요지
고속도로 이용차량의 증가와 함께 차량의 대형화와 고속화로 인해 고속도로 교통 소음레벨이 높아지고 있으며 저소음 포장노면 및 방음시설 설치 요청도 급격하게 증가하고 있다. 따라서 고속도로 교통소음으로 인한 민원예방과 함께 효율적이고 경제적인 소음저감 대책을 수립하기 위해서는 정확한 소음 예측 기술 마련이 필요하다. 본 연구에서는 시험도로에 포설된 다양한 포장노면에 대해서 CPX(Close Proximity Test) 및 Pass-by 소음 계측 방법을 혼용한 소음 계측 데이터를 이용하였고 차종별 단독 주행 시험을 실시하 여 차량 및 노면별 음향파워레벨 산정식이 마련된 데이터를 이용하였다. 아울러, 상기 산정식의 정확성을 검증하기 위하여 고속도로 12개 지점에 대한 총 38회의 소음 계측한 데이터를 이용하여 해당 지점에 대한 소음 예측 모델을 구성하여 측정값과 예측값을 비교
₩평가하였다. 최종적으로 3차원 GUI 기능을 지원하는 도로교통 소음 예측 프로그램 KRON(Korea Road Noise)을 개발하였다. 이와 더불어 각 포장형태별 및 차종별에 따른 소음특성을 분석하였다.
핵심용어
교통소음, CPX 방법, Pass-by 시험, 포장, 음향파워레벨
포장노면과 타이어간의 마찰음 분석을 통한 교통소음예측 소프트웨어 개발
Software Development of the Traffic Noise Prediction Based on the Frictional Interaction between Pavement Surface and Tire
문 성 호 Mun, Sungho 정회원·서울과학기술대학교 건설공학부 조교수·교신저자 (E-mail : [email protected]) 이 광 호 Lee, Kwang-Ho 정회원·도로교통연구원 연구위원 (E-mail : [email protected])
조 대 승 Cho, Dae-Seung 부산대학교 조선해양공학과 교수 (E-mail : [email protected])
ABSTRACT
Domestic economic development, industrialization, and urbanization have brought along not only increased highway traffic but also elevated traffic noise levels. Thus, it is necessary to accurately predict the traffic noise levels in order to address the public demand of alleviating the noise levels in urban areas. In this study, the method of evaluating the sound power level of road traffic was investigated in terms of considering the types of road surface and vehicle, based on previous researches. Regarding CPX (Close Proximity Test) and Pass-by test, the measured noise data of Test Road of Korea Highway Corporation were utilized in order to construct the database of sound power levels of various vehicles. Specifically, the 38 noise measurement and analysis in 1/1-octave band frequencies at 12 pre-selected sites were carried out, considering topography and road surface.
Finally, the comparison study was conducted between predicted and measured data in terms of traffic noise. The traffic noise prediction was based on the KRON (Korea Road Noise) program, which was developed being equipped with 3-dimensional GUI. In addition, the traffic noise characteristics were evaluated in terms of vehicle types and pavement surface conditions.
KEYWORDS
traffic noise, CPX method, pass-by, pavement, sound power level 한국도로학회 논문집
제13권 제2호 2011년 6월
pp. 67 ~ 75
1. 서론
국민 소득 수준의 향상과 함께 사회 간접 시설 확충의 일환으 로 신규 도로 건설 및 기존 도로 확장이 증가하고 있으며, 이와 함께 차량의 대형화, 등록 대수 증가 및 고속화로 인해 도로 발 생 소음량도 점진적으로 증가하고 있다. 또한, 방음벽 설치 요 구 및 소음 관련 민원도 함께 급증하고 있는 추세이기 때문에 경제적이고 정확한 소음 예측 도구 마련이 시급한 실정이다.
기존 연구(Bennert et al., 2005; Kuemmal et al., 1996; McNerney et al., 1998)의 타이어와 노면의 마찰음 에 국한하지 않고 본 연구를 통해서는 다양한 아스팔트 및 콘 크리트 포장 종류와 더불어 특히 콘크리트 포장의 타이닝 방 법 등에 따른 소음 발생 특성을 반영하여 복잡한 지형₩지물이 있는 지역에 대한 소음 예측 및 방음벽 설계에 적용하기 위한 프로그램을 개발하였다. 따라서 본 연구에서는 다양한 노면 에 대한 차종별 음향파워레벨 산정식을 이용하였고 이의 정 확성을 검증하기 위한 고속도로 소음 계측을 실시한 데이터 를 이용하였다. 소음의 음향파워레벨과 관련된 기존 연구는 다음의 여러 논문(Cho and Mun, 2008a, 2008b, 2008c;
Moir and Stevens, 1974; Mun and Geem, 2009)에서 볼 수 있다. 이때, 각 소음 계측 지점별로 소음 예측 모델을 구성하고 이를 통한 시뮬에이션 결과와 계측결과를 비교₩검 토하여 음향파워레벨 산정식을 검증하였다. 또한, 상기의 연 구 결과를 토대로 다양한 노면에 대한 음향파워레벨 산정식 을 이용했을 뿐만 아니라 3D GUI 기반의 정밀한 소음 예측 이 가능한 소음 예측 프로그램과 방음벽 최적 설계 프로그램 을 개발하였다.
본 연구에서는 시험도로의 다양한 노면에서 차량 단독 주 행 시험을 실시하여 노면 및 차량별 음향파워레벨 산정식을 개발하고 이를 토대로 정밀하고 효율적인 소음 예측 방법을 제시하고자 한다. 세부 논문 내용은 다음과 같다.
소음계측 관련 구성장비에 대해서 언급하였으며 이와 관련 하여 계측위치 및 계측방법에 대해서도 논하였다. 포장노면 과 관련해서는 포장의 표면종류에 따른 소음평가 및 발생 소 음도 평가를 수행하였다. 노면 및 차량 형태에 따른 소음평가 도 역시 수행하였다. 마지막으로 맺는말의 결론으로 본 논문 을 구성하였다.
2. 소음계측 관련 구성장비
고속도로 소음 계측을 위해 사용된 장비 구성, 소음계측 위 치, 계측방법, 계측지점은 다음과 같다.
고속도로 소음 계측 적용된 장비 구성
- 소음 계측용 장비: 마이크로폰, 신호 분석 및 저장 장치 - 고속도로 교통 정보 계측용 장비: 스피드건, 캠코더
- 기타: 안전용품 및 기록지
계측 위치: 편도 2차선 도로의 1차선 중앙 기준
- 수평 이격 거리 7.5m: 0.1m, 1.2m, 2.0m, 3.0m 및 4.0m 높이
- 수평 이격 거리 15m(접근 가능한 경우): 1.5m 높이 계측 방법
- 15분 동안의 등가 소음을 2회씩 계측 및 저장
- 차량 반사 효과 및 주행 차량의 감속 현상을 배제하고 자 계측 지점에서 30~40m 이격된 지점에 교통 정보 및 소음 분석 장비 설치
- 주행 차량 속도는 차선별로 계측 지점으로부터 70~100m 이격 지점을 통과할 때 측정
계측 대상 노면 및 지점 - 총 10개 지점
- 콘크리트: 횡타이닝 2개 지점, 랜덤 1개 지점, 다이아 몬드 그라인딩 1개 지점, 15mm 및 30mm 종타이닝 각각 1개 지점
- 아스팔트: 일반 밀입도 1개 지점, SMA 2개 지점, 배 수성 포장 1개 지점
고속도로 교통소음을 계측하기 위한 주요 계측 장비 목록은 기상 조건 및 교통 정보 계측 장비와 함께 표 1에서 보는 것처 럼 구성되어 있으며 또한, 자세한 시스템 구성도는 그림 1에서 볼 수 있다. 실제 고속도로에 설치한 예는 그림 2와 같다.
표 1. 소음측정을 위한 장비 목록
장비 명 모델 명 수량 용도
마이크로폰 B&K 4189A, 4190L 6 소음 측정용 센서 16채널 신호분석기 B&K 3560D 1 소음 측정 및 분석 Mic. Calibrator B&K 4230 1 마이크로폰 교정용 Video recorder SONY Handycam 1 차량 통행량 계측
디지털 카메라 SONY DSC T7 1 계측상황 촬영
Notebook PC X-note LS50 1 소음 신호 후처리 및 저장 Wind screen B&K UA0459 6 바람 유발 노이즈
저감 Tripod Manfrotto 053
Giant stand 3 마이크로폰 부착 BNC₩Lemo Cable
(50m) - 6 소음 신호 전송용
차량용 배터리 - 3 장비 전원 공급
속도측정기 Laser Technology
Marksman-II 2 차량 속도 측정 풍향₩풍속₩온도₩
습도계
Davis Weather
Monitor-II 1 기상조건 측정
Inverter - 1 장비 전원공급
Multimeter - 1 장비 확인
안전용품 - 6 안전표지
줄자(50m, 7.5m) - 2 지형 측정
고속도로 소음측정
기록지(2종) - - -
3. 계측 위치 및 계측 방법
고속도로 소음계측시 마이크로폰은 그림 3에 나타낸 바와 같이 편도 2차선 도로를 기준으로 1차선 주행차로 중앙으로 부터 수평 이격거리 7.5m 지점에서 0.1m, 1.2m, 2.0m, 3.0m, 4.0m 및 5.0m 높이에 소음 측정 면이 도로 단면에 평 행하도록 각각 설치되었다. 또한, 지형적으로 접근이 가능한 경우, 수평 이격거리 15.0m 지점에서 1.5m 높이에도 마이크 로폰을 설치하였다. 설치가 완료된 마이크로폰은 마이크로폰 교정기를 이용하여 현장 교정을 실시하였다.
한편, 미국 연방 고속도로국에서는 최대 변동 폭이 10dB 이내의 비정상 변동 소음신호에 대한 계측시간을 5분으로 권 장하고 있다. 따라서 그림 4에 예시한 바와 같이 각 계측지점 에서 15분 동안의 등가 소음도를 중심주파수 63Hz~8kHz 까지의 1/1 옥타브 밴드별로 계측₩평가하였으며, 자료 보관 을 위하여 실시간 신호를 파일 형태로 저장하였다. 이 때, 계 측 결과의 신뢰성을 확보하기 위하여 각 지점별로 2회씩의 계측을 실시하였다.
그림 1. 소음측정 관련 장비 배치도 (a) 소음측정 시스템
(b) 환경자료, 차량정보 및 속도 측정 관련 장비위치
(a) 소음측정 사진
(b) 환경데이터(풍속, 풍향, 온도), 캠코더를 이용한 차량정보 및 차량속도 측정 사진
그림 2. 소음측정, 환경데이터, 차량정보 및 속도 측정 관련 사진
그림 3. 소음측정기 위치
그림 4. 펄스 소프트웨어를 이용한 신호처리 분석
계측 시에는 계측 장비 탑재 차량으로 인한 소음반사 효과 와 차량 속도 계측으로 인한 고속도로 주행차량의 속도 감소 를 방지하기 위해 그림 2에 예시한 바와 같이 마이크로폰 설 치 지점으로부터 전방 30m~40m 지점에 운전자에게 최대한 은닉되는 지점에 차량 통행량 측정용 비디오카메라와 속도측 정기를 설치하였다. 또한, 반대편 차선에서 주행하는 차량들 의 교통량 정보는 안전한 이동통로를 통하여 반대편으로 이 동 후 계측 대상 주행 방향과 동시에 측정하였다. 한편, 차량 속도 및 발생 소음도에 대한 계측 오차를 최소화하기 위해서 정속 주행 상태가 유지되는 도로교통 상황에서만 계측을 실 시하였으며, 차량 속도는 대상 차량이 속도 측정 장치가 설치 된 지점으로부터 전방 70~100m 지점을 통과할 때 계측하 였다. 또한, 각 차선 및 차종별 교통량은 그림 5에 나타낸 바 와 같이 계측시간 동안 녹화된 비디오 분석을 통하여 평가하 였으며, 차종 및 차선별 평균 주행 속도는 측정된 자료를 각 각 평균하여 산정하였다.
도로교통 소음의 전달 감쇠에 영향을 미치는 온도, 습도, 풍향 및 풍속은 도로 주행 차량의 영향을 받지 않도록 노견에 서 이격시켜 소음 계측과 동시에 5분 간격으로 측정하였다.
이때, 온도 및 습도의 경우는 2회 계측시간에 해당하는 30분 간의 평균값을 사용하였으며, 변동이 심한 풍향 및 풍속의 경 우에는 빈도수가 가장 높은 대표 값을 사용하였다.
계측 대상 지점은 고속도로에 시공되어 있는 노면을 대상 으로 6개의 콘크리트 포장구간과 4개의 아스팔트 포장구간으 로 구성된 총 10개로 선정하였다. 지점별 구조 특성, 기준 통 행 방향 및 특성, 현지에서 취득한 정보를 바탕으로 표 2에 나타내었다. 본 측정은 2006년 6월 및 8월에 실시되었으며 측정시간은 오전 10시부터 오후 4시까지 하였다.
4. 포장노면에 대한 소음 예측 방법 및 발생 소음도 평가 결과
고속도로 포장노면의 경우, Cho 및 Mun(2008a, 2008b, 2008c)에 자세히 언급된 것처럼 시험도로에서 실시한 차량 별 단독 주행 시험을 실시하여 음향파워레벨 산정식을 도출 하는 것을 원칙으로 하였고 단독 주행 시험이 용이치 않은 경 우, 기준 노면에 대한 음향파워레벨 산정식과 함께 계측치 및 예측치와의 오차를 이용한 보정 계수를 도출하여 평가하였 다. 이를 근거로 콘크리트 다이아몬드 그라인딩 노면과 아스 팔트 배수성 포장(혹은 저소음 포장) 노면에 대한 보정 계수 를 평가하여 각각의 차종별 음향파워레벨 산정식을 도출하였 다. 본 음향파워레벨 산정식은 특히 다음의 논문(Bloemhof, 1986; Cho and Mun, 2008a)에 근거해서 개발되었다.
계측으로 얻어진 음향파워레벨 산정식에 근거하여 소음전 달을 예측할 수 있는 방법은 다음 식(1)에서 보는 바와 같이 주어진 소음원 즉 음향파워레벨이 결정되면 지형 및 기하학 그림 5. 교통량 측정을 위한 동영상 저장
표 2. 고속도로에서 교통소음 측정 관련 기본 자료
지 점
포장 종류
고속 도로
위치 (km)
편도 차선 수
도로 형태
종단 구배 (%)
방 음 벽
계측 방향
주변 환경 및 특기사항
1 A*
일반밀입도 영동 202.2 2 평탄 0.30 × 상
하행 하천과 야산 2 A
SMA 중부 256.0 2 평탄 0.31 × 상
하행 전원(논) 3 A
SMA 호남 37.5 2 평탄 1.95 × 상 하행
전원(비닐하우스 사이에 논과 밭)
4 C**
30mm 횡 타이닝
경부 92.0 2 평탄 0.30 × 상
하행 전원(논)
5 C 30mm
횡 타이닝 영동 74.6 4 절토 0.95 × 상
하행 전원(논)
6 C 15mm 종 타이닝
중부
내륙 210.6 2 절토 1.40 × 상행
야산 인접지역 하행선은 횡타 이닝 구간
7 C 30mm 종 타이닝
중부
내륙 211.0 2 절토 1.40 × 상행
야산 인접지역 하행선은 횡타 이닝 구간
8 C 랜덤 횡 타이닝
익산
포항 42.0 2 평탄 4.88 × 상행
야산 인접지역 상행선 하행구배 하행선은 횡타 이닝 구간
9 A
저소음 포장 중부 262.4 2 평탄 0.79 × 상 하행
전원(논)과 가옥
10 C 다이아몬드 그라인딩
중앙 111.2 2 성토 0.63 상행 하행 야산 인접지역
* A: 아스팔트 포장 ** C: 콘크리트 포장
적 확산 효과 등을 고려하여 수음점에서 얻어지는 소음의 크 기를 구할 수 있다. 즉 도로 교통 소음의 직접, 반사 및 회절 경로로 임의 수음점에 전달되는 옥타브밴드별 등가 음압레벨
는 다음과 같이 산정한다.
(1)
여기서,
: 소음원 또는 경상 소음원(image source)의 옥타브 밴드 음향출력레벨(dB ref =10
-12W),
: 소음원의 지향지수(directivity index), : 기하학적 확산 효과에 의한 감쇠,
: 공기 흡음에 의한 감쇠 효과, : 지면에 의한 감쇠 효과,
: 구조물에 의한 회절 효과, 그리고 : 기타 효과
또한 식(1)의 교통 소음예측 모델에서 이용되는 차량 음 향파워레벨 산정식의 기본 형태는 기존 논문(Bloemhof, 1986; Cho and Mun, 2008a; Cho and Mun, 2008b;
Cho and Mun, 2008c)에 근거하여 식(2)과 같이 적용하 였다.
(2)
여기서, 는 음향파워레벨 산정 계수로서 가 큰 것은 엔진 아이들링 상태 등의 기본 소음도의 영향을 주로 나타내 며, 는 속도에 따른 로그 비례항을 나타낸다. 또한, 는 차 량 속도(km/h)이다.
상기의 식(2)에 보는 바와 같이 차량속도에 따른 포장노면 과 타이어 마찰음에 근거하여 다양한 포장노면들에 대해 측 정한 결과 도로 소음에 지배적인 영향을 미치는 1kHz 이상 의 주파수 대역에서 다이아몬드 그라인딩은 다른 콘크리트 포장노면에 발생하는 소음에 비해 낮고 또한 배수성 포장(혹 은 저소음 포장)은 다른 아스팔트 포장소음의 음향파워레벨 에 비해 낮게 측정되었다.
콘크리트 포장과의 비교시 다이아몬드 그라인딩 노면의 경 우, 45km/h~100km/h 속도 구간에서는 승용차 정상 주행 시 A-가중치 총합 소음도 기준으로 최대 3dB 정도의 소음 저감 효과를 가지며, 그 이상의 속도 구간에서는 18mm 종타 이닝 구간과 유사한 소음 발생도를 보였다. 기존 실내 시험 (Mun, 2010)에서 살펴볼 수 있는 것처럼 아스팔트 배수성 포장의 경우 승용차 정상 주행시 A-가중치 총합 소음도 기준 으로 PMA 및 SMA 포장 노면 대비 낮은 소음도를 전 속도
구간에서 보였다.
한편, 본 측정에서 선정한 고속도로 소음계측 지점 중, 콘 크리트 다이아몬드 그라인딩 노면 및 아스팔트 배수성 포장 노면에 대해서는 시험도로에 해당 노면이 존재하지 않아 별 도의 단독 차량 주행 실험을 실시하지 못하였다. 따라서 다이 아몬드 그라인딩 및 배수성 포장 노면에 대한 음향파워레벨 산정식은 해당 노면에 대한 고속도로의 계측치와 함께 콘크 리트 및 아스팔트 기준 노면에 해당되는 횡타이닝 30mm 및 일반 밀입도 노면에 대한 식을 이용하여 수정 및 보완하였다.
이들 다이아몬드 그라인딩 및 아스팔트 배수성 포장의 노 면들에 대한 음향파워레벨 산정식을 정립하기 위해서 기준 노면인 횡타이닝 30mm 및 일반 밀입도 노면에 대한 차종별 음향파워레벨 산정식과 함께 계측 당시의 차종₩차선별 교통 량 및 평균속도를 입력변수로 사용하고 고속도로 주변 지형
₩지물 등을 포함한 소음 예측 모델을 생성하여 소음예측프로 그램인 KRON을 이용하여 결과물인 음향레벨을 구하였다.
이때, 편도 2차선 도로를 기준으로 1차선 노면 중심에서 수 평거리 7.5m, 수직거리 1.2m 이격된 기준 마이크로폰에서의 소음 예측값은 실제 고속도로에서 계측한 결과와 1/1 옥타브 밴드별로 비교하였다.
그림 6에서 보는 바와 같이 KRON 프로그램은 도로소음예 측을 수행하기 위한 소음모델을 크게 소음원인 도로, 소음예 측 대상 지점인 수음점, 차폐 및 회절구조물인 방음벽 및 건 물 그리고 지형으로 분류하여 구성한다. 도로는 횡단부 곡률 을 포함한 형상 정보와 함께 구배 상태를 반영하여 모델링 할 수 있으며, 해당 도로에 대한 음향파워레벨은 노면 포장 종 류, 차종별 평균 주행 속도 및 통과대수가 입력되면 해당된 차종 및 노면별 음향파워레벨 산정식에 의해 1/1 옥타브밴드 별로 산정된다. 예를 들어 그림 7 및 그림 8의 지형 데이터를 이용하여 해당 도로를 모델링을 하였다. 수음점의 경우, 사용 자가 임의 좌표를 입력하여 지정할 수 있고, 소음 지도 생성
그림 6. KRON의 시작화면 및 실행 화면
을 위하여 가로 및 세로 방향 계산 간격을 각각 입력하면 계 산 대상 영역 내에 수음점이 격자 형태로 자동 형성된다. 이 때, 수음점 높이 방향 좌표는 각 지면 기준의 상대 높이 또는 절대 좌표 기준의 높이로 지정한다. 복수 개의 단(stage)들의 조합으로 모델링 되는 방음벽은 각 단별로 높이, 투과손실 및 회전각을 정의하고, 각 단의 양면에 대한 흡음률을 달리 적용 한다. 또한, 고속도로 인근의 건물들은 각 외벽에 대한 흡음 률을 각각 지정할 수 있는 단일 직육면체 또는 이들의 조합으 로 모델링을 한다.
이들의 구성요소 및 입력변수를 이용하여 표 2에서 보는 바와 같이 10개 구간에 대해 고속도로 현장에서 실측한 데이 터와 KRON 프로그램을 이용한 예측 데이터와 비교하여 본 소음예측 모델이 KRON 프로그램과 잘 연동되어 어느 정도 신뢰성이 있는 예측을 할 수 있는지 검증하였다.
프로그램 검증을 위한 소음 현장계측을 실시한 지점의 지 형 정보, 계측지점의 사진, 계측 위치, 온도₩습도₩풍향₩풍속, 차선₩차종별 교통량 및 평균주행속도 및 A-가중치 총합 음압 레벨과 중심주파수 63Hz~8kHz까지의 1-옥타브 밴드별 음 압레벨에 대한 각 지점별 데이터를 구축하였다. 따라서 그림 9의 경우는 표 2에서 보는 것처럼 영동선 202.2km 지점의 지형정보(그림 7)에 근거하여 KRON 프로그램의 모델링 결 과를 보여 주고 있다. 상기에서 언급한 방법으로 표 2에 제시 된 총 10개의 구간에 대해서도 모델링을 수행하였다.
본 연구에서 제시한 음향파워레벨 산정식에 대한 정확도 분 석을 위하여 그림 10 및 그림 11에서 콘크리트 포장과 일반 아스팔트 포장의 예에서 보는 바와 같이 계측 지점별로 4가지 차종 분류 방안 및 KRON을 이용한 기준 마이크로폰 위치에 서의 A-가중치 1/1 옥타브밴드별 및 총합 음압레벨에 대한 계 측 및 예측 결과를 비교하여 나타내었다. 아울러, 계측값과 예 측값의 오차 평균값과 표준편차도 함께 나타내었다. 본 결과 그림 7. 영동고속도로 202.2km 지점의 지형정보
그림 8. 영동고속도로 202.2km 지점에 대한 사진
(a) 강릉방향 도로부 (b) 서울방향 노면부
(a) 3차원 view
(b) 2차원 평면 및 단면 view
그림 9. 영동고속도로 202.2km 지점에 대한 KRON의 소음 예측 모델
그림 10. 콘크리트 횡타이닝 왕복 4차선 구간의 기준 마이크로폰
위치에서 A-가중치 1/1 옥타브밴드별 및 총합 소음도의
계측치와 예측치
로부터 본 연구에서 제시한 차량 및 노면별 음향파워레벨 산 정식은 포장노면 형식에 따른 계측값과 예측값의 오차 평균이 약 1dB, 이의 표준편차가 약 2dB 이내로 평가되었다.
5. 차량종류에 따른 노면과 차량의 마찰소음 평가
KRON 프로그램에서 사용되는 차종분류는 다음과 같이 4 개의 그룹으로 하였다. 따라서 본 장에서는 차종에 따른 포장 노면과 타이어간의 마찰음을 속도의 변수로 하여 분석하고자 한다. 즉, 다양한 차량종류를 고려하기 위해 다음과 같은 그 룹으로 차량소음특성을 고려하였고 분류는 대형차량, 중차 량, 소형트럭 + 버스 + 경차량, 승용차로 하였다. 여기서 + 표기는 포함시켜서 계산한다는 의미이다. 자세한 분류기준은 표 3과 같다.
그림 12에서 그림 15까지 해당 차량그룹별 소음특성을 속 도별 Overall 값으로 나타낸 것이다. 여기 Overall 값을 계 산하는 방법은 각 주파수별 음향파워레벨을 로그 스케일로 합산한 값이다. 따라서 위에서 언급한 식(2)에서 보는 것처 럼 각각의 계수값을 이용하여 4개의 차종그룹에 따른 소음평
가를 한다. 표 4는 한 예로 대형차량에 있어 속도 및 포장형 태에 따른 식(2)의 계수값을 보여주고 있다. 그림에 대한 분 석은 다음과 같다.
대형차량 속도별 음향파워레벨: 그림 12에서 보는 바와 같 이 저소음 포장은 다른 포장형식과 비교했을 경우 적게는 4dB에서 6dB 정도의 소음 저감효과가 나타나는 것을 보여 주고 있다. 특히 다이아몬드 그라인딩 공법이 적용된 콘크리 트 포장의 경우 일반 아스팔트 포장의 소음 스펙트럼과 유사 하다는 점을 볼 수 있다. SMA 경우 속도가 90km/h 이상일 경우 일반 아스팔트보다 소음저감 효과가 두드러지고 있다.
중차량 속도별 음향파워페벨: 그림 13에서는 중차량이 다 양한 포장면에서 주행했을 경우의 소음특성을 보여주고 있 다. 저소음 포장의 경우 4에서 7dB까지 소음저감 효과를 보 그림 11. 아스팔트 일반밀입도 구간의 기준 마이크로폰 위치에서
A-가중치 1/1 옥타브밴드별 및 총합 소음도의 계측치와 예측치
표 3. 차량의 분류
차량종류 자세한 분류조건
승용차 7인승 이하
경차량 8-10인승의 미니밴, SUV
버스 30인승 이상의 버스
소형트럭 차량의 길이가 5~6m인 소형트럭
중차량 대형차량을 제외한 6m 이상인 트럭
11~29인승인 버스
대형차량 10톤 이상인 덤프트럭, 트레일러 등
표 4. 대형차량에 있어 노면종류에 따른 식(2)의 계수값
차량 종류
노면 종류
Hz
계수값 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
대형 차량
일반 밀입도
25.6 41.4 84.3 36.2 57.9 58.2 56.6 52.3 30.6 27.3 11.2 38.8 27.1 25.3 22.9 21.0 SMA 26.5 43.2 80.6 40.4 59.9 58.6 57.5 48.3 30.3 26.5 13.3 36.3 25.6 24.5 21.9 22.6 30mm
횡타이닝
28.1 48.2 77.2 44.4 48.3 53.0 57.8 53.3 29.8 24.4 15.6 35.0 33.3 28.6 22.3 20.4 18mm
종타이닝
26.9 42.3 79.3 39.5 56.2 61.3 59.1 49.2 30.2 27.4 14.2 37.2 28.7 23.8 21.5 22.6 25mm
종타이닝
29.6 45.3 81.8 38.7 57.4 59.1 60.2 51.2 28.7 25.8 13.0 37.8 28.2 25.1 20.8 21.3 저소음
포장
24.5 40.8 80.3 33.7 51.4 51.8 50.8 46.9 30.6 27.3 11.2 38.8 27.1 25.3 22.9 21.0 다이아몬드
그라인딩
29.1 47.8 75.0 43.6 46.3 50.9 55.3 50.2 29.8 24.4 15.6 35.0 33.3 28.6 22.3 20.4
* 첨자 의 의미는 주파수를 의미한다.
그림 12. 대형차량의 경우 교통소음 특성
대형차량 속도(km/h)음향파워레벨(dBA)
여주고 있으며 그 저감효과는 속도에 상관없이 일정한 특성 을 보여주고 있다. 여기서 특이한 점은 일반 아스팔트 포장과 SMA 포장을 비교했을 경우 소음의 스펙트럼이 거의 유사한 점을 발견할 수 있다. 또한 다이아몬드 그라인딩 공법 포장의 경우 80km/h 이하에서는 콘크리트 포장보다 저소음 효과를 어느 정도 보여주고 있으나 이상일 경우 종방향 타이닝 콘크 리트 포장과 유사한 소음특성을 보여주고 있다.
승용차 속도별 음향파워레벨(그림 14 참조): 저소음 포장 에 있어 승용차의 경우 적게는 6dB 크게는 10dB까지의 소 음저감을 보여 주고 있다. 특히 속도가 높아질수록 소음저감 효과가 커지는 것을 그림을 통해 알 수 있다. 다이아몬드 그 라인딩 공법이 적용된 콘크리트 포장의 경우 90km/h 이상의 속도로 주행했을 경우 종방향 타이닝 콘크리트 포장보다 소 음 크기가 약간 증가되는 것을 볼 수 있다. 일반 아스팔트 포 장과 SMA 포장은 여기서도 거의 유사한 소음특성을 보여주 고 있다.
소형트럭+버스+경차량 속도별 음향파워레벨(그림 15 참 조): 여기서 저소음 포장은 4에서 9dB까지 저소음 효과를 보여 주고 있음을 알 수 있다. 특히 다이아몬드 그라인딩 공 법이 적용된 콘크리트 포장의 경우 속도와 상관없이 종방향
타이닝 콘크리트 포장보다 1dB 보다 큰 소음주행을 함을 알 수 있고 SMA 포장은 고속에서 일반 아스팔트 포장보다 1dB 정도 저소음 효과를 보여주고 있다.
6. 맺음말
본 논문에 살펴본 바와 같이 포장노면에 대해서 소음 계측 데이터 및 차량 및 노면별 음향파워레벨 산정 방정식을 이용 하여 소음예측 프로그램인 KRON을 개발하였다. 따라서, 상 기 프로그램의 정확성을 검증하기 위하여 고속도로 12개 지 점에 대한 총 38회의 소음 계측한 데이터를 이용하여 해당 지점에 대한 소음 예측 모델을 구성하여 측정값과 예측값을 비교₩평가하였다. 최종적으로 포장형식별의 소음저감효과는 차량의 종류별 분석을 통해서 알 수 있듯이 차종 및 속도별로 다양한 특성을 보여 주고 있다. 특히 소형차량의 경우 저소음 포장의 경우 다른 포장형식보다 저감효과가 크고 중차량 및 대형차량의 경우 그 저감효과는 적어짐을 살펴볼 수 있다. 또 한 최근 콘크리트 포장의 표면처리 공법의 하나로 널리 쓰이 고 있는 다이아몬드 그라인딩 표면은 중형 및 대형차량에서 소음저감 효과를 보여주고 있다. SMA 포장은 대형차량, 소 형트럭+버스+경차량의 경우 일반 아스팔트 포장에 비해 소 음저감의 효과가 있음을 알 수 있었다.
참고 문헌
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Bloemhof, H. (1986) “Note on the relationship of sound pressure and sound intensity”. Applied Acoustics, Vol. 19. pp. 159~166.
Cho, D-S., and Mun, S. (2008a) “Determination of the sound power levels emitted by various vehicles using a novel testing method ”.Applied 그림 13. 중차량의 경우 교통소음 특성
그림 14. 승용차의 경우 차량소음 특성
그림 15. 소형트럭+버스+경차량의 경우 교통소음 특성
중차량 속도(km/h)
음향파워레벨(dBA)
승용차 속도(km/h)
음향파워레벨(dBA)
소형트럭+버스+경차량 속도(km/h)
음향파워레벨(dBA)
