음향학 이야기: 끔찍한 식당 소음을 줄이는 법(흡음률)

 

식당은 고객들을 위해 적절한 음향 환경을 구축해야 합니다.

 

하지만 많은 식당들은 높은 소음으로 적절하지 않은 음향 환경을 구축하고 있습니다.

 

일전에 식당 소음의 문제 인식을 위해, 다양한 식당 및 술집에서 소음 측정을 수행한 논문을 소개해 드렸습니다.

 

문제를 제시했으면, 그에 맞는 해결책을 소개해 드려야겠죠?

 

이번에는 식당 소음을 제어할 수 있는 대표적인 방법에 대해 소개해 드리려 합니다.

 

식당 소음 측정에 대한 지난 글: opee.tistory.com/22?category=838190

음향학 이야기: 식당에서의 끔찍한 소음

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식당과 같이 닫힌 공간에서 소음을 제어하기 위해서는 반사파(reflected wave)를 제어해야 합니다.

 

아래 그림은 소음이 전파하는 것을 화살표로 나타낸 것입니다.

 

빨간색 선은 천장에서 반사된 반사파, 초록색은 직접 다른 사람에게 전달되는 직접파입니다.

 

그림을 통해, 많은 반사파가 다양한 경로를 거쳐 사람의 귀에 도달하는 것을 알 수 있습니다.

 

여기서 반사파를 제어하여 빨간색 선을 제거 및 감소시킨다면, 사람들에게 도달하는 소음이 매우 적어지게 될 것입니다.

 

그러면 함께 온 가족, 친구와 함께 편하게 대화를 나누며 맛있는 음식을 먹을 수 있을 것입니다.

 

식당 소음 경로[1]

그럼, 반사파를 제어하려면 어떻게 해야 될까요?

 

공기 중에서 음파는 벽, 천장과 같은 경계와 만나면 부분적으로 반사되거나 흡수됩니다.

 

따라서 경계에서 소음이 흡수되는 정도를 높임으로써, 반사파를 줄일 수 있습니다.

 

흡음률(absorptivity)은 음파가 흡수되는 정도를 나타냅니다.

[혹은, 새빈 흡음률(Sabine absorptivity)이라고 불립니다.]

 

흡음률은 0과 1사이의 값을 가집니다.

 

아래 그림과 같이, 흡음률이 0이면 음파는 아무 손실 없이 완전히 반사됩니다.

 

반대로 흡음률이 1이면 음파는 반사되지 않고 완전히 흡수됩니다.

 

따라서, 식당 소음을 줄이기 위해서는 벽, 천장과 같은 경계면에 흡음률이 높은 재료를 사용해야 합니다.

 

흡음률(absorptivity)

카펫, 커튼과 같은 물질들은 흡음률이 높아, 대표적인 흡음재로 알려져 있습니다.

 

카펫, 커튼과 같은 흡음재는 내부에 기공(pore)들이 포진되어 있어, 음향 에너지가 열로 전환됩니다.

(다공질 흡음재로 불리기도 합니다.)

 

아래 표는 4가지 재료들의 주파수에 따른 흡음률을 표로 나타낸 것입니다.

 

표를 통해 가장 먼저, 카펫과 커튼의 흡음률이 콘크리트, 창유리에 비해 월등히 높음을 알 수 있습니다.

 

카펫을 이용하여 인테리어를 했다면, 단순한 콘크리트일 때보다 월등히 음향 환경이 좋을 것입니다.

 

대표적인 예로, 국내외 많은 회사들이 조용한 사무실 환경을 위해 카펫 바닥을 많이 사용합니다.

 

반대 예로, 최근 유행하는 노출 콘크리트 인테리어는 음향 환경 수준이 매우 낮을 것입니다.

 

표를 통해 추가적으로 흡음률이 주파수에 따라 달라짐을 알 수 있습니다.

 

일반적으로 카펫, 커튼과 같은 다공질 흡음재는 500 Hz 이상부터 흡음률이 높아집니다.

 

500 Hz 이하의 저주파는 흡음재의 두께를 증가시킴으로써, 흡음률을 높일 수 있습니다.

 

다양한 재료의 주파수별 흡음률

결과적으로 식당과 같은 닫힌 공간에서 소음을 제어하는 방법은 다음과 같습니다.

 

'최대한 많은 면적에 흡음률이 높은 재료를 사용하여, 반사파를 줄이자'

 

그리고 더 나아가, 바로 윗 말은 아랫 말로 단순하게 바꿔 말할 수 있습니다.

 

'평균 흡음률을 높여, 반사파를 줄이자'

 

평균 흡음률(average absorptivity)은 다양한 재료로 이루어진 닫힌 공간에서 표면적에 대해 평균화된 흡음률입니다.

 

아래 식과 같이 먼저, 개별 표면의 크기와 흡음률을 곱하여 모두 합함으로써, 총 흡음을 구합니다.

 

그리고 총 흡음을 전체 면적의 크기로 나누어 평균 흡음률을 구합니다.

 

반사파가 많이 필요한 극장 같은 곳은 평균 흠음률이 0.1 이하입니다.

 

반사파가 없어야 하는 녹음실과 같은 곳은 평균 흠음률이 0.75 이상입니다.

 

평균 흡음률을 통해, 갇힌 공간의 대략적인 소음 환경을 유추할 수 있습니다.

 

평균 흡음률(average absorptivity)

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평균 흡음률을 높여 반사파를 줄이자!

 

이것이 한 줄 요약입니다.

 

[참고 문헌]

1. Kenneth P. Roy, and Keely Siebein, "Satisfying Hunger, Thirst, and Acoustic Comfort in Restaurants, Diners, and Bars... Is This an Oxymoron?" Acoustics Today. 15(2), 20-28 (2019)

2. Gregory S. Farber, and Lily M Wang, "Analyses of crowd-sourced sound levels of restaurants and bars in New York City" Proc. Mtgs. Acoust. 31, 040003 (2017)

3. D.T.Blackstock, "Fundamental of Physical Acoustics" John Wiley & Sons, New York (2000)

4. 김진연, 권휴상, 김봉기, 이준신, "음향학의 기초" 홍릉과학출판사 (2013)