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1. 서론

 산업이 발달하고 사람들의 소득 수준이 향상됨에 따라 차량의 보유 및 이용량이 급증하고 있으며 이에 따라 도로에서 발생하는 교통소음이 정온한 주거환경을 해치는 중요한 인자로 대두되고 있다. 또한 도로교통 소음은 끊임없는 통행량으로 그 인지도가 높아 도로변에 거주하는 주민들로부터 많은 불만족 지적률을 낳고 있다. 따라서 2009.5.4부터 시행되는 「주택건설 기준 등에 관한 기준」에 의하면 공동주택 건립시 설계단계에서부터 교통소음에 대한 영향평가를 실시하여 규제기준치를 초과하면 방음벽 설치나 기타 방음 대책 등에 대한 적극적인 검토 및 보완을 요구하고 있다. 이를 위해서는 현상태에서 도로교통 소음레벨의 측정값과 교통영향 평가자료 등을 토대로 면밀한 검토가 필요하나 국내에서는 도로교통소음에 대한 예측은 간단한 교통량만을 토대로 시뮬레이션을 통해 소음도를 예측하기 때문에 입주후 소음레벨이 너무 높아 주민들로부터 많은 민원이 제기되고 있다. 따라서 도로교통소음 예측을 위한 시뮬레이션 방법에 대한 정확한 절차 및 기법 등이 필요하나 지금까지 이에 대한 연구 및 논문이 매우 부족한 상태이다. 또한 도로교통소음에 대한 예측시 대부분 교통영향 평가자료만을 토대로 실외소음도를 예측하게 되는데 이럴 경우 청감보정 음압레벨(dB(A))만 파악되고 주파수별 음압레벨은 산출할 수 없게 된다. 따라서 실내소음도 예측시 음향감쇠계수, 실내흡음력등은 모두 주파수별로 계산해 보정해야 하는데 예측된 실외소음도인 dB(A)를 가지고는 신뢰성 있는 실내소음도를 계산할 수 없게 된다. 이러한 관점에서 본 연구는 2차선 도로 및 25m 도로와 인접해 교통소음으로 인한 피해가 예상되는 택지개발 지역에서 사업계획 승인단계에 있는 공동주택 신축현장을 대상으로 실내·외 소음도를 예측해 보고자 하였다. 이를 위해 택지개발 부지내에서 도로교통소음을 측정하여 그 특성을 파악한 후 교통영향평가 자료와 설계도면 및 현장 측정자료를 토대로 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 실외소음도를 예측 하였으며 이를 토대로 실내소음도를 예측해 보았다. 이러한 자료는 향후 공동주택 건립과 입주후 교통소음 영향평가 및 방음대책 수립시 중요한 자료를 제공할 것으로 사료된다.

2. 개요 및 소음의 규제기준 검토

2.1 연구대상 건설 현장 및 주변 도로의 개요

 Fig. 1.은 연구대상 공동주택 부지 및 주변 도로의 현황을 나타낸 것이다.

Fig. 1. Location map of apartment house and actual condition of the adjacent road.

 Fig 1.의 공동주택 부지 위치도 및 주변 도로 현황을 보면 연구대상 공동주택은 2차선 도로 및 25m 도로와 인접해 있어 교통소음으로 인한 피해가 예상되는 지역이다. 따라서 본 연구에서는 실제 교통량을 토대로 부지내 3개 지점에서 교통소음을 측정하여 파악하였으며 대상 공동주택의 실내·외 소음도를 시뮬레이션 프로그램과 예측식을 통해 예측해 보았다. Fig 2.는 도로변의 위치에 따른 공동주택의 배치도와 도로교통소음 측정지점이다.

Fig. 2. Building site and measure point of road traffic noise.

2.2 도로교통소음의 규제기준 검토

 소음환경기준은 소음으로 인한 환경상의 영향에 대하여 쾌적한 생활환경보전과 인간의 건강을 보호하기 위하여 유지되어야 할 기준이다. 연구대상 공동주택은 『환경정책기본법』의 「소음환경기준」에서“도로변 지역”에 해당하며 국토의 계획 및 이용에 관한 법률 시행령 제30조의 규정에 의한 주거지역 중 3종 일반주거지역에 해당한다. 따라서 “나”지역에 해당하여 주간에는 65dB(A), 야간은 55dB(A)의 규제기준에 적용을 받는다. 또한 이러한 공동주택의 경우 『주택건설기준 등에 관한 규정』제9조에서 실외소음도는 65dB(A), 실내소음도는 45dB(A)로 규제하고 있다.

3. 도로교통소음의 측정 및 예측

3.1 도로교통소음 측정방법

연구대상 공동주택 주변 도로의 도로교통소음을 측정하기 위해서 부지경계선 상에 있는 3개 지점을 Fig 2.와 같이 지정하였다. 측정 지점의 도로교통소음을 측정, 평가하기 위하여 소음진동규제법에서 정한 도로교통소음 측정방법과 ISO(International Standardization Organization)/R 1996에 준하여 측정을 실시하였으며, 하루중 시간대역별 구분은 비교적 교통량의 변동요인이 일정하다고 판단되는 요일(평일)을 대상으로 국내 환경정책기준법에 명시되어 있는 시간대인 주간(06:00∼22:00)과 야간(22:00∼06:00)으로 나누어 측정을 하였다. 측정시간은 Table 1.과 같이 주·야간으로 나누어 실시하였다. 주간은 2009년 7월 10일(금요일)에 측정하였고, 야간은 2009년 7월 9일(목요일)∼7월 10일 측정하였다.

Table 1. Measurement time.

측정시 소음계의 마이크로폰의 위치는 삼각대를 이용하여 지면으로부터 1.2m의 높이에 고정하여 설치하였고, 반사음의 영향을 최소화하기 위해 측정자 및 주위 물체와 최소한 1.5m의 이격거리를 유지하였다. 소음계의 사용시 동특성은 “Fast”에 고정시켰으며, 청감보정회로는 “A특성”을 이용하였다. 국도와 인접한 측정지점 ①은 실시간주파수분석기(Realtime Frequency Analyzer)인 01dB사의 Symphonie를 이용하여 측정하였다. 또한 측정지점 ②, ③은 소음계로 들어온 신호를 DAT로 녹음 한 뒤 Symphonie를 이용하여 분석하였다. 또한 각 측정지점에서 교통소음 측정 시 상행과 하행의 5분간 통과 교통량을 정리해 보면 Table 2.와 같다.

Table 2. Traffic volume.

3.2 도로교통소음의 분석

3.2.1 도로교통소음의 시간파형

 연구대상 공동주택의 부지경계선 3곳에서 5분간 측정한 도로교통소음의 시간파형은 Fig 3, Fig 4.와 같다.

Fig. 3. Waveform of road traffic noise measured in each point(day).

Fig. 4. Waveform of road traffic noise measured in each point(night).

 Fig. 4.에서 ②번 지점의 2차 측정결과 및 ③번 지점의 1차, 2차 측정결과를 보면 공동주택 부지내에 물이 고인 웅덩이에서 개구리들이 계속 울어 차가 통과할 때 발생하는 패턴과는 조금 다른 특징을 보이고 있다.

3.2.2 도로교통소음의 측정결과

연구대상 공동주택의 부지경계선 3개 지점에서 5분간 도로교통소음을 측정한 주파수별 특성은 Fig 5, Fig. 6.과 같다.

Fig. 5. Characteristics of frequency of road traffic noise measured in each point(day).

Fig. 6. Characteristics of frequency of road traffic noise measured in each point(night).

 Fig. 5,6.을 토대로 한 도로교통소음의 측정결과는 Table 3.와 같다.

Table 3. Results of measurement (L_eqdB(A)).

 Table 3.에서 보면 측정한 3개 지점 모두 환경정책기본법의 규제기준인 주간 65dB(A), 야간 55dB(A)에 만족하고 있음을 알 수 있다.

3.3 공동주택의 실외 및 실내소음도 예측

3.3.1 실외소음도 예측

 실외소음도를 예측하기 위해 사용된 시뮬레이션 프로그램인 Cadna-A (Computer Aided Noise Abatement)는 환경 소음의 계산, 평가와 예측 그리고 프리젠테이션을 가능케 하는 소프트웨어로 도시 전체 또는 도심 지역에 관련된 각종 소음에 대한 시뮬레이션을 가능하게 해주는 프로그램이다. 본 연구에서는 AutoCAD로 작성된 공동주택 주변의 지적도를 토대로 도로의 경사도, 도로의 폭 및 차선수, 노면상태, 건물의 높이, 각종 재료에 대한 조건, 지형조건 등을 입력하여 Fig 7.(a)와 같이 공동주택의 주변 환경요소를 완벽하게 구성하였다. 이를 Fig 7.(b)와 같이 Cadna-A프로그램에 Import한 후 ISO 9613의 기준에 따라 시뮬레이션을 실시하였으며, 방음벽은 absorbing barrier, Ground absorption는 1로 설정, 교통량, 차량종류, 차량속도 등은 Table 4.의 택지개발사업 교통영향평가에 따라 입력하였다.

Fig. 7. Process of Cadna-A modelling.

Table 4. Prediction of traffic volume

 Fig. 8.은 Cadna-A를 이용하여 최종 완성된 시뮬레이션 모델링을 나타낸 것이며 이러한 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 파악된 실외소음의 전파 형상은 Fig 9.와 같다.

Fig. 8. Final result of modelling.

Fig. 9. The shape of the noise propagation.

 Fig. 10.은 공동주택 전체의 실외소음레벨 분포를 나타낸 것이다.

Fig. 10. Distribution of outdoor noise level.

 Fig. 10.의 공동주택 전체의 실외 소음레벨 분포를 파악해 본 결과 101동 지점에서 가장 높은 실외소음도를 나타낸 것을 알 수 있으며 Fig. 11.은 101동의 실외 소음레벨 분포를 나타낸 것이다.

Fig. 11. Distribution of outdoor noise level of block 101.

 Fig. 11.에서 보면 층별로 실외소음도가 크게 차이가 발생하지 않음을 알 수 있다. 이러한 이유는 본 연구대상 공동주택이 Fig. 9(a).와 같이 도로가 공동주택 부지 보다 높기 때문에 지면에서 발생하는 소음에 비해 층별로 차이는 크게 나지 않으나 저층부 보다는 중간층이 높게 나타나고 고층부에서 감쇠하고 있으므로 도로교통소음으로 인한 일반적인 공동주택의 층별 실외소음도의 분포 특성은 보이고 있다.

3.3.2 실내소음도 예측 방법

 본 연구에서는 전체동 중 실외소음레벨이 가장 높은 101동을 대상으로 실내소음도를 예측하고자 하였다. 따라서 실내소음도를 예측하기 위해서 국토교통부 고시 제 2009-655호 [별표 1]에 고시되어 있는 다음과 같은 예측방법으로 연구를 진행하였다. ① 실외소음도의 결정 → ② 창호의 음향감쇠계수 값 결정 → ③ 실외소음도와 창호의 음향감쇠계수 값과의 차이 산출 → ④실내흡음력을 제③항의 결과에 보정 → ⑤ 제④항의 결과를 합성하여 실내소음도 산출.

 따라서 먼저 창호의 음향감쇠계수 값을 결정하기 위해서는 101동의 창호가 16mm Pair Glass이므로 투과손실(음향감쇠계수)은 Table 5.와 같다.

Table 5. Transmission loss of pair glass(16mm).

 실내소음도 예측시 가장 큰 변수는 Table 5.와 같은 창호의 음향감쇠계수 값이다. 따라서 공동주택 설계단계에서 단열기준에 적합하면서 방음에 유리한 창호의 종류 및 제원을 설계도면에 명확히 제시할 필요가 있다. 이러한 설계도면을 토대로 시뮬레이션을 실시해야 하므로 이러한 값들이 제시되지 않으면 시뮬레이션 프로그램을 이용한 실내소음도 예측은 신뢰성을 갖기 어렵다. 또한 실내흡음력 보정을 위해 다음과 같은 보정식을 사용하였다.

 여기서, A:흡음력(㎡)(A=0.16V/T)
           V:공간의 체적(㎥)
           T:잔향시간(s)
           S:창호를 포함한 외벽의 면적(㎡)

 거실의 체적 및 외벽의 면적을 파악하기 위한 대상 공동주택의 평면도는 Fig. 12.와 같다.

Fig. 12. Floor plan of block 101.

 Fig. 12.를 토대로 실내 흡음력 보정을 위한 계산식을 Table 6.의 과정을 통해 실내흡음력 보정값을 계산하면 Table 7.과 같다.

Table 6. Calculation for correction of indoor sound-absorbing power.

Table 7. Correction value of indoor soundabsorbing power in block 101.

 위 결과를 토대로 101동의 5층과 15층을 계산해 보면 Table 8.과 같다.

Table 8. Calculation of indoor noise level.

 Table 8.에서 실외 소음도의 주파수별 음압레벨은 현재 음압레벨이 가장 높고 향후 교통량이 가장 많을 것으로 예상되는 Fig. 5의 ③번 지점에서 측정된 주파수별 음압레벨을 토대로 시뮬레이션 상의 예측 음압레벨 차를 가감하여 산출하였다. 일반적으로 도로교통소음에 대한 시뮬레이션 프로그램은 교통영향평가 자료에서 구한 통행량, 차속, 차량종류 등의 조건을 입력하여 예측하는데 이러한 조건을 입력할 경우 청감보정 음압레벨(dB(A))만 산출되므로 공동주택의 실외 소음도를 주파수별로 계산할 수 없다는 문제점이 발생하게 된다. 만약 주파수별 음압레벨이 산출되지 않으면 음향감쇠계수와 실내흡음력등을 보정할 수 없으므로 실내소음도를 예측할 수 없게 된다. 따라서 본 연구와 같이 기존에 연구대상 공동주택의 부지 경계선에서 실측된 자료를 토대로 주파수별로 일정한 값을 보정하여 예측된 청감보정 음압레벨에 맞추면 이러한 문제를 해결할 수 있을 것으로 사료된다. 이렇게 실외소음도를 주파수별로 파악한 후 Table 8.과 같은 과정을 통해 예측된 101동 1층, 5층, 10층, 17층의 각 호수별 실내·외 소음도는 Fig. 13.과 같다.

Fig. 13.Indoor and outdoor noise level of block 101.

 101동에서 시뮬레이션에 의한 예측결과 최고 실외소음레벨은 61dB(A), 실내소음레벨은 41dB(A)로 나타나, 실외소음 65dB(A), 실내소음 45dB(A)인 규제기준을 만족하고 있음을 알 수 있다.

4. 결 론

 본 연구는 2차선 도로 및 25m 도로와 인접해 교통소음으로 인한 피해가 예상되는 공동주택 신축현장을 대상으로 부지내에서 도로교통소음을 측정한 후 교통영향 평가 자료와 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 실외소음도를 예측하였다. 이렇게 예측된 실외소음도를 바탕으로 실내소음도 예측방법을 통해 실내소음도를 예측하였으며 그 결과는 다음과 같다.

 1. 도로교통소음에 의한 실내·외 소음도의 예측시 가장 큰 변수는 교통영향평가에서 제시하는 교통량 자료이다. 따라서 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 정확한 실내·외 소음도를 예측하기 위해서는 현재의 교통량과 공동주택 건립후 발생하는 교통량에 대한 정확한 영향평가 자료의 확보가 필수적이라고 할 수 있다.

 2. 일반적으로 시뮬레이션 프로그램은 교통영향 평가 자료의 차량 통행량을 조건으로 입력하였을 경우 실외소음도는 청감보정 음압레벨(dB(A))만 예측할 수 있지만 주파수별 음압레벨은 산출할 수 없다. 따라서 실외소음도가 주파수별로 산출되지 않으면 음향감쇠계수 및 실내흡음력등을 보정할 수 없으므로 실내소음도도 예측할 수 없게 된다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위해서는 본 연구와 같이 공동주택의 부지 경계선에서 실측된 자료를 토대로 주파수별로 일정한 값을 동일하게 보정한 후 이를 시뮬레이션 프로그램에서 예측된 청감보정 음압레벨과 일치시키면 이러한 문제를 해결 할 수 있을 것으로 판단된다.

 3. 실내소음도 예측시 가장 큰 변수는 창호의 음향감쇠계수 값이다. 따라서 공동주택 설계단계에서 단열기준에 적합하면서 방음에 유리한 창호의 종류 및 제원을 설계도면에 명확히 제시할 필요가 있다. 이러한 설계도면을 토대로 시뮬레이션을 실시해야 하므로 이러한 값들이 제시되지 않으면 시뮬레이션 프로그램을 이용한 실내소음도 예측은 신뢰성을 갖기 어렵다고 판단된다.

 4. 본 연구대상 공동주택의 경우 시뮬레이션 프로그램으로 예측된 각 동별, 각 층별, 각 호수별 실외 소음도를 파악한 결과 모든 지점에서 65dB(A)이하로 나타났으며 예측된 실외 소음도를 토대로 실내 소음도를 예측해 보면 모든 지점에서 45dB(A)이하로 나타났다. 따라서 국토교통부고시 제2009-655호에 명시된 방법에 의한 실내·외 소음도 시뮬레이션 결과는 만족할만한 수준임을 알 수 있다. 그러나 이러한 기준을 초과할 경우 주동의 배치, 주동의 형태, 도로와의 이격거리, 방음벽, 방음둑, 수림대 조성 등 다양한 방법으로 설계초기 단계에서 도로교통소음에 대한 영향을 최소화 시킬 수 있는 방법에 대한 검토가 필요할 것으로 사료된다.

감사의 글

 본 연구는 2013학년도 원광대학교 교비지원에 의해 수행됨.