음향설계

요약 음향적인 측면을 고려하여 건축물을 설계하고 또 만드는 일로, 과학적인 원리를 최초로 알아낸 사람은 W.C.세이빈이며, 음악당 ·극장 ·강당 등의 오디토리엄이나 방송용 스튜디오 등이 주요 대상인데, 요구되는 실내음향의 요건을 파악한 다음, 소음방지 설계, 실내형상의 설계, 잔향설계 등을 하는 것이 필요하다.

과학적인 음향설계의 원리를 최초로 알아낸 사람은 W.C.세이빈인데, 그는 1895년 미국의 하버드대학 강당의 음향개수(音響改修)를 하다가 시간(殘響時問)의 중요성과 그 예측공식을 발견하였다. 세이빈이 발견한 잔향시간과 음향반사 등의 음향 설계를 실제적으로 건축에 도입한 것은 1900년에 완성된 미국 보스턴 심포니홀이었다. 이 콘서트홀은 지금도 세계적으로 유명한 홀로 인정받고 있다. 보스턴 심포니홀에 음향설계가 처음 도입되어 성공을 거둔 이후로 다른 콘서트홀을 지을 때에도 음향 설계가 적극적으로 도입되었다.

기타 실내에서의 대화가 원활히 이루어지고 강당에서의 강연을 명료하게 청취할 수 있으며 또한 음악을 기분 좋게 감상할 수 있도록 실내음향 ·소음 ·진동의 제어에 관하여 연구하는 학문을 건축음향학이라고 한다. 원래 음향설계는 모든 건물에 적용되어야 하지만, 현실적으로는 음악당 ·극장 ·공회당 ·강당 등의 이나 방송용 스튜디오 등이 주요한 대상이 된다.

1) 실내음향의 요건:실내에서 소리를 들을 경우, 음성이나 음악에 따라서 요구되는 음향 조건이 다르다. 예를 들면 음악이나 연극과 같이 사용하는 목적이 한정되어 있을수록 좋은 음향상태를 얻을 수 있으나, 공회당과 같이 다목적으로 이용되는 경우가 많은 홀은 쉽지 않다. 실내에서 좋은 음향상태를 얻기 위해서는 다음 요건이 만족되어야 한다.

① 조용하고 방해되는 소음이 없을 것, ② (反響) ·플러터에코(多重反響現象) ·부밍(웅하고 울리는 현상) ·데드 스폿(음이 약해지는 장소) 등의 음향장애가 없고, 좌석의 위치에 따른 음향의 차이가 없을 것, ③ 음악을 들을 경우 아름답게 울릴 것, 그리고 화성을 들을 경우에 명료하게 청취할 수 있을 것 등이다. 이러한 것들은 각기 다음의 소음방지 ·실내형상 ·잔향의 설계와 대응시킬 수가 있다.

2) 소음방지 설계:건물을 계획할 경우, 먼저 교통소음 ·공장소음 등이 적은 부지, 즉 소음원에서 될 수 있으면 멀어지도록 배치하는 것이 바람직하다. 다음에 건물 각 방의 배치를 연구한다. 즉 회의실이라든가 강의실 등 특히 조용해야 할 곳은 소음원 쪽과 가깝지 않도록 계획한다. 물론 건물 내의 소음원이 되는 기계실 등도 가깝지 않도록 하는 일도 중요하다. 이렇게 계획한 뒤 각 방의 용도에 따라 필요한 성능(遮音性能)을 정하고, 이를 충족시키도록 벽이나 창의 재질 ·구조 등을 결정한다.

또한 건물 안에 있는 기계라든가 급배수관 등의 진동, 또는 위층에서 걸을 때 생기는 충격진동이 바닥 ·기둥 ·들보 등의 구조체를 통해서 전반(傳搬)되어 다시 실내로 방사되는 소음을 고체전반소음(固體傳搬騷音)이라고 하는데, 철근콘크리트건물 등에서는 큰 문제가 될 수 있다. 이러한 점을 피하기 위하여 방진(防振)고무나 완충재(緩衝材)가 사용되고 있다. 그러나 방송스튜디오처럼 매우 엄격한 음향조건이 요구되는 경우에는 방 전체를 건물구조체와 진동절연하는 부유구조(浮游構造)로 해야 한다. 이와 같은 실내소음 방지대책은 설계계획 시점에서 상세히 검토할 필요가 있다.

3) 실내형상의 설계:음원(音源)에서 나온 소리에는 직접 귀에 도달하는 직접음과 벽에 반사한 뒤 도달하는 반사음이 있다. 직접음에 이어지는 반사음이 시간적 ·공간적으로 도래하는 방식은 실내의 형상에 따라 정해진다. 직접음과 반사음 또는 반사음과 반사음의 시간적 간격이 지나치게 길어 매초 50m 이상이 되면 음이 분리되어 들리고(에코), 또한 벽면이 평행으로 마주보고 있으면 플러터 에코가 나타나기 쉽다.

따라서 실내형상은 부제형(不齊形)이 되도록 만들고, 벽면에 요철(凹凸)을 만들어 여러 방향으로 확산시키는 것이 좋다. 공회당과 같이 큰 공간일수록 음의 확산이 필요하다. 또한 요곡면(凹曲面)을 가진 방은 음의 초점이나 데드 스폿이 조성되기 쉽기 때문에 될 수 있으면 피하는 것이 좋다. 회의실과 같은 비교적 작고 직육면체인 방에서는 부밍현상이 나타나기 쉽다. 이것을 방지하기 위하여 실내의 가로 ·세로 ·높이의 비율은 4:2:1과 같이 간단한 정수비가 되지 않도록 선택하고, 또 천장이나 벽이 성을 갖도록 시공하는 것이 바람직하다.

4) 잔향(殘響)설계:실내에서 소리를 갑자기 멈추어도 그 소리는 곧 없어지지 않고 서서히 약해져 간다. 이러한 현상을 잔향이라고 한다. 이것은 각 벽면에서 반사된 음이 합성된 것인데, 각 반사음이 명료하게 들리는 반향과는 구별해서 취급된다.

잔향이 지속되는 길이를 잔향시간이라고 하는데, 이것은 실내에 일정한 강도의 음을 계속해서 내보낸 뒤 갑자기 소리를 정지시키고, 그 음의 강도가 처음의 100만 분의 1 정도로 작아질 때까지 걸리는 시간이다. 잔향시간은 실내음향의 양호도를 결정하는 중요한 요소로서, 회의 ·강연 ·연극 등 주로 음성을 명료하게 청취하기 위해서는 단축시키는 편이 좋다. 한편 음악을 듣는 경우에는 음량을 풍부하게 만들고 소리에 윤기가 생기게 하므로 약간 길게 하는 것이 좋다. 소리가 벽 등에 닿으면 그 에너지의 일부는 벽 속에서 열로 흡수되고, 또 일부는 투과되며 나머지가 실내 쪽으로 반사된다.

이 흡수와 투과 에너지의 입사(入射) 에너지에 대한 비율을 흡음률이라 한다. 흡음률은 재료와 소리의 주파수에 따라 다르다. 대표적인 각종 건축내장재에 대하여 측정된 흡음률은 데이터 북 등에서 찾아볼 수 있다. 내장재의 면적과 그 흡음률을 곱한 것을 흡음력이라고 하며 의자나 인물 등과 같이 면적을 확정하기 어려운 것에 대해서는 흡음력만이 측정된다. 방에 대해 가장 좋은 잔향시간이 되도록 설계하려면 <잔향시간은 실내 용적과 비례하며, 실내의 전흡음력(全吸音力)에 반비례한다>고 하는 세이빈의 공식에 따라 내장재를 선택하면 된다. 다만 미리 모든 내장재에 대한 흡음력에 관하여 상세하게 알지 못하는 경우도 있고, 시공상의 착오도 있을 수 있기 때문에 완성된 후 잔향시간을 측정해서 필요에 따라 고치는 것이 바람직하다.