건축음향 설계

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건축음향 설계

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1. 음향 설계 프로세스

• 구분

1) 홀 형태 설계 : 실의 사용 목적에 적합한 특성 고려하여 홀의 형태와 크기를 결정해 가는 설계. 반향, 음의 초점 등 홀에서 발생하는 음향결함 현상의 원인

2) 잔향설계 : 홀에 가장 적합한 최적 잔향시간을 만족하도록 실내 흡음력을 고려하여 마감재료를 선정하고 그 소요량과 배 치를 음향적 관점에서 결정해 가는 것. 잔향설계는 홀의 음향 특성을 평가하는 중요한 요소이다.

• 홀의 목적, 용도에 부적합한 형태를 갖는 경우는 음향적인 결 함이 발생하지 않도록 하는 것이 중요.

• 건축음향설계에 있어서 중요한 것은 홀의 형태, 구조와 크기, 좌석, 천장형태, 벽면의 재질감, 흡음, 반사정도 등 음질에 직 간접적으로 영향을 미치는 모든 요소를 고려하는 것.

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2. 홀형의 설계

• 홀의 목적 및 용도에 맞는 실의 형태, 크기, 천장, 바닥, 벽, 확산판, 반사판 등의 계획이 아주 중요하다.

1. 거리에 따른 음의 감쇠 2. 좌석에 의한 흡음

3. 표면마감에 의한 흡음

4. 실내 모서리 부분의 반사음 5. 굴곡된 면의 음확산

6. 반사판 단부의 음회절 7. 음의 음영부분

8. 제 1차 반사음

9. 무대 바닥판의 공명 10. 반향과 정재파 11. 음의 투과

출처 ; 건축환경학; 임만택저; 보문당; 2010

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2.1 형태 계획

• 홀의 형태가 작고 직방체인 것 : 고유주파수의 분포에 균 일성이 없고 축퇴(Degenerate) 되는 현상이 발생

* 축퇴 : <물리> 양자 역학에서, 하나의 에너지 준위(準位₎ 에 대하여 두 개 이상의 상태가 존재하는 일.

• 홀의 세변의 비가 정수비(1:1:1, 1:2:4)가 되는 것은 피해 야 한다.

• 홀의 형태계획시에 많이 사용하는 방법 : 황금비율(√5-1):2:(√5+1), 2:3:5가 장려

- 일반적으로 1:³√5 :³√25 = 1:1.7:2.9 사용하기 좋은 치수

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2.2 평면 계획

• 대형홀에 사용하는 일반적인 평면의 형태

• 홀의 객석 : 음원 가까이 위치(무대 잘보고, 음을 충분히 들을 수 있 - 정방형 평면 : 음원에 가까이 할 수 있음. 고주파수 대역에서 음원방게)

향에 직각인 위치의 음압레벨이 급속히 감소

- 규모가 큰 정방형 실 : 무대측면에 있는 소리는 듣기 부적절

실의 중심축에서 각각 70이내에 객석이 위치해야 함. 맨 뒷자석은 가 능한 무대쪽의 강연자에 근접

- 장방형 실 : 실의 길이는 폭의 1.2 ~ 2배 정도가 적당

출처; 건축환경공 학;김재수저; 서우;

2005; p 410

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출처; 건축환경공 학;김재수저; 서우;

2005; p 410,411

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• 타원, 원형 평면 : 음이 집점을 일으킬 수 있으므로 음향 시뮬레이션을 통한 검토가 필요

출처; 건축환경공학;

김재수저; 서우;

2005; p 411

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• 부채꼴형(측벽이 확산되는 평면형) : 음원과의 거리를 근접시키고 평 행면을 피할 수 있으므로 음향적인 장점

- 천장과 함께 가능한 음원 근처의 벽에서 유효한 1차 반사음을 얻어 야 함.

- 부채꼴형의 뒷벽은 음이 집중되므로 에코의 위험이 있어 확산과 흡 음을 고려해야 함.

김재수저; 서우;

2005; p 412

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• 부정형, 비대칭형 평면 : 홀의 설계가 까다롭고 어렵지만 객석 전체에 음을 균일하게 확산시키는 바람직한 형태

출처; 건축환경공학;김재수저; 서우; 2005; p 412

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2.3 천장계획

• 무대에서 방사된 소리가 실내에서 유효하게 반사할 수 있는 부위는 객석의 주 천장이다.

- 강한 반사성의 재질로 시공

- 확산, 반사가 잘 되도록 곡면으로 설계

• 천장의 곡면형태에 따라 음의 확산 정도에 차이

출처; 건축환경공학;김재 수 저; 서우; 2005; p 413

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• 무대에 가까운 부분에는 큰 치수의 반사면을 설정 : 저음 을 충분히 객석으로 전달할 수 있게

• 천장 반사음 : 직접음을 보강하는 역할

- 무대에서 멀리 떨어진 뒷좌석이 영향을 많이 받음

출처; 건축환경공학;김 재수 저; 서우; 2005; p 414

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• 객석 천장의 후반부 : 객석의 측벽 및 후면벽에 가깝기 때문에 그대로 반사되어 객석쪽에서 에코 발생이 우려 -> 글라스 울을 충진한 Cellulose Fiber Board 등으로 흡

음처리 요함.

출처; 건축환경공학;김재수 저; 서우; 2005; p 415

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2.4 발코니 계획

• 발코니 밑의 음향상태 는 일반적으로 나쁨

• 장방형 평면의 경우 : 음원과 멀어지면 직접 음은 감쇠, 천장이나 벽의 유효한 반사음도 얻기 어려워 음압레벨 이 저하됨 -> 문제해 결을 위해 Fan형 발코 니를 갖는 평면이 선호

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• 깊게 돌출한 발코니 : 천장 반사음으로 인해 발코니 하부는 음영이 생겨 음향적인 결함이 발생 -> 해결책 : 깊이 D를 가능한 짧게, 높이 H의 최대 2배 이하, 가능하면 1.5배 이하, 맨 뒷좌석에서 홀 천장이 반정도 이상 보이게

출처; 건축환경공학;김재수 저;

서우; 2005; p 416, 417

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• 발코니 끝의 면은 흡음하거나 바닥이나 천장쪽으로 음을 확산시켜야 함

• 발코니 하부는 공명이 발생할 수 있으므로 일반적으로 흡음 처리

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2.5 벽면 계획

• 객석의 측벽면 : 반사효과 + 음을 풍부하게 하는 확산효과 + 적정 잔향을 유지하기 위한 흡음성능이 필요

• 객석 측벽의 반사면에 의한 음의 반사효과 -> 객석에 청중이 앉았을 때 귀 높이 정도에 효과가 나타남

• 대극장 무대의 반사된 소리 : 벽체를 통한 재반사 방지 -> 음이 객석으로 돌아가는 경우 방지

- 객석의 벽은 시간지연에 따른 Echo 방지 위해 흡음처리, 연속벽면을 없애고, 돌출면 계획 -> 벽타고 돌아가는 음 방지

- 객석의 뒷벽 -> 재반사 방지위해 흡음처리, 중고음역의 흡음력이 좋 은 재료 선정, 흡음판 설치시 세로로 줄눈을 주는 것이 효과적(∵음 의 Creeping 현상 방지)

- 흡음판은 천장면 하부까지 연장하여 설치

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출처; 건축환경공학;김재수 저; 서우; 2005; p 418, 419

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• 측벽에서 음의 반사, 흡수, 확산 상세도면

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• 홀에서 높은 초기음 에너지레벨을 획득 -> 반사면 계획이 중요

• 음원 주변의 반사면 : 직접음에 대한 시간차를 줄이므로 효과적

• 반사면은 음의 지향반사를 피하고 확산하도록 할 것

• 확산면은 일정수준 이상의 곡률을 갖는 볼록한 표면

• Schroeder Diffuser인 QRD 판넬을 사용하면 더욱 효과적 ※ Schroeder 확산기

- 입사음의 파장보다 판넬이 큰 경우 -> 회절이 안 생기고 판넬 뒤에 음영 이 생김

- 입사음의 파장이 판넬과 동일한 경우 -> 회절현상이 증가하여 확산효과 - 입사음의 파장보다 판넬이 작은 경우 -> 회절량이 증가하여 입사음 에

너지의 대부분이 손실

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2.6 바닥 계획

(1) 객석바닥

• 바닥 : 좌석이 설치. 직접음이 크게 감쇠, 고음역이 흡수,

좌석열간의 공명으로 100~200Hz의 저음역도 크게 감쇠 -> 바닥구 배를 가능한 크게 하여 직접음이 차단되지 않게

출처; 건축환경공학;김재수 저; 서우; 2005; p 421 - 시야각 : γ값은 12 ~ 15° 이상이 바람직

무대 가까이에서 멀어짐에 따라 γ를 크게 하는 것이 합리적

- 오디토리엄의 경우 바닥구배는 최저 8 °, 극장은 최저 15 ° 필요

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(2) 무대바닥

• 열에 강하고 습기, 열에 쉽게 휘어지거나 쪼개지지 말아야 함

• 공연장르에 따라 다른 재질이 필요

• 오페라하우스 : 탄성을 갖는 나무바닥재 마감

조명 반사 방지를 위해 블랙컬러 마감의 단풍나무 사용

• 소음, 진동이 직하실이나 기타 공간으로 전달 방지

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2.7 반사판 계획

• 음향반사판은 연주자와 객석에 양호한 음환경을 제공

• 홀의 객석 전열지역은 유효초기 반사음이 부족하여 수직, 수평 반사판을 사용

- 수직반사판 : 풍부한 공간감 제공

- 수평반사판 : 무대와 오케스트라 피트 음악레벨 보강

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• 음향반사판의 설치조건

- 반사판의 크기, 두께, 밀도를 높임 - 충분한 반사성, 확산성이 필요

- 음향적 조건 만족해야 하며 구조가 간단, 취급이 편리, 조 립 해체가 용이한 구조

- 음향반사판의 격납위치와 방법을 고려해야 함 - 음향반사판에 전용 조명기구를 함께 설치

(1) 무대의 가동반사판(Shell)

• 가동 반사판 : 흡음력이 큰 무대 뒤 공간으로 흡수되는 에너지 반사, 객석 쪽으로 유효한 반사음을 보내 음량을 풍부하게 함

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출처; 건축환경 공학;김재수 저;

서우; 2005; p 425

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(2) 다중 및 불연속 반사판

• 대형 홀의 경우 반사음의 지연시간 단축을 위해 무대에 서 객석 끝부분까지 설치

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(3) 반사판의 크기와 음보강 효과

• 반사판은 무거울수록 좋음

• 반사판은 파장보다 큰 치수를 사용하며, 평면과 볼록면을 조합하여 만듬

• 반사판의 크기 : 입사되는 주파수 파장의 4배 정도 - 중음역 기준(500 Hz)으로 약 3m 이상 크기

• 객석에서 반사판에 의한 음 보강효과를 높이기 위해 초기시간지연 이 30ms이하가 되게 설계

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2.8 확산체 계획

• 형태 : 병풍, 원통면, 구면, 피라밋형, 산형, 상자형, 불규 칙한 요철형

• 재료 : 반사성(시멘트, 타일), 저음흡수 목적(합판, 각종 보드) 등

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• 음 확산 방법

① 불규칙한 표면 적용

② 흡음재와 반사재를 분산배치

③ 다른 흡음처리를 불규칙하게 분포 ④ 평행 대칭벽 회피

⑤ 확산체의 크기 : 확산효과를 기대할 수 있는 치수

김재수 저; 서우;

2005; p 428, 429

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2.9 음향결함 방지 계획

• 실내 음향결함 : 반향, 플러터 에코, 음의 집점, 속삭이는 회랑 등

출처; 건축환경공학;김재수 저; 서우;

2005; p 430

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(1) 반향(Echo)

• 직접음이 들린 뒤 반사음이 들리는 것

• 에코는 명료도 저하, 음악의 리듬을 틀리게 하여 연주가 불가능

• 에코는 실내음향 장해 중 가장 치명적

2005; p 430

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• 반향 현상 : 반사음이 직접음보다 30~50ms 이상 늦게 도달하면 직 접음이 들린 뒤 반사음이 들리는 현상

• Echo 제거

- 음원과 반사면과의 거리를 5~8.5m 이하 - 반사면을 흡음면으로 대치

- 산란성 벽면

- 경로차가 적은 다른면을 이용하여 반사현상 제거

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(2) 플러터 에코(Flutter Echo)

• 매우 짧은 시간 간격으로 반복해서 발생되는 반향

• 발생장소 - 천장과 바닥

- 양측벽(서로 평행한 벽이 인접)

2005; p 432

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• 플러터 에코 방지책

- 서로 평행한 면 -> 경사지게

-> 음파의 파장길이 정도의 요철면을 붙임 - 일반적으로 벽면을 부정형

벽에 경사 둘 때 : 약 5 ~ 10° 이상의 각도

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(3) 음의 집점(Sound Focus)

• 음이 파장에 비해 휠씬 큰 오목면에 반사되면 어느 한 곳 에 집중되어 음압이 상승하는 현상이 발생

• 실내 음압분포를 나쁘게 한다.

• 방지책 : 홀의 형태를 불규칙하게 -> 음이 한쪽에 집중되 지 않고 확산되게 설계

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(4) Creep와 속삭이는 회랑(Whispering Gallery)

• 반사면이 큰 오목면을 이루고 있으며 음은 그 면의 주위 를 진행하여 몇 번이고 반사하고, 속삭이는 소리는 대단 히 멀리까지 명료하게 들을 수 있는 현상

• 런던의 St. Paul 사원의 돔, 중국 천단 황궁우의 회음벽

• 긴 곡면, 대체로 원형, 타원형 구조물에서 발생