과학탐구 보고서: 층간소음 해결방안에 대한 탐구

층간소음 해결방안에 대한 탐구

 

1. 층간소음의 정의

 

위층에서 발생한 소음이 아래층으로 전달되어 이 때문에 아래층 사람이 스트레스를 받을 정도인 소리를 층간소음이라고 한다. (소음=정신적, 신체적으로 인체에 유해한 소리)

이때, 꼭 위층 아래층만 해당하는 것이 아님을 유의해두자.

 

 

2. 층간소음의 종류

 

 

 

3. 층간소음 원인

 

1) 건물문제

건설회사 측에서 비용이 많이 든다는 이유로 층과 층 사이에 충분한 공간을 확보하지 않는다. 혹여 충분한 공간을 확보했더라도, 공사비가 많이 들어 시공자 및 입주 매입자의 비용이 증가한다.

 

2) 사회인식문제

이웃 간의 부주의로 발생한다.

=>과학적으로 해결을 하려면 고체전달음부터 제대로 잡아야 한다.

 

 

4. 층간소음 관련 규정

 

 

5. 층간소음의 문제점

 

동맥 장애와 스트레스/회화 장애 및 수면 장애/단순한 짜증과 불쾌감 유발/정서 불안의 생리적 장애로의 발전/작업 능률 저하/건물이나 가구 등 손상

 

 

6. 층간소음의 사례

 

인천 부평구 한 다가구 주택 2층에 살던 임씨는 지난해 5월 평소 층간소음 문제로 사이가 나빴던 1층 주민과 말다툼을 하였다. 말다툼 중 욕설과 반말을 듣게 되자 화가 난 임씨는 60cm의 도끼를 들고 나와 휘둘렀으며 휘발유 10L를 뿌린 뒤 불을 붙여 방 안에 있던 2명을 숨지게 했다.

 

 

7. 층간소음 해결방안의 기준

 

층간소음은 인간이 주거하거나 생활하는 장소에서 발생하는 문제인 만큼, 인간에게 무해한 재료로 해결되어야 한다. 또한, 뛰어난 효과와 합리적인 가격이여야 하며, 주변에서 희귀하지 않고 쉽게 대량으로 구할 수 있는 재료를 사용해야 한다.

 

1) 친환경적: 인체에 무해해야 한다.

2) 효과적: 층간소음으로 인해 스트레스를 받지 않을 정도의 효과를 지녀야 한다.

3) 경제적: 건설회사나 거주자가 부담할 만한 합리적인 비용이여야 한다.

4) 보편적: 주변에서 쉽게 대량으로 구할 수 있는 재료여야 한다.

 

 

8. 층간소음 해결방안

 

1) 탄력 있는 밑깔개

잘게 조각 낸 고무 매트는 발포고무나 코르크보다 무거워서 추가소음방지 혜택이 있으며 소음을 분산시키는 효과가 있다. 축축한 혼합물은 소리에너지를 소멸시킨다.

 

2) Green Glue+고무

그린글루는 바닥, 벽 또는 천장의 소음방지를 위한 차세대 점탄성 혼합 물질이다. 특히 전형적인 소음 공사 현장에 맞게 수백 번의 실험 과 조성을 통해 개발되었다. 기존 제품 대비 뛰어난 성능과 가격 경쟁력을 갖춘 그린글루는 미국, 캐나다 등 에서는 친환경 방음재로 매우 잘 알려져 있다. 제품의 특징은 무취, 무독성, 수용성의 친환경적이라는 점이다. 게다가 영구적으로 경화되지 않는 점탄성(젤타입) 방음재이다. 접착제나 실리콘과 달리 굳지 않아 남은 재료의 보관 및 재사용에 용이하다. 그린글루는 내부와 외부의 소음, 충격음(발소리 등) 그리고 옆 집에서 들리는 소음마저 모두 해결할 수 있다. 또한, 그린글루 한 통으로 35제곱미터를 채울 수 있다고 한다. 그리고 이 가격은 20만원 안된다. (900제곱cm당 100원 안됨.)

원리는 간단하다. 소음은 파동이나 공기의 진동처럼 공기 중에 퍼져나간다. 이 파동이 천장이나 벽에 부딪히면 진동은 구조물을 뚫고 나가 다시 소음이 된다. 이는 구조물이 축축하지 않을 때의 이야기이다.

그린글루는 소음의 기계적인 에너지를 미량의 열에너지로 전환시키는 특별한 고분자식을 가지고 있다. 이 화합물이 두 단단한 층 사이에 있으면 그 사이를 축축하게 하는 역할을 한다. 그래서 음파가 구조물을 지나갈 때, 그 에너지는 열에너지 형태로 바뀌게 된다.

그린글루의 층 하나가 두 층 사이에 있으면 낮은 주파수에도 소음의 90%를 제거할 수 있다고 한다. 위 그림은 그린글루가 어떻게 소음을 열에너지로 전환시키는지 나와있다.

 

게다가 고무는 재활용을 하는 것이라 친환경적일 뿐더러 탄력이 있어 소음을 분산시키는 효과도 있다. 그린글루와 고무를 함께 사용하면 소음을 절감하는 데 큰 효과가 있을 것이다.

 

3) 압전소자

압전소자는 압력 또는 진동이 가해지면 흡수하여 전기로 바꾸는 장치이다.

압전소자의 장점으로는 버려지는 소리 에너지를 전기에너지로 바꾸는 그린 에너지라는 점이다. 또한, 소형화/경량화가 가능하여 압력에너지가 있는 곳이라면 쉽게 설치 가능하며, 기술발전에 대한 기대도 크다.

 

다만, 고전압 저전류 장치(압력은 많이 필요하지만 전기생산량은 적다는 뜻이다)이기 때문에 상용화 하기에는 가격에 비해 효율성이 떨어진다. 1500번을 눌러야 핸드폰을 충전할 수 있을 정도라 하니 말이다. 그리고 압전소자는 스스로 전기를 생산하지 않으므로 작동을 위해 외부충전증폭기(압력)가 필요하다. 변화가 없는 압력은 전기에너지가 생산되지 않기 때문에 압력 변화가 있는 증폭기가 있어야 전기에너지가 생산된다.

제조과정에서도 압전소자는 수정과 같은 결정으로 이루어 져 있기 때문에 큰 압력에 의해 부서지거나 깨질 수 있어 보편화 시에는 힘들다. 압전소자는 피크 운영 상태에서 고 임피던스(교류회로에서 전압과 전류의 비율)를 유지하도록 설치하는데 더 많은 주의가 필요하다. 측정에 사용되는 각 구성성분(센서, 케이블, 증폭기)은 제대로 된 성능을 위해서는 항상 깨끗하고 건조하게 유지되어야 한다. 만일 이 케이블 커넥터에 들어가면, 시스템에 결함이 생겨난다. 심한 습기와 오염이 존재하는 환경에서는 효율이 많이 낮아진다.

무엇보다도, 압전소자는 고체전달음만 조금 줄일 뿐이지 공기전달음은 해결되지 않는다.

 

+) 케이블이 밖으로 나와있는 압전소자는 긴 케이블을 이용 시 용량부하로 층간소음이 증가되는 결과를 초래한다. 케이블이 200피트이상되면 약 4배정도의 층간소음이 증가된다. 케이블 이동으로 발생되는 마찰전기 잡음을 최소화하기 위해 특별한 저소음 케이블이 필요하다. 허나 소음처리케이블(훨씬 비쌈)과 보통 동축케이블간의 비용은 상당하다.

 

4) 층과 층 사이를 진공으로 하기

진공간에서는 음파전달이 되지 않기 때문에 소리전달이 안되지만 층간의 소음전달은 공기를 통하여 전달되는 것이 아니라 층간의 판울림이 소음을 만드는 것이다. 그러므로 진공으로 한다고 해도 소음은 거의 그대로이다.

또한, 받침구조가 있으면 그 받침대가 진동자가 되어서 위층바닥의 진동이 그대로 아래층의 천정에 전달되기 때문에 슬래브 전체가 받침 없이 들뜨게 하기 전에는 소용없는 것이다. 그러한 설계를 하는 것은 우선 기술상의 어려움이 있다. 첫째는 진공압력을 견디기 위해서는 강력한 재질이 필요하다. 그러한 재질은 철물구조나 강력한 탄소 소재라야 하는데 용도에 비하여 제작상의 비용이 경제적이지 않다. 또한 진공처리도 상당한 기술이 필요하며 그러한 시설은 특수하게 설계되어야 할 것이다. 용도에 비하여 제작상의 비용이 현실성이 없다는 뜻이다.

 

5) 쿠션이 있는 바닥재나 실내화

이 방안은 가격도 합리적일 뿐더러 안전사고 예방이라는 일석이조의 효과가 있다. 집안에서 일어나는 안전사고가 가장 많다는 통계가 있다. 쿠션과 실내화는 미끄럼 등을 방지하여 낙상사고를 예방할 수 있게 해준다.

단점으로는 먼지 등이 잘 끼고, 청소를 하는 데에 장애물이 된다는 점이 있다. 집먼지 진드기 등의 서식장소가 되기도 하여 비위생적일 수도 있다.

 

6) 층과 층 사이를 두껍게 설계하여 시공 (이중 슬래브 사이의 흡음재)

공사할 때부터 이러한 시공을 하면 파동전달을 저감시켜주며 하중을 견디는 힘이 커져 건물의 안정성을 높여준다. 그리고 특별한 기술이 필요하지 않아 바로 해도 된다.

그러나 공사비가 많이 든다는 단점이 있다. 즉 시공자 및 입주 매입자의 비용이 증가한다.

 

7) 소음방지 매트

층간소음 방지 매트를 깔면, 매트가 푹신하므로 충격을 흡수하는 시간이 매트가 없을 때보다 길므로 충격량은 같으나, 충격력은 작아진다. 바로 이것이 '소음 감소의 과학적 원리'이고, 그 결과로 층간 소음의 크기를 줄이는 것이다.

그러나 효과가 크지 않다. (소음 저감 효과 실험 결과: 경량충격음20%~50%, 중량충격음 0%~8%)

 

8) 흡음재(소리를 흡수하는 재료)

흡음재는 경제적이며 보편적이라 쉽게 구할 수 있다. 그리고 효과적이다.

허나 일부 흡음재는 내구성이 약해서 오래 있으면 삭아서 먼지가 된다. 그리고 종류 또한 다양해서 개인적으로 설치할 때 어느정도의 사전조사를 한 후 잘 선택해야 한다.

 

9) 세탁기 청소기 등의 진동기기를 제조하는 회사가 성능 대비 파동/진동 발생 저감되는 기기를 연구/개발/제조/판매

주된 소음을 줄여 아래층 위층은 물론, 자신이 사는 집에서도 소음이 저감되어 쾌적한 생활을 할 수 있다. 그러나 다른 소음은 차단하지 못하므로 근본적인 해결책은 될 수가 없다.

 

10) 에어로 콘크리트(냉장고 등에 사용되는 고성능 단열재인 폐발포폴리우레탄 및 스티로폼을 혼합한 폴리우레탄 폴과 혼화재, 시멘트, 물을 혼합하여 만든 것)

변색이 잘 되지 않고 불에 잘 타지 않으며, 향균성분이 있고 충격을 흡수하는 효과도 뛰어나다. 그간 사용하던 다공정의 시공방법을 단일공정으로 단순화했음에도 물리적 성능은 기존 공법보다 우수하다. 그리고 중량 충격음은 마감재와 상관없이 3등급을 충족할 정도로 차음효과가 우수하다. (슬래브의 두께를 늘리지 않고도 차음을 할 수 있다.) 현재 자동차시트, 쿠션, 흡음재 등으로 쓰이고 있으며 아직 만드는 과정이 불안정하여 상용화되지는 않았지만 여러 가지 단점들이 보안될 시 매우 좋은 해결책이 될 것으로 예상된다.

 

11) 벽식 구조(둥, 들보 등 골조를 넣지 않고 벽이나 마루로 구성한 건물구조)가 아닌 라멘식 구조(건물의 수직 힘을 지탱하는 기둥과 수평 힘을 지탱해 주는 보로 구성된 건축구조형태)

벽식 구조에 비해 라멘구조가 음과 하중의 전달이 덜 되므로 층간 소음을 줄이기 위해 라멘구조를 사용하는 것이 더 효율적이다.

단점은 바닥판 하부에는 슬래브를 지지하는 보가 있는데, 슬래브 두께를 제외하고 건물 한층 당 40cm정도 높아진다. 또한, 철근 콘크리트 구조는 무겁고 거푸집 비용이 많으며 재료의 재사용 또는 파괴가 곤란하다. 건물 내 최적 환경성능을 달성하기 위해 주로 기계적 실비에 의존해 실내환경 조절하는데 이는 설비투자의 증가는 막대한 에너지 소비 초래한다.

 

12) 메모리폼 매트(스폰지의 한 종류)

1960년대 NASA에서 개발한 것으로 밀도는 높지만 탄성이 낮아서 아무리 강한 충격도 95% 이상 흡수할 수 있다.

그러나 공기 순환이 원활하지 않아 땀이 잘 차며, 위생 또한 세균이나 집먼지 진드기 등이 쉽게 서식할 수 있는 환경요소를 제공한다. 수명도 1년에서 5년 정도밖에 되지 않는다.

 

13) 천연 라텍스

인체의 곡선에 따라 전체적으로 균형 잡힌 지지력을 제공하며 친환경적인 소재에 항 박테리아 기능이 있어서 집 먼지 진드기나 세균이 번식하지 못하여 아토피 피부염, 천식의 원인을 근본적으로 방지한다. 수백만 개의 에어셀 구조로 공기 유입이 자유로워 통풍성이 좋아 건강한 수면 환경을 조성한다.

100% 천연 라텍스는 천연 고무 유액인 원자재의 가격이 고가이기 때문에 대량 생산에 불리하고 비싸다는 단점이 있다. 합성 라텍스는 이를 보완한 제품으로 가장 일반적이지만, 원산지가 동남아라면 인조 라텍스인 경우가 많으니 구입을 삼가는 것이 좋다. 또 라텍스는 빛이나 공기, 물에 약하다.

+) 상대가 팜라텍스를 언급할 시 반박할 자료이다. 팜 위에 라텍스를3~5CM정도로는 인체의 체중을 골고루 분산시킬 수가 없으며 딱딱하기 때문에 휘거나 구부릴 수가 없어 이동시 불편하다. 부러지면 팜가루가 날려서 기관지나 천식환자 같은 분에게 예민하게 반응할 수 있으며 팜이 꺼지면 복원시키기가 힘들다. 팜은 여러 방법으로 만드는데 (단순 압착식, 트위스트공법 등)제조 공법에 따라 수명이 차이가 현격히 차이가 나는데 일반인은 절대로 확인할 수가 없다.

 

14) 에어캡

방음보다는 단열에 더 효과적으로 알려져 있다. 그리고 수명이 6~7개월로 짧고 바람이 빠지면 소용이 없다.

 

15) 나무섬유흡음재

나무섬유흡음재란 친환경적인 나무섬유와 시멘트를 고온고압으로 결합하여 만든 제품으로, 공기전달소음에 대한 방안이라 할 수 있다.

나무섬유흡음재는 뛰어난 흡음성과 불에 잘 타지 않는 난연성, 그리고 불이 잘 붙지도 않는 내연성을 가진 친환경 제품이다. 특히 내구성과 습기에 강해 시공 후 변형이 없으며 기준에 대입해보면 실용적, 친환경적, 효과적임을 알 수 있다.

 

 

 

 

9. 용어정리

-직접충격 소음: 범위에는 아이들이 뛰는 동작 등 벽, 바닥에 직접충격을 가해 발생하는 소음.

-공기전달 소음: 피아노 소리, 오디오 소리, 대화소리, TV 소리, 세탁기 돌리는 소리 등

-경량충격음: 작은 물건이 떨어지는 소리, 가구 끄는 소리 등 가볍고 딱딱한 소리. 충격력이 적고 지속시간이 짧다.

-중량충격음: 사람이 걷거나 뛸 때 저주파 진동에 의해 전달되는 소리. 충격력이 크고 지속시간이 길다.

-흡음재: 소리를 흡수할 목적으로 사용하는 건축재료

-차음재: 소리 에너지를 반사 또는 흡수함으로써 소리의 전달을 막는 재료

-계란판의 원리: 울퉁불퉁하고 흡음효과가 큰 마분지라서 계란판에 부딪히면 대부분의 소리는 흡수되고 일부는 난반사를 하게 되며 반사를 해도 소리가 다시 계란판에 부딪혀 다시 흡수가 된다.