흡음재(음향)의 정의와 종류

[atom]

 

음향재료의 정의와 종류

음은 통상 대기 중 어떤 물체(음원)의 고속진동에 의하여 발생하게 되며, 그 진동은 공기 중에  전파되어 음파로 되고, 우리들 귀에 도달하게 된다. 따라서 음향재료라고 하는 것은 우리들 귀에 도달하는 음파의 강도나 주파수특성 등을 귀의 요구에 대응하여 조절하기 위해 사용되고 있다.  이러한 음향재료는 현재 건축물이나 설비, 자동차 등 다양한 곳에 사용되고 있다. 그리고 이들  재료는 흡음기능이나 차음기능, 방진기능 등을 목적으로 특수하게 개발된 재료도 있으나 대부분의 음향재료는 일반적인 건축재료 중에서 음향적으로 특징이 있는 것들을 사용하거나 개량하여    이용하는 경우가 대부분이다.

표1. 음향재료의 종류와 정의

종 류	정  의
흡음재료	공기중을 전파하여 입사한 음파가 반사되는 양이 작은 재료로서 주로 천장, 벽 등  내장재료로 사용됨.
차음재료	공기중을 전파하여 입사한 음파가 투과(입사면에 대한 반대측 면에서의 방사)되지  않는 재료로서 주로 외벽구조, 공간을 구획하는 벽 등에 이용됨. 그러나 입사한  음파를 100%로 차단하기는 쉽지 않음.
재진재료	진동체 자체에 도장을 하거나 특수재료를  부착함으로서 기계적인 가진이나 충격에  의한 진동발생시 그 표면에서 방사되는 음파를 약화시키는 재료.
방진재료	진동체와 접촉하는 구조체 사이에 이용하여 진동의 전달을 약화시키기 위한 재료로서  주로 기계류, 배관류의 탄성지지나 뜬바닥구조용 탄성재 등으로 이용됨.

음향재료는 그 기능이나 적용대상 등에 따라 표1과 같이 흡음재료, 차음재료, 제진재료, 방진재료 등 크게  4가지로 구분하고 있다.

흡음재료라는 개념이 확립된 것은 1900년경이며, 흡음재의 사용목적은 강당 등의 실내음향 조정기능이 대부분을 차지하였다. 그런데 이런 종류의 건축물은 건축 전체로 볼 때, 특수건축물이었기 때문에 그 당시의 흡음재료는 각종 건축재료 중에서 특수한 재료로서 위치를 차지하고 있었다.  이러한 상태에 있었던 흡음재료가 일반 건축물에도 넓게 사용되고, 생산량도 비약적으로 증가한 것은 건축기능의 하나로서 거주환경의 조정이 중요시됨에 따라 건축물 내외에 존재하는 각종

소음원을 제어할 필요성이 증대하였기 때문이다. 현재는 대부분의 건축물에 흡음재료가 사용되고 있으며, 내장재뿐만 아니라 각종 설비의 소음제어나 차음구조의 구성요소로 사용되는 비중이 증가하고 있다.

건축물에 사용되는 모든 재료는 종류나 구조에 따라 차이는 있으나 그 재료에 도달한 음에너지의 일부를 흡수하거나 투과시킨 후, 나머지를 반사시키는 성질을 갖고 있다. 이 때 반사되지 않은  부분 즉, 음의 흡수투과를 흡음이라 한다. 이론적으로는 재료에 입사한 음에너지가 점성저항이나 마찰저항에 의해 열에너지로 변환되는 것을 말하며, 그 효과가 있는 재료를 흡음재료라고 부른다.

이들 흡음재료의 기능은 강당, 음악당, 방송스튜디오 등에서 반사음 등을 제거하여 소리의 청취 조건이나 마이크로폰의 수음조건을 개선하기 위한 실내음향 조정기능과 소음발생원 주변에 흡음재를 배치하여 소음레벨을 저하시키는 등의 거주환경조정을 위한 소음 제어기능으로 나눌 수   있다. 이 때 소음제어기능으로서 소음발생원과 피해지점과의 거리가 가깝거나 소음의 직접영향이 클 때에는 흡음에 의한 방음효과가 크지 않음에 주의해야 한다.

흡음재료나 흡음구조의 흡음성능은 흡음률(?)로 표시되며, ?=1-(재료에 입사한 음의 강도(I)/재료로부터 반사된 음의 강도(I))로 정의된다. 그리고 흡음률은 재료의 종류나 사용조건 외에 음의   입사조건과 관계가 있는데, 표2는 현재 사용되고 있는 3가지 종류의 흡음률을 설명한 것이다.   실내에서의 흡음의 정도는 흡음력 또는 평균 흡음률로 표시된다. 흡음력은 재료의 흡음률에 그  재료의 사용면적을 곱한 값이고, 평균 흡음률은 벽이나 천정 등에 사용된 재료의 차이에 따라   흡음률이 다를 경우, 각각의 흡음력을 더한 총흡음력을 전체 면적으로 나눈 값이다.

일반적으로 실내에서는 이러한 평균 흡음률을 높이면 실내의 확산음을 줄여 소음레벨을 저하시킬 수 있는데, 그림1에 나타낸 바와 같이 평균흡음률을 2배로 높일 경우에는 3dB, 3배로 높일 경우에는 약 4.8dB정도의 소음 저하량을 얻을 수 있다. 그러나 특별하게 흡음재를 사용하지 않은   일반적인 실은 평균흡음률이 0.1~0.2정도이고, 어느 정도 개선한다 해도 평균흡음률은 0.5~0.6 정도밖에 안되기 때문에 소음 저하량을 높이는데 한계가 있음을 알아야 한다.

표2.음의 입사조건에 따른 흡음률 구분

종  류	정 의	측 정 방 법	적 용 대 상
수입입사          흡음률    (ao)	평면음파가 재료에 수직으로  입사 할 때의 흡음률로서  원형이나 정방형 단면의  관을 이용하여 측정	KS F 2814(관내법에  의한 건축재료의 수직  입사 흡음률 측정방법)	작은 면적의 시료를 이용하여  흡음률을 산출할 수 있어  주로 재료개발, 제품의 품질  관리 등에 이용
사입사   흡음률    (a)	평면음파가 특정한 경사방향  에서 입사할 때의 흡음률	측정방법상 원리적인  어려움이 있어 아직  표준화가 되어 있지 않음	외국에서는 흡음재료의   연구나 성능시험 등에      사용되고 있음
랜덤입사   흡음률    (am)	모든 방향으로부터 평면음파가  재료에 입사할 때의 흡음률.  잔향실법 흡음률이라고도 함	KS F 2805(잔향실법   흡음률의 측정방법)	현재 시중에 나와 있는   흡음재료의 흡음성능은   이 방법을 이용한 것임

　

그림1.흡음처리에 의한 실내소음레벨의 저하량(dB)

② 흡음재료의 선정과 시공

실내음향조정이나 소음제어를 목적으로 사용하는 흡음재료는 다공질재료, 성형흡음판, 구멍판 등과 같이 주로 재료의 외관에 따라 분류하는 경우가 많으며, 실제로도 외관상의 특징은 재료의   흡음성에 많은 영향을 미치게 된다. 흡음재의 종류는 표3에 나타낸 바와 같이 다양하기 때문에 사용목적에 적합하다고 판단되는 것을 선정해야 하는데, 가장 먼저 고려해야 하는 선정기준은   말할 필요도 없이 흡음특성이며, 다음으로 그 재료의 외관표면, 흡음메카니즘이나 시공의 난이도를 검토하고, 최종적으로는 경제성에 의해 최종 결정하는 것이 바람직하다. 그 이외에는 적용   장소에 따라 기계적인 강도, 내화 내열성(내수 내유성), 빛 반사성 등을 고려하여야 한다.

이들 흡음재료 중 제일 많이 사용하는 것은 유리면이나 암면과 같은 다공질재료이다. 이러한 재료를 사용하여 흡음 처리할 경우, 강도나 의장을 보완하거나 보수를 용이하게 하기 위해 그 재료의 표면을 별도의 재료로 피복하거나 마감하게 된다. 이런 경우 표면마감방법에 따라 흡음특성이   변화하는 경우가 많기 때문에 가능한 한 실제사용상태의 흡음구조에 대한 측정결과를 바탕으로 흡음계획을 수립하는 것이 필요하다.

표3.흡음재료별 특성 및 시공시 주의사항 재료구조

재료구조		제품	특성	시공시 주의사항
다 공 질 재	가는 섬유로 구성된 것으로서 다수의 작은 공극을 지니고 있음	유리면 암면 뿜칠섬유 목모시멘트판 직물류	- 주파수가 높을수록(중고음역) 흡음률은   높아져 일정주파수 이상에서는 거의 일정함 -일반적으로 두께를 늘리면 흡음률은  커지나 같은 두께일 경우에는 밀도가  높을수록 효과가 큼 -배후 공기층은 중저음역의 흡음성능에  유효함 -표면마감처리방법에 의해 흡음특성이 변함	- 재료 표면의 공극을   막는 표면 마감을   하지 말 것 - 뿜칠재료는 두께나   흙손질에 주의 - 부착방법,배후공기층   등에 대한 현장감리는   꼼꼼하게 수행
연질성형판재	섬유를 원료 로 하여 판상으로 성형한 것으 로 다수의 공극을 지니 고 있음	연질성형판재 연질섬유판 암면흡음판	-주파수가 높을수록(중고음역) 흡음률이 큼 -배후 공기층은 흡음성능에 유효함 -석고보드 등이 바탕재로 사용될 때에는  배후공기층의 효과는 없음 -재질이 단단할수록 흡음률은 낮고 특성은  평탄해짐	표면은 가공제품 그대로  사용하고 지정한 것  이외의 도장은 하지   말 것 -부착방법, 배후공기층  등에 대한 현장감리는  꼼꼼하게 수행
구 멍 판 재	경질판에 다수 구멍을 관통시킨 것으로서 구멍과 배후공기층으로 구성	구멍판재 구멍합판 구멍석고보드 구멍석면 시멘트판 구멍알루미늄판	-일반적으로 낮은 주파수(중저음역)의  흡음에 유효 -판의 두께, 구멍크기와 간격, 배후조건에  따라 특성이 달라지고 유효주파수역이  변화함 -배후공기층을 크게 하면 흡음주파수역이  넓어짐 -배후공기층에 흡음재를 넣으면 흡음률이  높아짐	표면도장은 자유로우나 구멍이 막히지 않도록 해야 하며, 지정한 뼈대구조나 배후구조를 준수할 것
유 연 한 재 료	발포한 탄성재로서 다수의 기포로 구성	유연한 재료 연질 우레탄폼	-주파수가 높을수록(중고음역) 흡음률이 큼 -두께를 늘리면 흡음률은 커지며, 배후에  공기층을 설치하면 흡음성능이 좋아짐	-표면에서 섬유가 날리지   않기 때문에 그대로  사용할 수 있음 -표면도장은 피할 것 -표면마감방법은 다공질   재와 같음
판 (막) 상 재	경질판 또는 막으로 공극이 없기 때문에 배후 공기층과 함께 구성함	판(막)상재 합판 석고보드 석면시멘트판 비닐쉬-트	-재료 부착방법과 배후조건에 의해 특성이  달라짐 -일반적으로 큰 흡음률은 기대할 수 없음 -낮은 주파수대역에 유효함 -재료의 판진동에 의한 흡음이기 때문에  견고하게 붙이는 것보다는 못을 이용하여  붙이는 것이 효과적임	-판의 재질, 두께, 뼈대   구조, 부착방법, 배후조   건 등은 설계대로 시공   할 것 -표면도장은 일반적으로  자유로움

일반적으로 흡음재료는 표3에 나타낸 바와 같이 적용대상이나 부위가 주로 건축물이나 설비 등에 해당되기 때문에 실내용이 대부분을 차지하고 있으나 소음방지의 목적으로 방음벽 등의 옥외구조물에 흡음재를 이용하는 경우도 있다. 이 경우 일조, 우수의 침투, 온도의 변화, 분진이나 가스의 부착 등으로 인해 재료의 내구성이나 흡음성능이 떨어지는 경우가 많기 때문에 이 점에 주의하여 흡음재료를 선정하거나 보호장치를 마련한 후 사용하는 것이 바람직하다.

결과적으로 당초 흡음계획을 수립하는 목적을 달성하고, 흡음재료의 성능이 제대로 발휘되기 위해서는 그 흡음기구와 특성을 정확히 이해하여 목적에 맞는 정확한 설계가 이루어져야 함과 동시에 그 설계대로 충실하게 시공이 이루어지는 것이 무엇보다 중요하다.

표4.흡음재료 적용대상 및 부위

적 용 대 상	적 용 부 위
건 축 물	실내내장(천장, 벽, 바닥), 차음  벽 구성부재, 소음장치, 덕트피복 등
기계 장치등	설비방음카바, 배관 등의 피복, 소음기, 깔개,  차음구조 구성부재 등
기타	피복재, 차음구조 구성부재, 방음벽 등

⑷ 차음재료

① 차음재료의 기능과 성능지표

차음재료란 표1에서도 언급한 바와 같이 공기중을 전파하여 입사하는 소리를 차단하여 그 이면에서 방사되는 음파(투과파)의 강도를 필요한 만큼 줄이기 위해 사용하는 재료를 말하며, 이들 재료에 의해 구성된 것을 차음구조라 한다. 이들 차음재료에 의해 구성되는 차음구조의 용도는 매우  다양하나 그 중에서 대표적인 것을 나타내면 다음과 같다.

●상호 음향차단 : 인접실의 소음이 들리지 않도록 또는 입접실에 이 쪽의 음이 들리지 않도록      하기 위한 차음용 칸막이벽(문 포함)이나 경계벽, 차음용 바닥천장구조에 사용

●음원측의 음향출역 저감 : 소음원으로 되는 기계류 등의 소음방사를 막기 위한 방음카바나 기계    실 주변벽(출입구 포함)에 사용

●수음측에서의 침입소음의 저감 : 외부로부터 소음이 침입하지 않도록 하기 위한 외벽 지붕구조    및 창 등의 개구부에 사용

●차폐재요 : 소음을 경감시키기 위한 방음용 벽의 본체로서 사용

표5.차음성능지표의 종류 및 측정방법

성능지표	산출방법	측정방법
음향투과 손실(dB)	건축재료의 차음성능을 나타내는 기본  지표이며, 잔향실에서 측정한 것임  TL(음향투과손실=L1-L2+10log10(S/A) (dB)  L1:음원용 잔향실의 평균음압레벨(dB)  L2:수음용 잔향실의 평균음압레벨(dB)  S:시료면적(m2)  A:수음용 잔향실의 흡음력(m2)	건축용 재료에 대한 음향투과손실의  측정은 KS F 2808(실험실에서의 음향  투과손실의 측정방법)에 의함
음압레벨차 (dB)	두실간의 공간차음성능을 평가하는 지표임  D=L1-L2(dB)  L1:음원실의 실내 평균음압레벨(dB)  L2:수음실의 실내 평균 음압레벨(dB)	음압레벨차를 산출하기 위해서는 각  실(음원실과 수음실)에서 음압레벨  을 측정함. 측정은 KS F 2809(건축  물 현장에 있어서 음압레벨차의 측정  방법)에 의함

●덕트 등의 감음처리 : 기류소음이 큰 덕트의 피복재료로 사용하거나 큰 소음을 일으키는 급배수관 등의 파이프 샤프트용 재료로 사용

●기타 : 공기음의 형태로 전파되는 음파의 차단이 필요한 부분에 사용

이들 차음재료의 차음성능지표는 흡음률과는 다르게 표현되고 있으며, 그 차이점은 지표를 대수표시하고 dB(데시벨)의 단위를 사용한다는 것이다. 차음재료의 성능지표는 재료 자체만의 성능을 측정하느냐, 아니면 공간성능(실제 사용상태)을 측정하는냐에 따라 음향투과손실과 음압레벨차 등 2가지가 일반적으로 사용되고 있으며, 표6은 그 내용을 나타낸 것이다.

② 차음재료의 선정과 시공

소음제어를 목적으로 사용하고 있는 차음재료는 유리, 철판, 알루미늄, 콘크리트, 벽돌, 석재,   합판, 석고보드 등 사용원료나 제품에 따라 표7과 같이 그 종류가 매우 다양하며, 표8과 같이   그 적용대상 및 부위 또한 매우 광범위하다.

이들 차음재료 중 건축물에 가장 많이 사용되고 있고, 일반화되어 있으며, 차음성능이 가장 좋은 재료는 말할 나위없이 콘크리트 계통의 재료이다. 물론 처음부터 이 재료 가차음 성능의 확보를 목적으로 사용되지는 않았으나 재료 자체의 밀실도나 중량 등이 입사하는 음파를 차단하기에   아주 좋은 재질로 되어 있어 자연스럽게 차음성능을 확보해 주고 있다. 그러나 건축물의 고층화에 따른 자중경감의 필요성과 공간구획변경의 용이성 등을 고려하여 경량의 건축자재가 많이 사용되고  있다. 그러나 재료가 경량화되면 그만큼 차음성능이 저하할 우려가 높기 때문에 이를 개선하기 위한 방안들이 개발되었는데, 그 대표적인 것이 석고보드 등 보드류를 표면재로, 공기층 또는  흡음재 등을 심재로 사용하여 구성한 복합차음구조(중공이중구조*1,샌드위치패널*2등)이다. 그러나 이들 구조는 공명투과현상*3과 코인시던스 효과*4 인해 질량칙*5에 의해구한 차음성능보다 저하하는 현상이 발생하기 때문에 이러한 차음성능 저하현상이설계대상 주파수대역 이하나 이상에서 발생하도록 하는 방안이 고려되어야 한다. 먼저 저주파수대역에서 공명투과에 의해 발생하는 차음성능 저하현상은 사용된 표면재료(보드류)의 면밀도(단위면적당 중량), 공기층의 두께와 관계가 깊기 때문에 이점을 고려하여 차음구조를 설계해야 한다.

그리고 코인시던스 한계주파수 부근에서 발생하는 차음성능 저하 현상을 방지하기위해서는 코인시던스 주파수가 다른 재료를 조합하거나 점탄성체의 적용에 의한 재료의 내부손실을 증가시키는 방법 등이 사용될 수 있을 것이다.

음은 공기의 진동이다. 따라서 공기의 통로가 있으면 그 곳으로 소음이 전달되기 때문에 아무리 차음성이 좋은 재료를 사용했다 해도 그 구조나 시공상 틈새가 있으면 계획한차음량이 얻어지지 않는다. 따라서 틈새발생 가능성이 높은 차음구조는 가능한 채용하지 않는 것이 바람직하며, 시공시에도 틈새가 발생하지 않도록 주의해야 한다.

차음계획은 설계대상공간의 소음레벨을 허용소음레벨 이하로 줄이기 위해 요구 성능을 만족하는 재료를 선정하여 건축계획에 반영하는 것이나 차음성능 이외에 적용 장소에 따라 건축상의 구조강도, 내화 내열성, 내수성, 단열성 등 각종 성능과 시공의 용이성, 의장성 등을 고려함과 동시에 경제성을 고려하여 종합적인 차음계획을 수립하는 것이 필요하다.

표6.차음재료의 종류별 특성 및 시공시 고려사항 재료 구조

재료구조		제품의 종류	특   징	사용시 고려사항
단층 구조	단일판	철판,알루미늄판,합판,석고보드,석면시멘트   판,블랙시블보드, 판유리 등	•확실히 큰 차음량이 얻어짐 •고음역일수록 효과가 큼 •면적당 중량이 클수록 효과가 큼 •두께가 두꺼울수록 효과가 큼 •코인시던스에 의한 성능저하에       주의	•재료의 주위나 연결부에     틈이 있으면 효과가         없음 •차음효과를 높이기          위해서는 중량을 높일 수     있는 비화공법을 적절히     사용해야 함
	단일벽	철근콘크리트,시멘트   블럭,ALC블럭 등
복합 구조	피층판		•사용재료나 조합방법에 의해 특징    이 바뀜 •재료 단독성분이 효과에 큰 영향     미침 •물감층의 재료나 간격에 의해 특성    이 바뀜 •공명투과에 의한 투과저하에 주의	•기성재료는 재료크기에      맞은 부착방법을 이용하     고, 틈이 없도록 함 •현장에서 복합시공하는      경우에는 뼈대의 구조나     충진재료, 부착방법에       오류가 발생하지 않도록     한다.
	샌드 위치판	중공층 샌드위치판 다공실재 샌드위치판 발포제재 샌드위치판
틈새 처리	고 킹	연질재료	틈에 의한 차음효과	개구부(창,문)등의 주위에    틈이 없도록 충진한다.
다중구조	현장 시공	철근콘크리트 시멘트블럭 도장벽 이중벽	•사용재료,구조에 의해 특성이 바뀜 •겹쳐지는 재료의 특성이 효과에      영향을 미침 •실제 시공사례에 측정된 특성을      채용한다.	설치대로 시공하도록        현장관리가 중요함
건 구 틀	창,문	방음창 방음문	•일반적으로 고음역일수록 효과가     큼 •유리의 두께에 의한 특성차이가 큼 •건구의 크기나 부착방법에 의해      차이가 큼 •실제 사용하는 제품의 특성을 채용	•건구틀 주변의 충진은       틀이나 장치를 손상시키  거나 비뚤어지지 않도록     양성에 주의 •유리를 끼워 넣을때에는     틈이 없도록 함

표7.차음재료의 적용대상 및 부위

적용대상	적용부위
건 축 물	외벽(창 포함), 세대간 경계벽, 칸막이벽, 기계실벽 등
기계장치 등	설비배관, 방음카바 등
기타	차체, 격벽, 방음벽 등