충격음에 따른 공간 내부 위해성 평가를 위한 대체 가상 이론의 개발 및 적용

Abstract

충격음에 의한 인체 손상은 다른 소음원에 비해 직접적이고 심각한 형태로 나타난다. 특히 실내에서는 그 위험성이 더욱 증가하기 때문에 위해성 평가가 반드시 선행되어야 한다. 하지만 이러한 환경은 공간 규격이나 운용 조건과 같은 변수들에 의해 영향을 받기 때문에 실험이나 수치적 방법을 통한 평가는 시간이나 비용 측면에서 효율적이지 않다. 이에 본 연구에서는 대체 가상 이론과 불연속 파면 기법을 제안하여 주어진 환경 조건에서 인체 위해성을 예측 평가할 수 있는 해석 모델을 개발하였으며, 이를 이용해 환경 변수에 따른 위해성 특성을 분석하였다. 가상 이론은 가상 음원을 정의하여 반사 음장을 예측하는 기법이다. 그러나 가상 음원의 위치는 반사 경로에 유일하게 정의되기 때문에 공간 내부에서 발생하는 다중 반사 현상을 모사하기에는 적합하지 않다. 본 논문에서 제안한 대체 가상 이론은 이와 같은 어려움을 해소하기 위한 것으로, 가상 공간 개념을 이용해 전파 경로와 같은 반사 조건에 관계 없이 가상 수음자의 위치를 정의할 수 있다. 또한, 유효성 개념을 도입함으로써 가상 공간 정의 과정에서 발생할 수 있는 공간 겹침 문제를 해소하여 임의의 형상에 적용이 가능하도록 했다. 한편, 불연속 파면 기법은 충격음이 전파하는 현상을 불연속 구면의 팽창으로 모사한 것으로, 단순화된 파형을 이용해 시간에 따른 충격파면의 위치와 충격파의 강도를 예측하는 전파 해석 기법이다. 대체 가상 이론과 불연속 파면 기법을 이용해 충격음 실내 전파 모델을 개발하였고 해석 결과 공간 벽면에 의해 반사된 충격파가 중첩되어 나타나는 것을 관측할 수 있었다. 예측된 주요 충격파면의 위치는 측정 신호에서 나타난 것과 대체로 일치하는 것을 볼 수 있었고, 충격파의 강도 또한 측정 결과와 유사하게 나타났다. 이로써 새롭게 개발한 해석 모델이 공간 내부에서 충격음 전파 현상을 효율적이면서 대체로 정확하게 나타내고 있음을 확인할 수 있었고, 이를 이용해 공간 규격, 체적, 그리고 방위각 등의 환경 변수의 변화가 위해성 특성에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 실내 음장이 강한 충격파에 의해 독립적으로 형성되는 것이 아니라 반사된 여러 유효 충격파가 중첩됨으로써 높은 위해성을 나타낼 수 있는 것을 확인하였다. 굽은 복도와 같이 복잡한 형상의 공간에 대해서도 해석 모델의 적용이 가능하다는 것을 확인하였고, 후속 연구를 통해 회절이나 산란 현상 등을 반영한다면 복잡한 자연 지형은 물론 도심지에서의 전파 해석에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.