바닥충격음은 재실자의 재실 comfort와 관련하여 이전부터 문제가 지속되어 온 이슈이다. 국내에서는 문제가 제시된 시점부터 지금까지 요구되는 바닥충격음 차단성능을 확보하기 위해 다양한 법제화가 이루어져 왔다. 문제는 과도기적 시점, 즉 성능기준이 적용되기 이전 시점에 준공승인이 된 공동주택(이하 노후 공동주택)의 경우 기포몰탈 및 마감몰탈 등의 습식구조로 이루어진 경우가 대다수로 추정되며 이에 따라 충격음 차단성능에 상대적으로 열악한 재실 환경을 지니고 있다. 이러한 노후 공동주택에 대한 충격음 성능의 데이터는 과거 측정방법의 어려움과 상대적으로 덜 이슈화된 연구 상황 때문에 매우 부족하며 따라서 실태조사와 더불어 성능 개선을 위한 수선방법과 재실자의 저감성능 체감과 관련한 연구가 필요한 실정이다.

이에 본 연구의 3장에서는 노후 공동주택의 바닥충격음 차단성능 분석이 진행되었다. 총 68,852 세대의 노후 공동주택을 대상으로 설계도면을 확보하여 바닥구성층 설계 현황을 분석하였다. 또한 노후 공동주택의 바닥충격음 차단성능 실태 분석을 위해 92개 세대에 대한 현장 측정을 진행하였다. 아울러 노후 공동주택의 바닥구성층 설계요소에 대한 총 수집 데이터(총 216건)를 확보하여 준공연도에 따른 슬래브 두께 분포 및 바닥충격음 성능, 세대 크기 및 슬래브 상/하부 구성층에 따른 바닥충격음 성능 영향을 분석하였다. 4장에서는 노후 공동주택의 바닥구조 성능에 대응할 수 있고 내부 공기층 조절과 공기층 내 흡/차음재 등의 추가 소음저감 설치가 용이한 천장구조 모듈을 제시하였으며 다양한 지지형태와 구조형식을 분류하고 구조적 안정성 및 경제성을 검토하였다. 또한 기존 및 개발 천장구조에 대해서 각각 나슬래브, 습식(기존)구조, 뜬바닥(개선)구조의 3가지 상부 바닥구조 조건에 따라 천장구조 설치에 따른 바닥충격음 차단성능 변화를 비교/분석하였다. 5장에서는 동일한 단일수치 평가량을 갖는 다양한 주파수 대역 특성 조건의 음원에 대하여 재실자의 충격음 레벨 변화 인지 여부와 어노이언스(Annoyance) 및 라우드니스(Loudness) 지표의 반응 변화를 주관적 청감실험을 통해 평가하였다. 또한 다양한 결정 주파수 대역 조건에서 각각의 저감 주파수 대역의 저감량과 개수 등에 따른 충격음 레벨 차이 인지 반응과 청감지표 변화를 분석하였다. 아울러 기존 평가방법 이외 다양하게 수정된 평가방법에 대한 인지율 및 성가심, 크기의 대응 정도를 비교하여 좀 더 대응성이 높은 평가방법을 비교/분석하였다.

각 장의 주요 연구 내용은 다음과 같다.

1) 노후 공동주택의 바닥구성층 조사 결과, 구조 슬래브 두께는 150 mm인 경우가 48%, 상부 구조는 기포콘크리트 60-70 mm에 마감몰탈 50-60mm인 구조가 70%, 천장구조는 30 mm 공기층을 갖는 목재반자틀에 9.5 mm 석고보드 마감이 적용된 구조가 주로 사용되었다. 노후 공동주택의 충격음 성능에 대한 현장 실태측정 결과, 중량충격음(뱅머신) 차단성능은 52 ~ 66 dB, 중량충격음(고무공충격원)의 경우 47 ~ 63 dB, 경량충격음(태핑머신)은 42 ~ 68 dB로 분포하였다. 건축요소에 따른 충격음 차단성능 경향 분석 결과, 중량충격음(뱅머신, 고무공충격원)의 경우 슬래브 두께 증가에 따라 바닥충격음 저감성능이 향상되었으며 단위세대 크기가 커질수록 중량충격음(뱅머신)에서 향상되었다. 또한 단열(완충)재 적용에 따라 뱅머신과 태핑머신에서 충격음 차단성능이 증가하였으며 기포콘크리트와 콩자갈의 경우 두께에 따른 유의한 경향은 발견되지 않았으나 적용에 따라 태핑머신에서 충격음 차단성능이 증가하였다.


2) 습식 바닥구조의 노후 공동주택 조건에 측벽지지형 평천장(채움재 적용)을 설치 시 기존천장 대비하여 뱅머신 5~6 dB, 고무공충격원 8 dB, 태핑머신 4~7 dB 바닥충격음 차단성능이 향상되었다. 해당 천장구조에 폴리에스터(PE) 50 mm를 적용한 경우 전체 주파수 대역에서 약 1~4 dB의 저감성능이 나타났으며 특히 125 Hz와 250 Hz에서 약 4 dB의 높은 저감성능이 나타났다. 상부 바닥구조 종류에 따라 개발 천장구조의 저감성능이 다르게 나타났다. 나슬래브 구조에서는 천장부착형 평천장이 높은 성능을 보였으며, 습식구조에서는 측벽지지형 평천장이, 뜬바닥 구조에서는 측벽지지형 노출우물천장이 뱅머신에서 가장 높은 저감량을 보였다. 노출우물천장의 경우 상부구조와 관계없이 125 Hz 대역에서 4 dB의 저감 성능이 나타났으며, 노출우물부에 PE(220K) 설치 유/무에 따라 500 Hz 대역에서 8 dB까지 충격음 레벨 차이를 보였다.

3) 결정주파수 대역 외에 주파수 대역에서 저감량이 증가될수록 피험자의 저감성능 개선에 대한 인지율이 높아졌으며, 결정주파수 대역 개수가 적을수록(1>2>3) 개선 인지율이 높게 나타났다. 특정 주파수 대역(500 Hz, 63 Hz)의 저감 시 저감 체감이 좀 더 큰 것으로 분석되었다. 또한 저감량이 증가될수록 어노이언스가 감소하였으며 인지율 분석 경향과 동일하게 63 Hz와 500 Hz 대역이 저감주파수 대역에 포함되어있는 경우 어노이언스가 상대적으로 낮았다. 사용된 음원 Case들은 모두 역A특성 가중바닥충격음레벨 단일수치 평가량 기준 기존주택 성능의 중앙값인 54 dB 이며 결과적으로 동일한 단일수치 평가량에서도 결정주파수 대역 이외의 주파수 대역의 변화에 따라서 재실자가 저감성능에 차이를 인지하였다.

본 연구에서 도출된 노후 공동주택의 바닥구성층 조건과 바닥충격음 차단성능 D/B, 그리고 다양한 상부 구조 조건에 따른 천장구조의 바닥충격음 저감성능 결과는 추후 노후 공동주택에서 리모델링이나 민원 대응 시 기초자료로 활용될 수 있을 것이라 판단된다. 또한 천장구조 예측 체계에 대한 연구가 진행되는 경우 본 연구의 결과 D/B를 활용한다면 좀 더 체계적인 예측방법을 마련할 수 있을 것이다. 한편 천장구조 및 내부 채움재에 따른 결과의 원인을 명확하게 판단하기 위해서는 진동특성과 소음확산 그리고 구조체에 의한 판진동 등을 복합적으로 동시에 고려 가능한 시뮬레이션 예측 프로세스가 구축되어야 하며 천장구조에 대한 예측 체계 정립이 필요할 것으로 판단된다. 또한 향후 다양한 주파수 대역 저감 특성에 대하여 재실자의 성가심 정도를 주관적 청감평가를 통해 파악하고 이를 변별할 수 있는 평가방법의 수정/보완이 필요하다고 판단된다. 아울러 다른 종류의 소규모 수선 방법인 바닥마감재의 경우 고무공충격원으로 가진 시 중고주파수 대역에서 저감이 일부 나타날 수 있기 때문에 거주자 체감이 있을 것으로 사료되며 관련 연구가 추후 진행된다면 천장구조와 함께 충격음 저감에 효율적인 방법이 될 것으로 판단된다.

Floor impact noise has been a problem that has been associated with the comfort of occupants. In Korea, various legislation has been made to secure the required floor impact noise insulation performance from the time the problem is presented. The problem is that the majority of apartments approved for completion during the transitional period (hereinafter referred to as aged apartments) are assumed to have wet structures, such as light weight concrete and finish mortar, and thus have relatively poor room conditions for noise insulation performance. The data of the impact noise performance of these aged apartments are very insufficient due to difficulties in measuring methods and relatively less controversial research situations, so it is necessary to investigate the actual conditions, repair methods for improving performance, and research.

Therefore, in Chapter 3 of this study, an analysis of the noise insulation performance of aged apartments was conducted. Design drawings were secured for a total of 68,852 generations of aged apartments to analyze the current status of floor-component designs. In addition, 92 generations of apartments were measured on site for the analysis of floor impact noise insulation performance. The total collected data on the design elements of the floor composition of aged apartments (total 216 cases) were obtained to analyze the distribution of slab thickness and floor impact noise performance according to the year of completion, generation size, and floor impact noise performance effects according to the upper/lower layers of the slab. Chapter 4 presents ceiling structure modules that can respond to the performance of floor structures in aged apartments and that are easy to adjust the internal air layer and install additional noise reduction, such as absorption and noise insulation in the air layer, classifying various support types and structural types, and reviewing structural stability and economic feasibility. Also, changes in the insulation performance of floor impact noise were compared and analyzed according to the three upper floor structure conditions of bare slab, wet (previous) structure and floating (improvement) structure for existing and development ceiling structures, respectively. Chapter 5 evaluated the perceived change in the level of impact noise of the change in response of annoyance and loudness indicators for noise sources with different frequency band characteristic conditions with the same single-number quantity through subjective hearing experiments. In addition, cognitive responses and changes in auditory indicators of the difference in the level of impact noise are analyzed according to the reduction and number of each reduced frequency band under various determined frequency band conditions. In addition, more responsive evaluation methods were compared/ analyzed by comparing the perceived rate, annoyance, and size response to various modified assessment methods other than the existing evaluation methods.

The main contents of each chapter are as follows.

1) As a result of surveying the floor composition of aged MDU, 48% of the structural slab thickness is 150 mm, 70% of the upper structure is foamed concrete 60-70 mm, the finishing mortar is 50-60mm, the ceiling structure is 30 mm mainly used structure with 9.5mm gypsum board finish on wood frame with air layer. As a result of on-site measurement of the floor impact noise insulation performance of aged apartments, the heavyweight impact noise(bang machine) insulation performance is 52 ~ 66 dB, the heavyweight impact noise (rubber ball) 47 ~ 63 dB, the lightweight impact noise(tapping machine) is 42 ~ 68 dB. As a result of trend analysis of impact noise insulation performance according to building elements, the insulation performance of heavyweight impact noise(bang machine, rubber ball) was improved by increasing the slab thickness. In addition, the impact noise insulation performance was increased in the banging machine and the tapping machine according to the application of the insulation (buffer) material, and there was no significant tendency according to the thickness of foam concrete and soybean gravel, but the impact noise insulation performance was increased in the tapping machine.

2) When installing sidewall supporting flat ceiling (filling material) in the condition of aged apartments with wet floor structure, floor impact noise insulation performance of bang machine was improved at 5 ~ 6 dB, rubber ball 8 dB, tapping machine 4 ~ 7 dB. The application of 50 mm of polyester (PE) to the ceiling structure showed a reduction of about 1 to 4 dB over the entire frequency band, especially about 4 dB at 125 Hz and 250 Hz. The reduction performance of the developed ceiling structure was different according to the type of upper floor structure. In the slab structure, the ceiling-mounted flat ceiling showed the highest performance. In the wet structure, the sidewall-supported flat ceiling showed the highest reduction in the bang machine. In the case of the exposed well ceiling, 4 dB of reduction performance was shown in the 125 Hz band irrespective of the superstructure.

3) In addition to the decision frequency band, the recognition rate for improvement of the reduction performance of the subject increased as the reduction amount increased in the frequency band, and the improvement recognition rate was higher as the number of determination frequency bands decreased (1> 2> 3). When the reduction of specific frequency bands (500 Hz, 63 Hz), the reduction experience was analyzed to be larger. In addition, as the reduction amount increased, the affinity decreased, and the same was found when the 63 Hz and 500 Hz bands were included in the reduced frequency band, similar to the recognition rate analysis trend. The noise source cases used were all inverse A characteristic heavyweight floor impact sound insulation performance, 54 dB, which is the median of aged apartments performance based on single number quantity.

The floor layer design and floor impact sound insulation performance D/B obtained in this study are based on the conditions of the constituent layers of the floor and the floor impact noise reduction performance of the ceiling structure according to various superstructure conditions. It is judged that it can be used as basic data for remodeling and complaint handling in apartments. In addition, if research on a ceiling structure prediction system is being conducted, a more systematic prediction method can be prepared by using D/B as a result of this research. On the other hand, a simulation prediction process that can simultaneously consider vibration characteristics, noise diffusion, and plate vibration due to the structure needs to be built in order to clearly determine the cause of the ceiling structure and the result of the internal materials. And based on this, it is determined that it is necessary to establish research a ceiling structure prediction system. In the future, it is determined that it is necessary to understand/reduce the inconvenience of occupants about the reduction characteristics of various frequency bands through subjective auditory evaluation, and to modify/supplement the evaluation method capable of discriminating this. In addition, in the case of floor finishing materials, which are other types of small-scale repair methods, when the rubber ball is used as a impact source, the reduction is partially displayed in the used frequency band. It will be an effective way to reduce impact noise when combined with ceiling structures.