Regarding the optimal evacuation guidance announcement sound in the space of a gymnasium, the advanced sound is posi- tively recognized when the follow-up sound has the delaying time of 10 ms~40 ms in comparison with
†E-mail: [email protected]
the advanced sound or when the sound pressure of the advanced sound has a higher level than or the same level as that of the follow-up sound.
Key words: Haas effect, Evacuation, Evacuation guide systems, Evacuation performance
1. 서 론
불특정 다수가 이용하는 대규모 건축물이나 지하가 등에 대해서는 화재나 지진 등의 재해시 피난유도 시 스템은 불가피하다. 그러나 현행의 소방법에서는 화재 사실을 관계인에게 알리는 경보설비에는 비상경보설비, 자동화재탐지설비, 비상방송설비, 자동화재속보설비, 통 합감시시설 등이 있고, 화재가 발생할 경우 피난하기 위한 피난설비에는 피난기구, 피난유도선, 유도등 및 유도표지, 휴대용 비상조명등이 소방관련법규에 따라 설치되고 있지만 이러한 설비들은 화재 발생시 피난행 동에 필요한 정확한 피난정보를 피난자에게 전달 할 수 있는 수단으로는 미흡한 실정하다.
특히, 구획된 공간에서 화재가 발생하면 가연물질의 성분 및 연소조건에 따라 연소생성물인 연기는 필연적
으로 발생하게 된다. 발생된 연기는 건물내 공기 흐름 과 같이 유동하여 피난유도시설인 유도등 및 유도표지 의 기능을 마비시킨다. 따라서 피난안전성을 확보하기 위해 음성정보를 이용하여 피난자를 올바른 방향으로 피난 유도시키려면 피난자가 피난유도 정보의 내용을 정확하게 인식할 뿐만 아니라 피난 방향도 지각할 수 있는 것이 필요하다.
따라서 인간의 청각현상 중 음원의 방향을 인지할 수 있는 원리, 즉 음원의 방향은 좌우 귀에 도달하는 음파의 시간 차이(Interaural Time Difference)와 세기 차이(Interaural Level Difference)를 단서로 하여 지각하 는 선행음효과(Haas Effect)을 이용하여 최적의 음성피 난유도음 시스템을 개발하고자 한다. Figure 1은 최적 의 음성피난 유도음 시스템 개발에 따른 전체 연구흐 름도이다.
본 논문에서는 선행연구에서 도출된 음성피난유도음 을 선행음효과(Haas Effect)를 이용하여 음성피난 유도 음의 방향성을 인지하여 올바른 피난을 유도할 수 있 는지를 파워레벨 변화와 지연시간 변화를 이용해서 적 절한 방향성을 인지하는지를 청감실험을 통하여 각 건 물내의 최적의 음성피난유도음을 도출하고자 한다.
2. 이론적 고찰
선행음 효과(Haas Effect)는 최초의 방향에서 소리를 들으면 다른 방향에서 ms만큼 지연되어 들리는 소리 도 최초의 방향에서 온 소리와 같이 느껴 버리는 음향 심리 효과이다.
Figure 2와 같이 직선상에 두개의 스피커 Sa, Sb를 설치해, 이러한 스피커로부터 같은 신호(음원)를 같은 음압레벨로 동시에 재생한다. 이 때, P1의 위치에서는 소리는 항상 B 측에서 도달하므로 소리의 방향감은 B 방향에 있다. 또, P3에 대해서는 스피커 Sb로부터의 소 리는 스피커 Sa로부터의 소리에 비해 음압레벨이 높고, 한편 시간적으로도 조금 먼저 도달한다. 이 때, 두 개
Figure 1. Study flow on the optimized evacuation guidance
system. Figure 2. Haas effect.
의 음원은 융합해 선행음 효과를 일으켜 먼저 도달한 스피커 Sb의 방향에서 들리는 것처럼 느껴, B측에 음 의 방향감을 얻는다. 한편, P2에 대해서는 상기와 같은 이유로부터, 먼저 도달한 스피커 Sa로부터의 음원만이 들려오는 것처럼 느껴, A측에 음의 방향감을 얻는다.
그런데, P2의 위치에 있어도 음원이 B측에서 들려오 듯이 하기 위해서는, 선행음 효과를 적극적으로 이용 하면 좋다. 즉, P2의 위치에 있어 스피커 Sb로부터의 음원이 Sa로부터의 것보다 조금 먼저 도달하도록 하고, 스피커 Sa의 음원 재생 시간을 지연 시킨다.
이 때 P2에서는 선행음 효과에 의해서 음원은 B방 향에서 들려오게 되어, B측에 음의 방향감을 느낀다.
덧붙여 P2의 위치에 있어 스피커 Sa로부터의 음원이 Sb에 의하는 것보다 음압레벨이 다소 높아도, 상기의 선행음 효과는 얻을 수 있다. 이상의 방법을 이용하는 것으로, 스피커 Sa와 Sb를 연결하는 직선상의 어느 위 치에 있어도 항상 동일 방향(비상구의 방향)에서 유도 소리가 들려오도록 할 수 있다.
3. 실헝방법
3.1 청감실험에 이용된 음원
선행연구에서 선정된 신호음2와 여자 아나운서의 피 난음성 멘트 “비상구는 여기입니다”의 파워레벨의 변 화, 지연시간의 변화로 음원을 구성하였다. 87개의 음 원을 살펴보면 다음과 같다. 먼저 선행음과 후속음 음 압레벨 차이의 변화가 없는 경우, 선행음이 2dB(A), 4dB(A), 6dB(A) 높은 경우와 후속음이 2dB(A), 4dB(A), 6dB(A) 높은 경우로 총 7단계의 변화를 주었다. 또한 지연시간의 변화는 후속음이 지연시간이 없는 경우, 10~100ms까지 10ms 간격으로 해서 총 11단계의 변화 를 주었다. 따라서 음압레벨 7단계와 지연시간 10단계 지연시간이 없는 경우 1단계을 조합한 음원 87개를 녹 음하였다.
이번 청감실험에서는 녹음된 87개 음원을 일정한 순 서로 재생시킬 경우 학습효과로 인해 정확한 청감실험 결과를 기대하기 어렵기 때문에 음압레벨 차이와 지연 시간을 일정한 순서 없이 혼합하여 편집하였다. 이렇 게 녹음 및 편집된 음원들은 랜덤으로 청감실험에 제 시하였다. 음원의 레벨 기준은 음원 발생장치 전방으 로 1m 떨어진 곳에서 90dB(A)로 하였다.
3.2 피험자 및 실험장소
청감실험에 피험자는 D대학교 대학생들로 정상적인 청력을 가진 남자 10명과 여자 10명으로 총 20명으로
구성되었다. 실험 장소는 Figure 3과 같이 복도 형식의 통로와 큰 공간의 체육관 및 계단강의실에서 청감실험 을 실시하였다. 계단강의실의 크기는 가로 27.22m × 세 로 13.63m × 높이 2.7m의 10열로 총 303 좌석이 있으 며 잔향시간은 0.7초이다. 복도의 크기는 가로 6m × 세 로 62m × 높이 2.9m이며, 잔향시간은 1.85초이다. 체육 관의 크기는 가로 26m × 세로 44m × 높이 20m이며, 잔 향시간은 4.92초이다.
3.3 실험방법
건물공간에 따라서 신속하게 피난할 수 있도록 최적 의 음성 피난 유도음 시스템을 도출하고자 3군데의 건 물 공간, 즉 계단강의실, 복도, 체육관에서 특정한 방 향으로 소리의 방향감을 얻기 위해서 선행음과 후속음 에 파워레벨 차이와 지연시간을 변화시킨 총 87개의 음원을 스피커를 통하여 각 공간에서의 방향감에 대한 청감실험을 하였다. 각 공간에서의 개구부 위치에 스 피커를 설치하였으며 스피커 간격은 20m로 하였다. 피 험자에게 청감실험의 목적 및 의미를 충분히 설명하고, Figure 3. Psycho-acoustic experiment chamber and reverberation time.
청감실험은 피험자가 일정한 구획된 공간에서 화재 발 생시 생성된 연기로 인하여 피난방향 및 위치를 파악 할 수 없는 상황에서 일정한 위치에 설치된 스피커에 서 피난유도음이 들려오고 있다는 가정하에 임하였다.
음성 피난 유도음을 2번 반복하여 들은 후 피난유도음 의 방향을 청감 정도를 기록지에 기록하도록 하였다.
방향감의 정도는 음성피난유도음을 선행음(스피커A) 과 후속음(스피커B)에서 동시에 제공했을 때 방향감이 인지되는 정도에 따라 구분하였다. 구체적으로 각 방 향의 인지 정도에 따라 각 5단계(1, 모호 - 5, 확실)로 구분하였으면 선행음 방향은 A1~A5, 후속음 방향은 B1~B5로 구분하였다. 또한 선행음과 후속음에서 제공 되는 음성피난유도음의 방향감을 인지할 수 없을 시에 는 0을 기입하도록 하였다.
4. 실험결과
4.1 강의실에서의 선행음 효과
청감실험 결과는 Figure 5와 같이 계단강의실은 잔 향시간이 0.7초로 비교적 적은 공간으로 선행음과 후 속음의 음압레벨 변화에 따른 방향감은 대체로 스피커
A방향으로 양호하며 후속음이 선행음보다 6dB(A) 높 은 경우에는 후속음 지연시간 80ms가 지나면 스피커 B방향으로 인지하고 있다. 선행음보다 후속음이 지연 시간을 갖는 경우 10ms~50ms는 양호한 A 방향을 인 지하고 있으며 그 후 지연시간이 늘어날수록 인지는 점점 평균값은 떨어지고 있다.
4.2 복도에서의 선행음 효과
Figure 6과 같이 잔향시간이 1.85초으로 중간 단계의 공간인 복도에서는 후속음이 선행음보다 6dB(A)이 높 은 경우에는 선행음의 스피커 A로 방향감 인지가 일 어나지 않았다. 또한 후속음이 선행음보다 4dB(A)이 높은 경우에는 선행음의 스피커 A로 방향감 인지가 양 호하지 않다. 다른 음압레벨 차이에서는 선행음보다 후 속음이 지연시간 20~60ms인 경우에는 선행음의 스피 커A 방향감을 양호하게 인지하고 있다.
4.3 체육관에서의 선행음 효과
Figure 7과 같이 잔향시간은 4.92초로 비교적 큰 체 Figure 4. Psycho-acoustic experiment.
Figure 5. Characteristic of announcement based evacuation guidance system in the lecture theatre.
Figure 6. Characteristic of announcement based evacuation guidance system in the corridor.
육관 공간에서의 후속음이 선행음보다 지연시간 50ms 의 이상인 경우에는 잔향시간이 높은 체육관에서 에코 현상이 너무 두드러지게 청감되어 음성 피난 유도음에 대한 방향감 인지가 많이 떨어진다. 후속음이 선행음 보다 음압레벨이 6dB(A) 높은 경우에는 가장 많은 에 코현상이 발생하여 방향감 인지에 낮은 평균값을 보이 고 있다. 체육관에서는 후속음이 선행음보다 지연시간 10~40ms인 경우에 선행음의 스피커A 방향감을 양호하 게 인지하고 있다.
5. 결 론
예기치 않는 화재 등의 재해가 돌발적으로 발생하였 을 경우 소리 정보에 의해서 사람들을 적극적으로 올 바른 방향으로 피난 유도시키려면 피난자가 유도 정보 의 내용을 알아들을 뿐만 아니라 피난 방향도 지각할 수 있는 것이 필요하다.
선행음효과를 이용하면 음성 피난 유도시스템의 피 난유도음에 방향을 감지할수 있는 정보를 갖게 하므로 피난 유도를 적극적으로 할 수 있다.
건물공간에서의 선행음효과를 이용한 선행음과 후속 음에 대해서 음압레벨 변화와 지연시간 변화에 따른 청감실험 통하여 최적의 음성 피난 유도음 도출은 다 음과 같다.
1) 강의실 공간에서 음성 피난 유도음의 최적의 조 건을 살펴보면 선행음과 후속음의 음압레벨 변화와 지 연시간 변화에 따른 음성 피난 유도음의 방향감에 따 른 최적의 도출은 선행음보다 후속음이 지연시간을 10ms~50ms 갖는 경우와 선행음과 후속음의 음압레벨 차이가 없거나 선행음이 높은 경우가 양호한 A 방향 을 인지한다.
2) 복도 공간에서의 최적의 음성피난 유도음은 선행
음보다 후속음이 지연시간 20~60ms인 경우와 선행음 이 후속음보다 음압레벨이 높거나 같은 경우에 양호한 방향감을 인지한다. 복도 공간에서의 최적의 음성 피 난 유도음 시스템은 선행음보다 후속음이 지연시간 20~
60ms인 경우와 선행음이 후속음보다 음압레벨이 높거 나 같은 경우에 양호한 방향감을 인지한다.
3) 체육관에서는 후속음이 선행음보다 지연시간 10~
40ms인 경우에 선행음의 스피커A 방향감을 양호하게 인지하고 있다. 최적의 음성 피난 유도음 시스템은 선 행음보다 후속음이 지연시간 10~40ms인 경우와 선행 음이 후속음보다 음압레벨이 크거나 같은 경우에 양호 한 방향감을 인식한다. 체육관에서는 후속음이 선행음 보다 지연시간 10~40ms인 경우에 선행음의 스피커A 방향감을 양호하게 인지하고 있다. 최적의 음성 피난 유도음 시스템은 선행음보다 후속음이 지연시간 10~40ms 인 경우와 선행음이 후속음보다 음압레벨이 크거나 같 은 경우에 양호한 방향감을 인식한다.
후 기
“이 논문은 2010 교육과학기술부로부터 지원받아 수 행된 연구임(지역거점연구단육성사업/바이로하우징연구 사업단)”. “이 논문은 2010 바이오하우징연구소의 지 원을 받아 수행된 연구임”. “이 논문은 동신대학교 학 술연구비에 의해 연구되었음”.
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