서울特別市 保健環境硏究院報 第40號	(2004)

Report of S.I.H.E., 40:362~369	(2004)

방음벽 설치에 따른 주파수 특성 변화와 방음효과에 관한 연구

소음진동팀

김영두․김장열․이상수․서광석․엄석원․김민영․김명희

A Study on the Frequency Characteristic

and Soundproof Effect by Noise Barrier

Noise ＆ Vibration Team

Young-doo Kim, Jang-leoul Kim, Sang-soo Lee, Kwang-suk Seo,

Seok-won Eom, Min-young Kim and Myung-hee Kim

Abstract

Seven places by the roadside in Seoul Metropolitan area were selected to observe if their soundproof walls work effectively by it's the installation. The road traffic noise and frequency band were measured. The road traffic noise ranged from 74.5 dB(A) to 79.7 dB(A), which was over the noise level of the road traffic noise standard throughout all the monitoring places. The soundproof effect was the best at the sound absorption wall covered with ivy and around the noise-reducer device installed at the upper end of wall, and the worst at the transparency reflection type wall. The high frequency band was the most effective to reduce sound level at the every wall, while at the wall(K-2) with the noise-reducer device the low frequency band had a good effect. Noise level was measured at the high-rise apartments around the soundproof wall. There were soundproof effects at the first and third floor, but less effectiveness were observed higher than the fifth floor.

Key words : soundproof effect, noise-reducer device, frequency band

서  론

우리나라의 교통소음의 양상은 차량증가에 따른 도로망의 확장과 도시건설 공사로 인한 소음피해지역이 날로 확대되어 도시 교외는 물론 농어촌지역까지 확산되고 있으며(1-3), 대도시 대부분이 소음환경기준을 초과하고 있는 실정이다. 교통소음을 저감하는 방법에는 발생원 대책, 도로구조에 의한 대책, 도로변의 대책 등 여러 가지가 있으나 이러한 교통소음을 효과적으로 저감(4-5)하기 위해서는 도로에서의 전파특성을 예측하고 발생 소음원의 특성에 맞는 방음벽이나 방음시설 등을 적절하게 사용하여야 한다. 이 중에서 방음벽에 의한 소음대책은 주민들에게 직접적인 소음저감 효과를 얻을 수 있는 가장 적극적인 대책으로 가장 널리 활용되고 있으며 국내에서도 방음벽에 대한 체계적이고 종합적인 연구가 시도되고 있다. 기존의 방음벽들이 주는 부정적인 느낌을 최소화할 수 있도록 주변 환경과의 조화, 도시미관을 고려한 내구성, 구조 안전성, 유지성 등을 고려한 효과적인 방음성능을 가진 환경친화적인 방음벽을 개발하는 것이 시급한 실정이다.

따라서 본 연구는 수도권지역에 설치한 방음벽의 성능평가를 위하여 방음벽 종류에 따른 방음효과와 주파수 대역별 소음저감효과를 비교․분석하였으며, 또한 고층아파트의 층별 소음도 측정을 통하여 정온을 요하는 지역에서의 교통소음에 대한 효과적인 소음저감 대책을 수립하는데 기초 자료로 활용하고자 한다.

조사내용 및 방법

1. 조사대상

서울, 성남, 용인 등 수도권 지역에서 교통량이 많은 왕복 6차선 이상의 도로변을 대상으로 도로교통소음의 특성과 방음벽 설치에 따른 소음저감 효과를 파악하고자 방음벽이 설치되어 있는 지점을 선정하여 소음도와 주파수 분석을 동시에 실시하였다. 방음벽 전․후의 차음특성을 평가하기 위한 대상 방음벽은 반사형 1개소, 흡음형 2개소, 반사형과 흡음형이 결합된 혼합형 3개소이며 일부 지점의 방음벽(K-2, K-4)은 방음효과를 보강하고자 소음감소기를 방음벽 상단에 설치하였다. 또한 방음벽의 설치에 따른 소음저감효과를 분석하기 위하여 고층아파트(K-7)을 선정하여 층별 소음도와 모든 측정지점에서의 주파수 대역별 소음도를 측정하였다. 측정 지점별 도로유형 및 방음벽의 특성은 표 1과 같다.

2. 측정방법

소음측정에 사용된 장비는 표 2와 같으며, 주파수 분석이 가능한 소음측정기 NA-27(RION, JAPAN)와 소음기록기 CP-01(RION, JAPAN)을 이용하여 도로교통 소음도와 주파수 특성을 분석하였다. 도로변에 설치된 방음벽의 실제 방음효과를 알아보기 위하여 방음벽 전․후지점에서 5분간의 등가소음도와 1/1 Octave Band의 주파수 분석을 동시에 실시하였다. 또한 도로변에 위치한 공동주택의 층별 소음도를 파악하기 위하여 층별로 창문으로부터 50 ㎝ 이격한 위치에서 5분간의 등가소음도(Leq, 5 min)를 측정하였다.

소음측정은소음․진동공정시험방법(6)에 따라 실시하였으며, 소음측정시 소음계는 삼각대에 장착하여 지면으로부터 1.2～1.5 m 높이가 되도록 고정시킨 후 실시하였고, 소음을 측정할 때 바람으로 인한 영향을 방지하기 위하여 방풍망을 소음측정기의 마이크로폰에 부착하여 측정하였다. 이때 소음측정기의 동특성과 청감보정회로는 F (fast)와 A로 하여 등가소음도(Leq) 및 주파수 대역별 소음도를 측정하였다.

결과 및 고찰

1. 도로교통소음의 특성

방음벽이 설치되어 있는 도로변 지역의 6개 지점을 선정하여 방음벽 앞 약 2 m지점과 뒤 약 5 m 지점에서

Table 1. Measuring sites for road traffic noise and frequency analysis

Site	Road type	Characteristics of soundproof wall			Remark
		Type	Material	Structure
K-1 Jukjeon LG	round trip six lane	absorption	sound absorbing material	concret foundation 1 m aluminum absorbing plate 4 m ivy one woods band	angular line
K-2 Jukjeon posco	round trip eight lane	reflection-absorption	sound absorbing material timber transparent PC	soundproof bank 1 m concret foundation 0.6 m timber absorbing plate 2 m transparent PC 2 m noise reducer 0.5 m	noise reducer distance between road and soundproof wall 8 m
K-3 Bundang_ migeum st.	round trip eight lane	reflection	transparent PC	concret foundation 0.5 m transparent PC 4.5 m	straight line
K-4 Bundang_ imaedong	round trip eight lane	absorption	sound absorbing material(pebble) woods band	soundproof bank 1.5 m timber absorbing plate 4.2 m noise reducer 0.5 m	noise reducer
K-5 Nambu_ sunhwanno	round trip eight lane	reflection-absorption	aluminum plate transparent PC	concret foundation 2.6 m aluminum absorbing plate 2 m transparent PC 4 2 m	angular line
K-6 Suji	round trip eight lane	reflection-absorption	timber transparent PC	concret foundation 1 m timber absorbing plate 4 m transparent PC 1.5 m	angular line
K-7 Dongbu_ expressway	round trip four lane	absorption	aluminum plate	concret foundation 1 m aluminum absorbing plate 3.5 m	angular line
PC : Polycarbonate

동시에 측정한 도로교통소음도를 그림 1에 나타냈다. 도로변에서의 평균 도로소음도는 74.5～79.7 dB(A)의 범위로 나타나 그 지역의 교통량, 대형차 혼입률, 도로상태 및 차량속도 등에 따라 차이가 있는 것으로 판단되었으며, 전 지점에서 도로교통소음 한도기준인 주간 68 dB(A)을 모두 초과하였다. 측정지점별 도로변에서의 평균 도로소음도는 K-1지점에서 75.2 dB(A), K-2지점 74.5 dB(A), K-3지점 79.7 dB(A), K-4지점 78.9 dB(A), K-5지점 76.9 dB(A), K-6지점은 77.4 dB (A)로 나타났다. 특히 K-3지점 앞 도로변 소음이 가장 높게 나타났는데, 이 지역은 교통량이 많고, 규정속도 90 km/h로 인한 차량속도의 증가 및 대

형 트럭의 혼입률이 매우 높아 다른 지역에 비해 도로소음이 큰 것으로 판단되었다. 차량의 속도가 증가하면 소음도도 증가하는데 일반적으로 차량속도가 매 10 km/h 증가할 때마다 소음레벨은 평균 2.3 dB(A) 증가하며, 소형차의 경우는 2.8 dB (A), 중형차는 2.1 dB(A), 대형차량의 경우는 1.9 dB (A)이 증가하는 것으로 알려져 있다(7-8). 반면 K-2지점은 교통량이 적고, 부근에 교차로가 위치해 있어 잦은 교통신호 정차로 인하여 다른 지역에 비해 상대적으로 교통소음도가 낮게 측정된 것으로 사료된다.

일반적으로 도로교통소음(9)은 자동차의 통행에 의해 발생되고, 그 발생음은 엔진음, 타이어의 마찰음, 배기가스의 배기음, 바람과의 마찰음 및 차체의 진동에 의한 고체음 등이 있으나, 자동차의 속도가 70 km/h 이상이 될 때의 주 소음은 타이어의 마찰음이다.

Table 2. The analysis instrument

Analysis instrument	Model
Sound Level Meter Frequency analyzer	NA-27	Rion, Japan
Printer	CP-01
Wind Screen	WS-02
Tripod	ST-80

이러한 마찰음은 통행량, 대형차 혼입율, 적재하중, 주행속도, 도로변 포장상태, 도로형태(경사) 등에 의해 발생음의 세기 및 특성이 결정된다. 도로교통소음은 소음원인 자동차가 발생하는 소음이 차량마다 다르고 시간적으로 불규칙하게 대폭 변동하는 특성을 가지고 있다.

Fig. 1. Road traffic noise level of measuring sites.

2. 방음벽에 의한 소음감소 효과

대부분의 방음벽은 방음벽 자체를 투과하여 진행하는 소음보다 회절현상에 의해 전달되는 소리에너지가 더 큰 부분을 차지하게 된다. 어떤 물체 주위에서의 음의 회절은 파장이 그 물체의 크기보다 큰 경우에 저주파음에서 원활하게 된다. 즉 반사가 잘 안되는 저주파음은 회절에 의해서 방해물의 뒷쪽으로 진행하며, 반면에 반사가 잘되는 고주파음은 적은 양만이 회절될 뿐 대부분 방해물의 앞면에서 반사되므로 방해물 뒤쪽으로 전달되는 양이 작다. 따라서 일반적으로 방음벽은 고주파 소음차단에는 효과적이지만 저주파 소음에 대해서는 큰 효과를 기대할 수 없는 것으로 알려져 있다(10).

지점별 방음벽의 소음저감 효과를 분석하기 위하여 6개 지점을 대상으로 방음벽 앞 2 m지점과 방음벽 뒤 5 m지점에서의 소음측정 결과는 그림 2와 같다. K-1, K-2, K-4지점에서의 소음저감은 각각 18.5 dB(A), 18.4 dB(A), 17.3 dB(A)로 소음저감 효과가 양호한 것으로 나타난 반면, K-3, K-5, K-6지점에서는 각각 14.1 dB(A), 14.2 dB (A), 14.5 dB(A)로 방음벽에 의한 소음저감 효과가 다소 떨어진 것으로 나타났다. 도로변의 소음도와 달리 방음벽 뒤에서의 소음도는 56.1～ 65.6 dB(A)로 측정되어 주거지역에서의 도로교통소음 주간 한도기준인 68 dB(A) 이내로 나타났으나, 반사형 방음벽이 설치된 K-3지점에서는 65.6 dB(A)를 나타내 방음벽 설치기준이 되는 주택건설 기준 등에 관한 규정에서 요구하는 65 dB(A) 미만의 기준을 다소 초과하였다.

Fig. 2. Comparison of noise level at the front and rear of noise barrier by sampling point.

방음벽의 설치기준이 되는 주택건설 기준 등에 관한 규정은 소음 등으로부터의 보호에 공동주택을 건설하는 지점의 소음도가 건설교통부 장관이 환경부장관과 협의하여 고시하는 소음측정기준에 의하여 65 dB(A) 이상인 경우에는 공동주택을 철도, 고속도로, 자동차전용도로, 폭 20 m 이상인 일반도로 기타 소음발생시설로부터 수평거리 50 m 이상 떨어진 곳에 배치하거나 방음벽, 수림대 등의 방음시설을 설치하여 당해 공동주택의 건설 지점의 소음도가 65 dB(A) 미만이 되도록 하여야 한다 라고 규정하고 있다. 기존의 방음벽들은 소음을 효과적으로 차단할 수 없을 뿐만 아니라 도시민의 시야를 가리고 통풍을 방해하며 일조권을 침해하는 등의 여러 가지 문제점을 야기시켜 이에 대한 적절한 보완대책이 필요한 것으로 생각된다.

방음벽 종류별 방음효과를 살펴보면 알루미늄흡음판에 담쟁이 넝쿨을 식재한 후 방음벽 뒤쪽에 폭 5 m의 수림대를 조성한 K-1지점에서 18.5 dB(A)로 가장 방음효과가 양호한 것으로 나타났으며, 이는 담쟁이 넝쿨이 도로변 방향의 흡음형 방음벽을 완전히 뒤덮은 상태이며 이로 인해 나무 잎이나 줄기에 의한 음의 산란과 난반사의 영향에 의한 것으로 판단되었다.

K-3지점의 반사형 투명방음벽의 소음저감은 14.1 dB(A)로 나타나 대상 방음벽 중에서 가장 낮은 소음저감 효과를 나타냈는데 이는 백 등(8)의 연구 결과와 일치하고 있다. 이곳은 방음벽 상단이 직립형으로 설치되어 있어 회절현상에 의한 영향으로 저감효과가 미미한 것으로 사료되며 방음벽 상층부를 선절형으로 교체 설치할 경우 감소효과를 높일 수 있을 것으로 판단된다.

따라서 방음벽의 최상단 형태는 방음벽 높이의 제한 때문에 차음효과를 높이기 위하여 도로면과 수직으로 설치하는 직립형보다 방음벽 상단을 소음원 방향으로 꺽인 선절형의 구조로 설치하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.

소음감소기를 방음벽 상단에 설치한 K-2 및 K-4 지점의 소음저감 효과는 각각 18.4 dB(A), 17.3 dB(A)로 측정되어 방음벽의 저감효과가 다소 차이가 있었다. 이는 K-4 지점은 목재 흡음판 사이에 자갈을 충진하여 다소 흡음효과가 떨어진 것으로 사료된다. 방음벽을 이용한 소음저감 효과는 그 높이를 높이는 것이 일반적인 방법이나 간섭형의 방음시설인 50 cm 높이의 소음감소기를 방음벽 상단에 설치할 경우 방음벽 높이의 약 2.0 m정도의 증가효과가 있는 것으로 알려져 있다. 또한 종래의 방음벽 높이의 한계와 조망권 및 구조적인 안정성의 문제를 동시에 해결할 수 있을 것으로 보이며, 향후 시민들의 정온한 생활환경 유지와 소음공해에 대한 관심이 날로 고조되고 있어 도로변 고층아파트 소음저감 대책의 일환으로 소음감소기를 포함한 방음벽 설치가 증가할 것으로 예측된다.

반사형 및 흡음형의 혼합형방음벽이 설치된 K-5 및 K-6 지점은 소음저감 효과가 각각 15.9 dB (A), 14.5 dB(A)로 대체로 양호한 수준으로 조사되었다.

방음벽 측정결과 단일종류의 반사형 방음벽을 설치하는 것보다는 방음림과 방음벽 등의 방음시설을 복수로 설치하여 소음원과 충분한 이격거리가 있는 지점과 소음감소기를 이용하여 방음벽의 높이를 보강한 지점에서 가장 소음저감효과가 좋은 것으로 나타났다.

3. 교통소음의 주파수별 특성

도로교통소음의 특성을 파악하고자 각 측정지점에서 방음벽 앞 약 2 m지점과 뒤 약 5 m 지점에서 동시에 측정한 방음벽 전․후의 각 주파수 대역별 소음 측정 결과를 그림 3에 나타내었다. 모든 측정지점에서의 도로교통 소음의 1/1 Octave Band의 주파수 특성은 1,000 Hz 주파수 대역을 정점으로 산형분포를 보이며 중심주파수 대역 500 Hz, 1,000 Hz, 2,000 Hz에서 높은 소음레벨을 나타내고 있다. 기존 국내의 연구자료(10-12)와 같이 도로교통소음의 1,000 Hz 주파수 대역에서 정점을 보이고 있으며, 1,000 Hz, 2,000 Hz주파수 대역의 소음은 자동차 주행에 따른 타이어 마찰음, 가속소음, 배기소음 등의 영향에 의한 것으로 판단되며, 이에 대한 방음대책이 필요한 것으로 사료된다. 도로변에 설치된 대부분의 방음벽은 고주파영역에서 소음이 높기 때문에 상대적으로 고주파영역에서 높은 차음효과를 나타내고 있다. 각 측정지점별 차음효과를 보면 반사․흡음형 방음벽 상단에 소음감소기를 설치한 K-2지점을 제외하고는 500 Hz이상의 고주파 대역에서 높은 차음효과를 보이고 있다. 담쟁이 넝쿨이 식재된 알루미늄흡음형 방음벽(K-1)의 주파수 분석결과는 그림 3과 같으며, 저주파 대역인 16 Hz, 31.5 Hz, 63 Hz, 125 Hz를 제외한 고주파 대역에서 15～21 dB(A)의 높은 소음저감효과를 나타냈다.

Fig. 3. Noise level of frequency band at the front and rear of barriers at each sampling points by 1/1 octave analysis.

한편 방음벽 상단에 소음감소기가 설치된 K-2, K-4지점의 주파수 분석결과는 주파수 영역별로 다른 양상을 보였다. K-2지점의 방음벽의 차음성능은 31.5 Hz에서 차음효과 6 dB(A)을 제외한 전 영역에서 높은 저감효과를 보였고 특히 저주파 영역인 16 Hz, 63 Hz에서 각각 12 dB(A), 13 dB (A)의 높은 차음효과를 나타냈는데, 이는 도로변과 방음벽 사이에 7～8 m정도의 이격거리에 의한 거리감쇠의 영향으로 해석된다. 반면 K-4지점는 일반 방음벽과 마찬가지로 저주파 영역에서는 거의 효과가 없었으나 2,000 Hz이상의 고주파 영역에서는 22～27 dB(A)로 조사되어 K-2지점보다도 고주파영역에서는 3～4 dB(A)정도의 높은 소음저감효과를 보이고 있다. 투명반사형 방음벽(K-3)은 반사․흡음형 방음시설인 K-5, K-6지점의 차음효과와 비슷한 14.1 dB(A)을 보였으며, 특히 4,000 Hz이상의 고주파 대역에서만 소음저감효과가 큰 것으로 나타났다. 그림 2에서와 같이 조사대상 6개 방음시설 중 흡음형방음벽 앞에 넝쿨식물을 식재한 K-1지점과 반사․흡음형방음벽 상단에 소음감소기를 설치한 K-2지점에서 각각 18.5 dB(A), 18.4 dB(A)로 가장 양호한 차음효과를 보였으며 투명반사형이 설치된 K-3지점에서 14.1 dB(A)로 가장 낮은 차음효과를 나타냈다.

4. 도로변 고층아파트 층별소음도

도로교통소음은 교통량, 건물과 도로경계와의 거리, 지형의 고저 및 건물의 높이 등에 따라 수음자의 피해정도가 다르게 나타날 것으로 생각되는 바 4.5 m 높이의 알루미늄 흡음형방음벽이 설치되어 있는 K-7지점의 고층아파트를 대상으로 층별 소음도를 분석하여 표 3에 나타내었다. 이 지역은 평탄한 도로와 접해 있어 다른 지역보다 통행량이 많고 대형트럭의 이동이 많아 도로변에서 측정한 소음레벨은 78 dB(A)로 2004년 서울지역 5개소의 주요 간선도로변 교통소음도 76～ 78 dB(A)과 비교해서 비슷한 수준이었다.

각 층별 소음도는 1층과 3층은 방음효과로 각각 60.1 dB(A), 64.5 dB(A)로 측정되어 도로교통 소음기준 이내로 나타났으며 5층 이상으로 올라갈수록 방음벽의 효과는 점차 감소하다가 중간층인 8층에서는 73.8 dB(A)로 최고 소음도를 나타냈다. 그리고 15층에서는 68.4 dB(A)를 기록하여 거리에 따른 소음감소의 영향으로 중간층보다 약 6 dB(A)정도 감소하였다. 각 층별 소음레벨은 1층과 3층을 제외한 대부분 층에서 주택건설기준 등에 관한 규정에서 제시하고 있는 65 dB(A)을 훨씬 초과하여 고층에서의 방음벽에 대한 방음효과가 미미한 것으로 나타났다.

일반적으로 방음벽의 소음저감효과는 도로와 방음벽 상단과 수음점이 일직선상에 위치할 경우 약 5 dB(A)의 감소효과가 있으며, 그 이상 높이에서는 거리에 따른 감쇠현상으로 방음벽의 효과가 없는 것으로 알려져 있다(13).

대부분 도로교통 소음은 교통량과 차량속도에 의한 것으로 소음발생원 대책으로 정온지역에 대하여 우회도로를 신설하고 고속주행을 막기 위한 신호등 설치, 저소음 포장 및 교통소음규제지역 지정을 통한 속도제한 등 여러 가지 소음방지 대책을 고려해야 할 것으로 사료된다.

또한 도로변에 인접한 고층아파트의 경우 방음벽을 설치하더라도 소음저감에는 한계가 있기 때문에 아파트 단지의 건물위치는 도로와 직각구조로 배치하고, 단지와 도로는 충분한 이격거리를 확보하여 방음림을 조성해야 하며, 고층에서의 현실적인 소음방지를 위해서는 실내에서의 이중창 및 방음창 등을 고려한 적극적인 소음방지 대책을 강구해야 할 것으로 생각된다.

Table 3. Noise level by floors at the K-7 site Apartment

Floor	Noise Level 〔Leq dB(A)〕	Remarks
Road	78.0	∙ Round trip four lane ∙ Distance between road and Apt. : 10 m ∙ Height of soundproof : height of third floor Apt.
1F	60.1
3F	64.5
5F	71.6
8F	73.8
10F	70.2
15F	68.4

결  론

수도권 지역의 도로변에 설치된 방음벽을 대상으로 7개 측정지점을 선정 도로교통소음도 및 주파수 대역별 분석을 통하여 방음벽 설치에 따른 방음벽 전․후의 소음저감효과를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 측정지점의 도로변 소음도는 74.5～79.7 dB (A)로 나타났으며, 전 지점에서 도로교통소음 한도기준을 모두 초과하였다.

2. 방음벽의 소음저감효과는 흡음형 방음벽에 담쟁이 넝쿨이 식재된 지점과 방음벽 상단에 소음감소기가 설치된 지점에서 높은 저감효과를 보였으며, 투명 반사형 방음벽에서 가장 낮은 저감효과를 나타났다.

3. 주파수대역별 소음저감효과를 분석한 결과, 모든 방음벽에서 음압레벨은 높은 고주파 대역에서 높은 저감효과가 있었으며, 소음감소기가 설치된 K-2지점의 방음벽은 저주파 대역에서도 저감효과가 높게 나타났다.

4. 방음벽이 설치된 고층아파트를 대상으로 층별 소음도를 측정한 결과, 1층과 3층에서는 방 음효과가 있었으나 5층 이상부터는 주택건설 기준 65 dB(A)을 초과하여 방음벽만으로는 소음 저감에 한계가 있는 것으로 조사되었다.

5. 도로변에 인접한 고층아파트의 경우 방음벽 높이의 한계로 인하여 아파트단지의 건물 위치를 도로와 직각으로 배치하고, 도로변과 충분한 이격거리를 확보하여 방음림을 조성해야 하며, 실내에서는 이중창을 설치하는 등의 방음대책을 강구하는 것이 가장 효과적일 것으로 판단된다.

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