1. 서 론

1.1. 연구 배경

대학 기숙사는 학생들의 학업과 생활이 이루어지는 중심 공간으로, 조용하고 편안한 환경이 학습과 휴식을 위해 꼭 필요하다(Ahn & Je, 2007). 또한 기숙사는 공동주거시설이면서도 개별실에서의 학습 공간과 휴게실이나 화장실 같은 공용 공간의 비중이 크다는 구조적 특성을 가지고 있다(Ahn & Je, 2007). 하지만 현실적으로 학생들은 기숙사의 낮은 수용률과 공동생활에 따른 불편함, 열악한 생활 환경 등을 주요한 불만 요소로 제기하고 있다(POSTECH Times, 2022). 그중에서도 음환경 측면에서 기숙사 내의 부족한 방음 성능을 가장 큰 문제로 인식하고 있다(Kim & Oh, 2008; POSTECH Times, 2022; Lanng, Lykkegaard, Thornholm, Tzannis, & Verdezoto, 2016).

이전 연구(Su, Kang, & Jin, 2013)에 따르면, 계단실은 건물 내에서 소음이 많이 발생하는 공간으로, 다른 공간과 비교했을 때 발걸음 소리와 대화 소리가 강하게 전달된다고 한다. 특히, 기숙사의 계단실은 학생들의 이동 시간이 가장 활발할 때 소음도가 최대 60 dBA 이상으로 가장 높게 나타났다. 이는 계단실 내부가 흡음 성능이 거의 없는 반사성 재료로 마감되어 있어 소음이 쉽게 증폭되기 때문으로 분석된다. 계단실뿐만 아니라 기숙사의 휴게실은 학생들이 자유롭게 교류하고 휴식을 취할 수 있는 공간으로 설계되었지만, 부적절한 설계로 인해 발생한 대화 소음이 복도와 계단실을 통해 각 방으로 전달되는 문제가 있다. 이러한 소음은 다른 학생들이 학습이나 휴식을 방해받는 원인이 되며, 생활 만족도를 낮추는 주요 요인으로 작용한다(Miao, Cao, & Zuo, 2022). 또한 문이 열려 있는 객실의 경우 복도와 계단실을 통해 전달되는 소음이 인접한 방의 거주자에게 불편을 유발할 가능성이 있다(García & Rassmusen, 2018). 그래서 학생들에게 쾌적한 학습과 생활 환경을 제공하기 위해 기숙사 내 음향 환경을 개선하는 것이 필요하다.

소음 문제는 단순히 불편함을 넘어서 학업 성취도와 건강에도 부정적인 영향을 미친다(Weinstein, 1978). 소음 노출은 학습 집중력을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 심리적 스트레스를 유발해 학업 성과를 저하시킬 가능성이 높다(Nafez, Lotfi, Rostami, Saeedi, & Lotfi, 2017). 또한 장기적인 소음 노출은 신체적 건강 문제로 이어질 가능성도 있어(Cui, Wu, & She, 2009) 이를 해결하기 위한 체계적인 접근이 필요하다. 기숙사 내 음환경 개선은 학생들의 학업 능력 향상과 삶의 질을 높이는 데 필수적이다. 그러나 기숙사 내부의 주요 소음원인 복도와 계단실에서 발생하는 음향적 문제를 다룬 연구나 사례는 거의 없다. 코로나 팬데믹 이후 실내 환경의 중요성이 부각 되면서, 공용 공간에서의 소음 제어는 더욱 시급한 과제로 떠올랐다. 특히, 학생들의 학습 효율성과 정신적 안정에 음환경이 미치는 영향을 고려할 때, 복도와 계단실과 같은 공용 공간의 소음 문제 해결은 실내 환경 질 향상에 직결되는 과제로 해결책의 제시가 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해 건축적 방법을 활용한 음향 설계는 매우 중요하다.

1.2. 연구 범위

본 연구는 기숙사 내 실내 음환경을 개선하기 위한 흡음 설계 요소를 탐색하고, 건축적 접근을 통해 소음을 효과적으로 저감할 수 있는 방안을 제시하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 기숙사 내에서 발생하는 소음의 전파 경로를 분석하고, 주요 소음원이 되는 공간을 중심으로 실내 흡음 요소의 적용 가능성을 평가하였다. 특히, 복도와 계단실, 휴게실과 같은 공용 공간에서 발생하는 소음이 개별실로 전달되는 과정을 규명하고, 효과적인 소음 저감 방법을 모색하였다. 한 대학의 실제 기숙사 한 동을 연구 대상으로 설정하였다. 대상 기숙사 내에서 재실자의 대화음이 주요 소음원으로 작용하는 공간인 휴게실과 계단실에 평가를 위한 음원을 배치하였고, 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 소음 전달 경로를 분석하였다. 또한, 복도의 바닥과 천장, 계단실의 벽면, 휴게실의 바닥과 천장에 흡음 소재를 적용하고, 차음 성능이 강화된 문을 설치하는 등의 건축적 설계 방법을 검토하였다. 이러한 연구를 통해 실내 흡음 요소가 기숙사 내 소음 저감에 미치는 영향을 평가하고, 보다 효과적인 음향 환경 개선 방안을 제시하고자 하였다.

2. 연구 방법

2.1. 실험 대상 공간

본 연구는 Figure 1(a)와 같은 A 대학의 기숙사 건물을 연구 대상으로 하였다. 해당 기숙사는 지상 5층 규모로 설계되었으며, 연면적은 약 5,000 m²이다. 각 층은 학생들의 생활과 학습을 지원하는 공간으로 구성되어 있으며, 공용 공간과 개별 공간이 조화를 이루고 있다. 기숙사 설계는 공간의 효율적 사용과 공동생활의 편의성을 중점적으로 고려하였으나, 일부 공간에서는 소음 문제가 빈번히 발생하고 있다. Figure 1(b)는 대상 기숙사에 배치된 휴게실의 모습을 나타낸다. 휴게실은 1층을 제외한 모든 층에 위치하며, 학생들이 교류하거나 휴식을 취할 수 있는 공용 공간으로 설계되었다. 해당 공간은 장방형 구조를 가지고 있으며, 한쪽 단변은 얇은 유리벽으로 복도와 연결되어 있다. 이 유리벽은 개방감을 제공하지만, 방음 성능이 낮아 소음 전달의 주요 원인 중 하나로 작용하고 있다. 적절한 소음 차단 대책이 없는 경우 학생들의 학습 및 휴식 환경에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 크다.

Figure 1(c)는 각 층의 거주 공간을 연결하는 복도의 내부 모습을 나타낸다. 복도는 객실과 휴게실, 화장실 및 샤워실 등 공용 공간을 연결하는 주요 통로로 기능한다. 그러나 복도의 벽면과 바닥은 대부분 반사성 마감재로 마감되어 있어, 휴게실이나 계단실에서 발생한 소음이 복도를 통해 쉽게 전파될 수 있다. 이로 인해 복도를 지나거나 인접한 객실 내부에서도 소음 문제를 경험할 수 있다. 한편, Figure 1(d)는 층간 이동을 위한 계단실 내부 모습을 보여준다. 계단실의 표면 마감은 소음을 흡수하지 못하는 반사성 재료로 구성되어 있다. 계단실은 재실자들이 이동하며 발생시키는 발소리나 대화 소음이 내부 공간에 반사되어 증폭될 가능성이 높다. 특히, 이러한 소음이 복도와 휴게실로 전달되면서 각 층의 객실 내 소음 환경에 악영향을 미칠 수 있다.

Figure 1.

Exterior and interior views of the selected dormitory building.

Figure 2는 대상 기숙사의 한 층을 입체적으로 표현한 도면이다. 객실의 바닥은 고무 카펫으로 마감되었으며, 벽체와 천장은 석고보드로 구성되어 있다. 출입문은 일반 방화문으로, 차음 성능이 상대적으로 낮게 설계되었다. 휴게실의 바닥은 콘크리트 위 리놀륨 데코타일, 벽체는 타일, 콘크리트, 이중 유리로 이루어진 장병형 구조이며, 천장은 플라스틱 보드로 마감되었다. 복도의 바닥은 콘크리트 위 리놀륨 데코타일로 마감되어 있으며, 벽체는 콘크리트 위 수성페인트 마감으로 구성되었으며, 천장은 플라스틱 보드(SBC)로 마감되어 있었다. 계단실은 사방이 콘크리트로 둘러싸여 있다. 화장실과 샤워실은 모두 타일로 마감이 되었다. 이러한 공간 배치는 학생들의 생활 편의를 고려한 것이지만, 구조와 재료의 특성상 휴게실과 복도에서 발생하는 발걸음 소리와 대화 소음이 객실로 전달될 가능성이 높아 거주자들에게 소음으로 인한 불편을 초래하고 있다.

Figure 2.

Isometric view of the 2^nd floor in the dormitory building.

2.2. 음향 시뮬레이션 설정

Figure 3(a)는 시뮬레이션 예측을 위해 3D로 모델링한 대상 기숙사의 모습을 나타낸다. 주요 마감면은 AudoCAD의 3dface 기능을 이용하여 면으로 모델링 하였으며, 재료에 따라 다른 레이어로 구분하였다. 대상 공간은 이전 연구(Kim, Jeon, & Kim, 2024)를 바탕으로 실제 대상 건물에서 사용된 재료의 특성에 따라 마감재의 음향 특성을 입력하였다. 현장 여건상 측정을 진행할 수 없어, 건축 도면과 현장에서 조사한 재료의 특성을 통해 간접적인 방식으로 시뮬레이션 모델 피팅을 진행하였다. 기존의 기숙사 내 계단실은 반사성 소재로, 휴게실은 유리 및 타일로 마감되어 있다. Figure 3(b)는 주요 음원실인 계단실과 휴게실이 위치한 전 층을 대상으로 음원과 수음점을 표시한 모습이다. 각 실의 출입문은 상시 이동하는 학생들의 상황을 모사한 출입문 개방 상태와 이동이 적은 상황을 모사한 출입문이 닫힌 상태의 두 가지 케이스로 설정하였다. Figure 4는 음원과 수음점의 위치를 나타낸다. 수음점은 학생들이 거주하는 각 층의 실(1층 R1에서 R10, 2층 R11에서 R20, 3층 R21에서 R30, 4층 R31에서 R40,)의 중앙 지점과 1층을 제외한 각층별 휴게실 내 주요 지점 4곳(2층 휴게실 R41에서 R44, 3층 R45에서 R48, 4층 R49에서 R52)으로 설정하였다. 음원 위치는 기숙사의 주요 소음원인 1층 계단실(S1)과 2층 휴게실(S2)로 Figure 4와 같이 제시된 대로 나뉘며, 각각 서 있는 사람과 앉아 있는 사람의 높이를 반영하여 1.5 m 설정하였다. 음원의 크기는 KS F ISO 3382-3(2022)에 따른 일반 대화 음성 기준(L_w 68.4 dBA)을 적용하였다. 시뮬레이션은 상용 프로그램(Odeon v.15 Industrial version)을 활용하였다. Figure 5는 프로그램 상에 입력한 시뮬레이션 설정을 나타낸다. 시뮬레이션 정밀도는 Engineering 등급으로 설정하였고, 임펄스 리스펀스의 길이는 1,000 ms, 후기음의 음선 개수는 20만개로 설정하였다. 대상 모델의 권장 후기음의 음선 개수는 1,000개지만, 시뮬레이션 정밀도를 높이기 위해 충분히 큰 값으로 설정하였다. 초기반사음의 계산을 위한 Transition order는 모델의 단순성을 고려하여 3으로 설정하였으며, 초기 확산음의 개수는 1,500개로 설정하였다. 반사음의 확산 거동에 대한 설정은 기본값(Soft materials only)으로 설정하였다. 배경소음은 조용한 환경을 반영하여 NC-15 수준(Noise criteria)으로 설정하였으며, 실내 공기의 환경조건은 상온(20°C) 및 상습(50% R.H.)으로 설정하였다.

Figure 3.

3D model view of the dormitory building with sound source and receiver locations.

Figure 4.

Locations of sound sources and receiver positions on the floor plan (red dots: sound sources, blue dots: sound receivers).

Figure 5.

Simulation settings for the calculation of acoustical parameters.

2.3. 실내 전파 소음 저감을 위한 흡음설계 방안

현재 기숙사의 복도, 계단실, 휴게실 내부는 모두 반사성이 높은 화강석과 콘크리트 수성 페인트로 마감되어 있어, 내부에서 발생된 소음이 흡수되지 못하고 오히려 반사 및 증폭되는 문제가 있다. 이러한 반사성 마감은 소음 문제를 심화시키는 주요 원인으로 작용하며, 이를 개선하기 위해 주요 소음원인 복도, 계단실, 휴게실에 흡음재와 차음성능을 도입하는 방법을 제시하였다. Table 1과 Table 2는 개선 방안별 시뮬레이션 케이스를 구분한 표를 나타낸다. Table 1에서와 같이 S1은 계단실에서 소음이 발생하는 상황을 나타내며, 이에 따라 계단실에 음원을 배치한 상태를 의미한다. 모든 재료가 반사 마감으로 된 기존 상태인 Case 0을 기준으로 Case 1-1 계단실 내부의 벽체만을 흡음재로 마감한 상태를 나타낸다. Case 1-2는 기존 상태인 Case 0에서 복도의 바닥만을 흡음재로 마감한 상태를 나타내며, Case 1-3은 기존 상태인 Case 0에서 천장만을 흡음재로 적용한 상태를 나타낸다. Case 1-4는 기존 상태인 Case 0에서 각 객실 출입문을 차음성능이 높은 제품으로 변경했을 때를 나타낸다. Figure 6는 이때 적용한 일반 출입문과 차음 출입문의 1/1 옥타브 밴드별 투과손실 값을 나타낸다.

Table 1.

Simulation configuration in accordance with interior finishing materials for acoustic enhancement designs, focusing on the S1 sound source position in scenarios where conversations in the stairway propagate to the corridor on each floor

Table 2.

Simulation configuration in accordance with interior finishing materials for acoustic enhancement designs, focusing on the S2 sound source position in scenarios of conversations in the refreshment room

Table 3.

List of materials with absorption coefficient values

Figure 6.

Transmission loss of the unit bedroom doors across 1/1 octave frequency bands (solid line: normal door, dotted line: sound insulation door).

한편, Table 2에서와 같이 S2는 휴게실에서 몇몇의 사람들이 대화할 때 소음이 발생하는 상황을 나타내며, 이에 따라 휴게실 내에 4개의 음원을 소파 위치에 따라 배치하였고, 각 음원의 1 m 이격지점에 대화 상대로서 수음점을 배치하였다. 기존 상태인 Case 0을 기준으로 휴게실의 바닥을 흡음재로 적용한 Case 2-1, 휴게실의 천장을 흡음재로 적용한 Case 2-1, 마지막으로 바닥과 천장을 동시에 적용한 Case 2-2를 비교하였다. Table 3은 컴퓨터 시뮬레이션에 사용된 재료들의 흡음률 입력값을 1/1 옥타브 밴드별로 나타낸다. 흡음처리에 따른 컴퓨터 시뮬레이션 시 학생들의 상시 이동 상황을 모사하기 위해 출입문을 개방했을 때와 닫았을 때로 예측 결과를 구분하였다.

3. 연구결과

3.1. 계단실 발생 소음의 소음 전파특성

Figure 7은 평가 대상 기숙사에서 주요 소음 발생 지점인 1층 계단실 중앙에 음원이 배치되었을 때의 각 층별 객실 내 중앙부로 전파되는 소음 레벨(Sound pressure level, SPL)의 예측값을 나타낸다. Figure 7(a)는 현재 상태인 반사성 마감재로 구성된 Case 0에서 각 객실로 전파되는 소음레벨의 분포를 나타낸다. 각 객실의 출입문이 열려 있을 때는 최소 27.2 dBA에서 최대 52.2 dBA로 분포하였으며, 각 객실의 출입문이 닫혀 있을 때는 최소 1.8 dBA에서 18.7 dBA로 분포하는 것으로 예측되었다. NC-15의 배경소음이 약 27.1 dBA에 해당하기 때문에, 출입문이 닫혀 있을 때는 기숙사 객실 내에로 계단실에서의 대화음이 들리지 않을 것으로 예상되었다. 하지만, 출입문이 열려 있을 때는 음원과 가까운 1층에서는 평균 43.0 dBA이고 가장 먼 4층에서 평균 34.0 dBA로 나타나, 1층 계단실에서 발생한 소리라고 할지라도 가장 먼 4층까지 들릴 수 있는 것으로 예측되었다.

Figure 7.

Predicted SPL distribution as a function of receiver positions for the S1 sound source when the doors are open or closed, according to the simulation configuration.

Figure 7(b)는 Case 1-1의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 음원의 위치와 가까운 계단실 내부 벽체에만 흡음재가 설치된 상태에서 1층 계단실에서 발생한 소리가 각 객실로 전파되는 소음레벨의 분포를 나타낸다. 각 객실의 출입문이 열려 있을 때는 최소 19.4 dBA에서 최대 48.4 dBA로 분포하였으며, 각 객실의 출입문이 닫혀 있을 때는 최소 –5.8 dBA에서 14.9 dBA로 분포하는 것으로 예측되었다. Case 0의 각 객실 출입문이 열려 있는 상태에서 전체 수음점으로부터의 평균 소음레벨이 38.4 dBA임을 고려할 때, Case 1-1에서는 전체 평균값이 32.0 dBA로서 약 6.4 dB 감소하는 것으로 예측되었다. 동일한 배경소음 기준을 고려했을 때, 출입문이 닫혀 있을 때는 마찬가지로 기숙사 객실 내에로 계단실에서의 대화음이 들리지 않을 것으로 예상되었다. 하지만, 출입문이 열려 있을 때는 음원과 가까운 1층에서는 평균 34.3 dBA이고 가장 먼 4층에서 평균 27.3 dBA로 나타났고, 같은 1층이라 하더라도 음원과 가장 먼 R1 지점에서는 27.0 dBA로 나타나, 계단 내 벽체에 흡음처리를 통해 같은 층에서도 먼 지점은 들리지 않을 수 있으며, 수음점의 층수가 높아질수록 소계단실 소음이 잘 들리지 않는 지점의 비율이 높아지는 것으로 예측되었다.

Figure 7(c)는 Case 1-2의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 음원의 위치와 가까운 계단실 내부는 기존과 같이 반사성 소재로 마감되어 있지만, 소리가 전파되는 경로인 복도의 바닥에 흡음성 카페트가 설치된 상태에서 1층 계단실에서 발생한 소리가 각 객실로 전파되는 소음레벨의 분포를 나타낸다. 각 객실의 출입문이 열려 있을 때는 최소 23.5 dBA에서 최대 51.6 dBA로 분포하였으며, 각 객실의 출입문이 닫혀 있을 때는 최소 –1.8 dBA에서 18.1 dBA로 분포하는 것으로 예측되었다. Case 0의 각 객실 출입문이 열려 있는 상태에서 전체 수음점으로부터의 평균 소음레벨이 38.4 dBA임을 고려할 때, Case 1-2에서는 전체 평균값이 36.1 dBA로서 약 2.3 dB 감소하는 것으로 예측되었다. 동일한 배경소음 기준을 고려했을 때, 출입문이 닫혀 있을 때는 마찬가지로 기숙사 객실 내에로 계단실에서의 대화음이 들리지 않을 것으로 예상되었다. 하지만, 출입문이 열려 있을 때는 음원과 가까운 1층에서는 평균 41.1 dBA이고 가장 먼 4층에서 평균 31.6 dBA로 나타났다. 배경소음 기준보다 낮게 예측된 수음점은 4층의 4개 지점과 3층의 1개 지점뿐이었기 때문에, 1층에서 3층까지는 모두 계단실에서의 소음이 거의 들릴 수 있는 것으로 예측되었다.

Figure 7(d)는 Case 1-3의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 음원의 위치와 가까운 계단실 내부는 기존과 같이 반사성 소재로 마감되어 있지만, 소리가 전파되는 경로인 복도의 천장에만 흡음성 미네랄울 보드가 설치된 상태에서 1층 계단실에서 발생한 소리가 각 객실로 전파되는 소음레벨의 분포를 나타낸다. 각 객실의 출입문이 열려 있을 때는 최소 20.4 dBA에서 최대 51.2 dBA로 분포하였으며, 각 객실의 출입문이 닫혀 있을 때는 최소 –4.4 dBA에서 17.6 dBA로 분포하는 것으로 예측되었다. Case 0의 각 객실 출입문이 열려 있는 상태에서 전체 수음점으로부터의 평균 소음레벨이 38.4 dBA임을 고려할 때, Case 1-3에서는 전체 평균값이 34.1 dBA로서 약 4.2 dB 감소하는 것으로 예측되었다. 동일한 배경소음 기준을 고려했을 때, 출입문이 닫혀 있을 때는 마찬가지로 기숙사 객실 내에로 계단실에서의 대화음이 들리지 않을 것으로 예상되었다. 하지만, 출입문이 열려 있을 때는 음원과 가까운 1층에서는 평균 39.4 dBA이고 가장 먼 4층에서 평균 29.5 dBA로 나타났다. 배경소음 기준보다 낮게 예측된 수음점은 2층에서 2개 지점, 3층에서 3개 지점, 4층에서 5개 지점으로 나타났나, Case 1-2에 비해 소음이 전달되지 않는 지점이 다소 늘어나는 것으로 예측되었다.

Figure 7(e)는 Case 1-4의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 음원의 위치와 가까운 계단실 내부는 기존과 같이 반사성 소재로 마감되어 있지만, 소리가 전파되는 경로인 복도의 바닥과 천장 모두에 흡음재가 설치된 상태에서 1층 계단실에서 발생한 소리가 각 객실로 전파되는 소음레벨의 분포를 나타낸다. 즉, Case 1-2 및 Case 1-3이 공통적으로 적용된 결과를 나타낸다. 각 객실의 출입문이 열려 있을 때는 최소 19.4 dBA에서 최대 50.7 dBA로 분포하였으며, 각 객실의 출입문이 닫혀 있을 때는 최소 –5.6 dBA에서 17.2 dBA로 분포하는 것으로 예측되었다. Case 0의 각 객실 출입문이 열려 있는 상태에서 전체 수음점으로부터의 평균 소음레벨이 38.4 dBA임을 고려할 때, Case 1-4에서는 전체 평균값이 33.2 dBA로서 약 5.2 dB 감소하는 것으로 예측되었다. 동일한 배경소음 기준을 고려했을 때, 출입문이 닫혀 있을 때는 마찬가지로 기숙사 객실 내에로 계단실에서의 대화음이 들리지 않을 것으로 예상되었다. 하지만, 출입문이 열려 있을 때는 음원과 가까운 1층에서는 평균 38.6 dBA이고 가장 먼 4층에서 평균 28.5 dBA로 나타났다. 배경소음 기준보다 낮게 예측된 수음점은 2층에서 3개 지점, 3층에서 4개 지점, 4층에서 6개 지점으로 나타났나, Case 1-3에 비해 소음이 전달되지 않는 지점이 다소 늘어나는 것으로 예측되었다.

Figure 7(f)는 Case 1-5의 시뮬레이션 결과를 나타내며, Case 0과 같이 모두 반사성 소재로 마감된 상태에서 각 객실 출입문의 차음성능만 향상시킨 상태에서 1층 계단실에서 발생한 소리가 각 객실로 전파되는 소음레벨의 분포를 나타낸다. 각 객실의 출입문이 열려 있을 때는 Case 0와 동일한 값을 나타냈으며, 각 객실의 출입문이 닫혀 있을 때는 최소 –1.1 dBA에서 15.8 dBA로 분포하는 것으로 예측되었다. Case 0의 각 객실 출입문이 닫혀 있는 상태에서 전체 수음점으로부터의 평균 소음레벨이 10.2 dBA임을 고려할 때, Case 1-5에서는 전체 평균값이 7.3 dBA로서 약 2.9 dB 감소하는 것으로 예측되었다. Case 0나 Case 1-5 모두 출입문이 닫혀 있을 때는 배경소음 기준 이하로서 계단실의 대화음이 들리지 않을 것으로 예측된다. 그러나, 계단실에서 일상적인 대화음보다 더 큰 소리를 내는 상황이 발생한다면, 각 객실 출입문의 차음성능을 향상시키는 것도 유용한 소음 저감 방법일 수 있다.

3.2. 휴게실 발생 소음의 전파특성

각 층의 휴게실이 동일한 형상으로 구성되어 있기 때문에, 2층에서의 휴게실만 시뮬레이션으로 소음 특성을 예측하였다. Figure 8은 2층 휴게실 출입문이 닫혀 있는 상태에서 휴게실 내 4개 지점에서 발생한 소음의 분포를 각 시뮬레이션 케이스별로 예측한 결과를 나타낸다. 그 결과, 기존 상태와 같이 휴게실 내부도 모두 반사성 소재로 마감되어 있는 Case 0에서 휴게실 내부의 소음레벨은 64.2 dBA에서 64.5 dBA의 고른 분포를 나타냈다. 한편, Case 2-1과 같이 휴게실 바닥만 흡음성 카페트로 마감했을 때 휴게실 내부의 소음레벨은 62.3 dBA에서 62.5 dBA의 고른 분포를 나타냈고, Case 0에 비해 약 2.0 dB로 저감되는 것으로 예측되었다. Case 2-2는 휴게실 천장만 흡음성 미네랄울 보드로 마감했을 때를 나타내며, 이 때 휴게실 내부의 소음레벨은 61.2 dBA에서 61.5 dBA의 고른 분포를 나타냈고, Case 0에 비해 약 3.1 dB로 저감되는 것으로 예측되었다. Case 2-3은 Case 2-1과 Case 2-2에서 적용한 휴게실 내부의 바닥과 천장의 흡음재를 동시에 적용한 상태를 나타내며, 이 때 휴게실 내부의 소음레벨은 60.7 dBA에서 60.9 dBA의 고른 분포를 나타냈고, Case 0에 비해 약 3.6 dB 저감되는 것으로 예측되었다.

Figure 8.

Predicted SPL distribution in the refreshment room on the 2^nd floor as a function of receiver positions for the S2 sound source, according to the simulation configuration.

4. 논 의

Figure 9는 1층 계단실 중앙에 음원을 배치했을 때, 기존의 반사성 마감 상태(Case 0)에 대한 각 흡음처리 케이스에 따른 층별 평균 소음레벨의 저감량 분포를 나타낸다. 가장 저감량이 크게 나타난 것은 계단실 벽체를 흡음재로 마감한 Case 1-1로서 기존 상태 대비 저감량은 1층에서 8.8 dB, 2층에서 5.2 dB, 3층에서 4.9 dB, 4층에서 6.7 dB로 나타났으며, 전체 평균으로 보면 저감량은 6.4 dB로 나타났다. 각 층별 복도에 흡음재를 설치한 것은 Case 1-4와 같이 바닥과 천장 모두에 흡음 처리를 하였을 때, 기존 상태 대비 저감량은 1층에서 4.4 dB, 2층에서 5.3 dB, 3층에서 5.6 dB, 4층에서 5.5 dB로 나타났으며, 전체 평균으로 보면 저감량은 5.2 dB로 나타났다. 따라서, 계단실 내를 흡음 처리하는 것이 복도 내 바닥과 천장을 모두 흡음 처리하는 것에 비해 상대적으로 효과적인 것으로 사료된다. 하지만, 계단실 내의 흡음처리는 층별 편차가 최대 3.9 dB까지도 나타났기 때문에 층별 변차가 크게 나타날 수 있으나, 복도 내 바닥과 천장의 흡음처리는 층별 편차가 최대 1.2 dB로 상대적으로 고른 저감량 분포를 나타냈다. 한편, 복도 내의 바닥 흡음 처리와 천장 흡음간의 차이를 비교하면, 복도 천장에 미네랄울 보드로 흡음 처리하는 것(Case 1-3, 기존 상태 대비 저감량 4.2 dB)이 복도 바닥에 카페트로 흡음 처리를 하는 것(Case 1-2, 기존 상태 대비 저감량 2.3 dB)보다 기존 상태 대비 저감량이 약 1.9 dB 더 높은 것으로 예측되었다. 한편, Figure 8에서도 나타났듯이 휴게실 내 발생하는 소음에 대해서도 휴게실 바닥(Case 2-1, 기존 상태 대비 저감량 2.0 dB)보다 천장(Case 2-2, 기존 상태 대비 저감량 3.1 dB)에 흡음처리를 하는 것이 기존 상태 대비 저감량이 약 1.1 dB 더 높은 것으로 예측되었다. 따라서, 복도나 휴게실에서 흡음 처리를 통해 내부 발생 소음의 전파를 저감시키고자 하는 경우에는 바닥보다 천장의 흡음 설계를 우선 적용할 필요가 있다. 전체적인 시뮬레이션 예측결과를 살펴보았을 때, 적용할 수 있는 흡음의 양(흡음률을 고려한 적용면적의 총합)이 많아질수록 실내 소음 저감량은 더 커질 것으로 예상된다.

Figure 9.

Reduction levels of the predicted SPL values according to the sound absorptive treatment cases, comparing the current situation with sound reflective finishes for the S1 sound source when the doors are open.

5. 결 론

본 연구는 컴퓨터 시뮬레이션을 활용해 기숙사 내 소음 저감 방안을 체계적으로 예측했다. 앞으로 다중 이용 시설인 기숙사에서 소음 저감을 위한 설계를 개선하는 과정에서는 학생들의 편의성, 학습 환경, 그리고 안락성을 종합적으로 고려할 필요가 있다. 이러한 접근은 학생들의 학업 성취도와 생활 만족도를 향상시키는 데 중요한 역할을 하며, 실내 소음 수준을 적절히 관리하고, 휴식과 학습이 조화를 이루는 환경을 제공하는 것이 필수적이다. 연구 과정에서는 휴게실과 계단실의 재료를 반사성에서 흡음성으로 변경하고, 이러한 재료 변화가 기숙사 내 소음도에 미치는 영향을 비교 분석했다. 그 결과, 계단실과 복도의 내부 흡음 처리 및 객실 문 차음 성능 개선이 기숙사 내 소음 감소에 효과적임을 확인할 수 있었다. 특히, 문이 닫힌 경우 모든 층에서 소음이 균등하게 감소하며 실내 환경이 조용하게 유지된다는 점이 두드러졌다. 이는 재실자들에게 보다 쾌적한 생활 환경을 제공할 수 있음을 시사하며, 소음 저감 외에도 편안한 생활 환경을 위한 중요한 기준을 제시한다. 이러한 연구는 학생들의 생활 품질 향상과 더불어 교육 환경을 개선하는 데 기여할 것으로 기대된다. 특히, 이러한 접근법은 기숙사와 유사한 일상적인 공동주택 등의 생활 공간에서도 적용 가능성이 높아 다양한 환경에서의 소음 문제 해결에 기여할 수 있을 것으로 사료된다. 또한, 이런 음향 설계 접근방법을 통해 소음 문제를 해결할 뿐만 아니라, 기숙사 거주자들에게 더 만족스러운 생활 환경을 제공하는 데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 하나의 기숙사 건물을 대상으로 평가를 수행하였기 때문에, 결과의 일반화에 한계가 있다. 따라서, 향후 연구를 통해 다양한 형태의 기숙사 내에 대한 소음 환경을 조사할 필요가 있으며, 이를 토대로 기숙사 음환경에 대한 설계 가이드라인을 도출할 필요가 있다. 또한, 본 연구에서는 실내 대화음 전파에 따른 거슬림을 줄이기 위해 음압레벨 감소를 중심으로 분석하였으나, 음향적 쾌적성 향상을 위해 후속 연구에서는 잔향시간과 음성명료도와 같은 실내음향 지표를 추가로 분석할 필요가 있다. 향후 연구에서는 흡음 처리 기술이 다양한 유형의 건물과 환경에 어떻게 적용될 수 있는지에 대한 추가적인 조사를 수행할 필요가 있으며, 흡음 처리의 효율성을 높이는 동시에 비용 대비 효과를 최적화하는 방법을 모색할 필요가 있다.