- 1 -

가청화를 이용한 이리 S교회의 음향성능 개선 평가

한성규* ․ 김재수**

Han, Sung-Kyu · Kim, Jae-Soo

…………………………………………………………………………………………………………………………………Abstract

교회는 목사님이 말하는 내용이 정확히 전달이 되는것도 중요하지만, 종교의 특성상 신도들에게 웅장함과 경건함을

느끼도록 해야한다. 그러나 대상 이리 S교회의 경우 음향성능을 살펴보면 잔향시간이 최적잔향시간이 미치지 못할 정

도로 짧을 뿐 아니라 목사님의 설교 외에도 CCM콘서트, 악기연주 등 여러 가지 공연들이 동시에 이루어지고 있고,

불규칙한 성가대 등 여러 가지 문제점이 되는 요인들로 인해 많은 음향적 결함을 나타내고 있다. 이에 따라 선행연구

에서는 음향시뮬레이션을 통해 마감재를 변경하여 음향성능을 개선하였으며, 이러한 연구결과를 토대로 본 연구에서

는 가청화 기법을 통해 개선 전·후의 음향성능에 대해 만족도 여부를 평가하였다. 이러한 자료는 향후 이와 유사한

대형 교회의 건립 및 개선 시 음향적 문제를 예측·제어하여 시공비 절감효과 및 음향성능을 향상시킬 수 있는 유용한

자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

…………………………………………………………………………………………………………………………………키워드 : 이리 S교회, 음향 시뮬레이션…………………………………………………………………………………………………………………………………

1. 서 론

최근 대형화 되어가고 있는 교회의 경우 목사님의 설교

목적 외에도 CCM콘서트, 음악공연, 연극 등 여러 가지 장

르의 공연이 하나의 공간에서 이루어지고 있다. 그러나 대

상 이리 S교회의 경우 잔향시간이 짧아 교회의 특성상 웅

장함이나 경건함을 전혀 느낄 수 없어 건조하게 느껴지기

때문에 최적의 음향특성을 반영하지 못하고 있으며, 성가

대의 불규칙한 위치에 따른 문제점으로 인해 대상 교회의

목적에 맞는 다양한 공연을 수용할 수 있는 교회로 거듭날

필요성이 있다고 판단된다. 이에 따라 선행연구1)에서 마감

재료의 변경을 통해 음향성능을 개선하였으며, 본 연구에

서는 선행연구 결과를 토대로 설계단계에서 가청화 기법을

통해 음향성능에 대해 만족도 여부를 평가하였다. 이러한

자료는 향후 이와 유사한 대형 교회의 건립 및 개선 시

음향적 문제를 예측·제어하여 시공비 절감효과 및 음향성

능을 향상시킬 수 있는 유용한 자료로 활용될 수 있을 것

으로 사료된다.

2. 실험방법 및 개요

2.1 가청화 음향 시뮬레이션

가청화(可聽化)는 홀의 설계단계에서 컴퓨터 시뮬레이션

을 통해 음향설계를 한 뒤 객석의 수음점에서 구한 임펄

스 응답(Impulse Response)과 무향실에서 녹음한 원음

(Dry Source)을 합성연산(Convolution)하여 컴퓨터상에서

개관 후 공연이 되었을 때 음향 상태를 직접 들어 볼 수

있는 시스템이다. 기존의 컴퓨터 시뮬레이션에 의한 건축

음향설계는 건축가에게 설계단계에서는 많은 도움을 주었

지만 실제 개관했을 경우 어떤 소리로 들릴 것인가에 대

한 신뢰성은 거의 없었다. 그러나 가청화를 통해 설계단계

에서 홀이 완성된 후 음장을 직접 체험할 수 있으며, 발주

자와 설계자가 홀 형태의 결정, 마감 재료의 선택, 음원의

* 원광대학교 건축공학과, 석사과정** 원광대학교 건축공학과 교수, 공학박사1) 한성규, 김재수 : “음향시뮬레이션을 이용한 이리 S교회 음향성능 개선에 관한 연구”, 한국소음진동공학회, 2010.10

지향성 등 각종 조건들의 변화에 따른 상황을 실제의 음

으로 직접 들어 봄으로써 홀에서 요구하는 음향 상태를

결정하는데 이용된다.

Envelop [ID=29] Ch. 1 Pa/s X1= Y1= X2= Y2= 0.000 1.250e-04 10.229 -1.651e-04

-0.015

-0.010

-0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

이리 S교회의 임펄스 응답 Dry Source 녹음

Convolution

무향실 청취 헤드폰 청취

그림 1. 가청화 프로세스

2.2 대상 이리 S교회의 개요

이리 S교회는 전북 익산시 마동에 위치하고 있으며, 본

당은 체적이 16,000m3으로 총 2350명의 인원을 수용할 수

있는 대규모 교회건축물 중 하나이다. 표 1.과 그림 1.은

S교회의 제원과 형태 및 수음점 위치다.표 1. S교회의 제원

구 분 제원

면적1층 약 1,698㎡

2층 약 800㎡

체적 약 16,000㎥길이 약 47.7m폭 약 46.3m

좌석수 약 2350석

- 2 -

사용된 어휘 주관적 요소물리적 요소

건조하다/충만하다 음의 울림 잔향시간(RT)

먼곳에서 연주하는 느낌이다/

가까운곳에서 연주하는 느낌이다음의 친밀감

초기지연시간

(ITDG)

작게 들린다/크게 들린다 음의 크기 음압레벨(SPL)

탁하다/명료하다 음의 명료성명료도(D50,C80)

둔하다/선명하다 음의 선명함

날카롭다/부드럽다 음의 포근함 저음비(BR)

음이 한쪽으로 치우친다/음이 균형있다 음의 균형 공간감

(IACC)한쪽으로 집중된다/넓게 확산된다 음의 확산감

음원번호 음원종류1 강의 음성(남성)

2 강의 음성(여성)

3 섹소폰 연주

4 성악(소프라노)

5 테너(독창)

6 피아노

(a) 1층 평면도 (b) 2층 평면도

그림 2.대상 S교회의 각 층 평면도 및 수음점의 위치

2.3 청감평가를 위한 평가어휘 조사

실내음향 특성을 정확하게 평가하기 위해 Beranek,

Barron등에 의해 연구되어진 내용을 바탕으로 대상 공간

의 주관적인 효과를 대변할 수 있는 어휘들을 물리적인

파라메타들과 연관 지어 찾고자 하였다. 음향 평가에 사용

된 어휘와 물리적인 파라메타와의 관계를 분석한 것은 표

2와 같다.

표 2. 대상 다목적 홀의 음향성능 구성요소

이렇게 추출된 평가어휘를 바탕으로 미국의 심리학자

Osgood에 의해 제안된 의미분별법(SD; Method of Sema

ntic Differential)을 이용한 청취 실험에 사용되어질 설문

지는 표 3.과 같이 구성하였다.

표 3. 주관적 반응을 평가하기 위한 평가시트

항 목 별

평 가

음의 울림(잔향감)(Reverberance)

음의 친밀감(Intimacy)

음의 크기(Loudness)

음의 명료성(Intelligibility)

음의 선명함(Clarity)

음의 포근함(Warmth)

음의 균형(Balance)

음의 확산감(Envelopment)

2.4 청감평가를 위한 음원의 구성

대상 다목적 홀의 청감 실험에 사용될 평가 가청화 음원

은 공연의 목적 외에도 음악의 사용과 더불어 각종 집회

활동 및 강연이 중요한 점을 고려하여 CD 및 Odeon

Sample에서 추출하여 표 4.와 같이 구성하였다.

표 4. 가청화 음원의 구성

이러한 청취실험 음원은 반드시 잔향음이 없는 무향실에서

녹음한 Dry Source를 사용해야 한다. 이러한 이유는 음이

실내에 울려 퍼지는 감등의 음향적 인상은 초기 반사음의

영향이 큰데 약간의 잔향음이 포함되어도 가청화시 음의 견

본을 들음으로써 희망하는 음장을 정확히 결정하기 어렵기

때문이다. 본 연구에 사용된 Dry Source를 가변형태별 Cool

Edit Pro 2.1로 분석한 음원형태는 그림 3.과 같다.

드라이 음원 개선 전 음원 개선 후 음원

강의 음성(남성)

강의 음성(여성)

섹소폰 연주

성악(소프라노)

테너(독창)

피아노

그림 3. 가청화 음원형태 비교

그림 3.에서 보면 Dry Source는 잔향음이 없어 깨끗하지

만 홀의 공간적 정보를 반영한 가청화 음원은 소리에 잔향

감과 공간감이 포함되어 있음을 알 수 있다.

2.5 청감 평가방법 및 실험

청감실험은 헤드셋을 이용해 동시에 6명씩 진행하였으며

청감 시 일정한 음량을 유지하기 위해 헤드엠프를 사용하

였다. 피험자로 선정한 25명은 남성 8명과 여성 17명으로

이루어졌으며, 정상적인 청력을 가진 20대의 신체 건강한

대학생 및 대학원생을 대상으로 실시하였다. 청감평가를 실

시하기 전에 음향에 대한 이해를 돕기 위해 평가시트를 사

전에 나누어 주고 충분한 설명과 함께 음원을 들려준 뒤 실

험에 참가하도록 하였다. 음원의 제시과정은 그림 4.와 같

으며 순서대로 6개의 음원을 개선 전·후로 나누어 들려주

- 3 -

개선 전 개선 후

고, 평가를 하게 하였다. 그림 5.는 청감평가 실시 장면이다.

그림 4. 음원의 제시과정

그림 5. W대학 무향실 평면도 및 청감실험 장면

3. 분석 및 고찰

3.1 각 평가어휘에 대한 평균적 반응 항목

대상 이리 S교회의 개선 전·후 평가를 각 항목별 응답결과

를 정리한 결과는 다음 그림 6.과 같다.

0

1

2

3

4

5

6

7

울림 친밀감 크기 명료성 선명함 포근함 균형 확산감

강의음성(남성) 강의음성(여성) 섹소폰 연주 성악(소프라노) 테너(독창) 피아노

(a) 개선 전 평균적 반응

0

1

2

3

4

5

6

7

울림 친밀감 크기 명료성 선명함 포근함 균형 확산감

강의음성(남성) 강의음성(여성) 섹소폰 연주 성악(소프라노) 테너(독창) 피아노

(b) 개선 후 평균적 반응

그림 6. 각 어휘에 대한 평균적 반응

그림 6.을 보면 개선 전의 경우 잔향시간이 짧게 나타나

평균 반응치가 “명료성”은 4.7∼5.0, “선명함”은 4.8∼5.0로

나타났다. 반면 “울림”, “확산감”, “크기”는 4.4∼4.6으로 낮

게 평가되어 여러 가지 음악공연을 감상하기에는 음의 울림

이 부족하여 풍부한 음악을 듣기는 어려울 것으로 사료된

다. 그러나 개선 후 마감재의 변경을 통해 충분한 잔향시간

이 확보된 결과 “명료성”은 3.2∼3.8, “선명함”은 3.4∼4.1로

개선 전에 비해 낮아졌으며, “울림”, “크기”, “확산감”의 항

목은 5.6∼6.2로 더 높게 평가되어, 대상 이리 S교회의 경우

여러 가지 종류의 음악공연 시 더 충부한 음악을 들을 수

있을 것으로 사료된다.

3.2 대상 S교회의 개선 정도 비교 분석

가청화를 실시한 다목적 홀의 전체적인 인상을 알아보기

위해 각 평가 어휘별로 6개 음원 전체에 대한 개선 전·후

응답분포 밀집도는 그림 7.과 같다.

그림 7. 개선 전·후 응답분포의 밀집도

그림 7.을 보면 “명료성”과 “선명함”의 항목은 개선 후 감

소한 것으로 나타나지만 “울림”, “크기”, “확산감”은 개선

후 우측에 밀집 분포하여 개선 후 음향성능이 향상되었음을

알 수 있다. 그림 8.은 개선 전·후의 빈도분석결과를 정규분

포곡선으로 나타낸 것이다.

- 4 -

그림 8. 빈도분석 (정규분포곡선)

각각의 Case 별로 정규분포곡선을 비교해보면 개선 후

적정 잔향시간을 확보한 결과 “선명함”과 “명료성”은 감소

한 추세를 보이지만 “울림”, “크기”, “친밀감”의 항목은 증

가되어 개선 후 최적잔향시간에 맞는 음향상태를 보여 긍

정적인 반응을 보였다고 사료된다.

4. 결론

잔향시간이 짧아 악기연주, 콘서트 등 여러 가지 공연을

하기에 적합하지 않았던 이리 S교회를 대상으로 음향 시뮬

레이션을 이용하여 음향성능을 개선 한 후 가청화 기법을

이용하여 음향성능에 대한 만족도 여부를 평가한 결과는

다음과 같다.

1. 개선 전 최적 잔향시간에 미치지 못해 짧았던 잔향시간

으로 인해 “명료성”과 “선명도”의 항목은 4.7∼5.0으로 비교

적 높게 나타났으며, 그 외 “울림”, “크기”, “확산감” 등의

평균 반응치는 4.4∼4.6으로 비교적 낮게 평가 되었다. 그러

나 개선 후 잔향시간이 확보되어 “울림”, “크기”, “확산감”

의 평균 반응치는 5.6∼6.2로 개선 전 보다 높게 평가되었으

며, 잔향시간의 증가로 인한 “명료성”과 “선명도”의 항목은

3.2∼4.1로 개선 전에 비해 낮게 평가되어 개선 후 적절한

울림을 통해 음악공연 시 풍부하고 충만한 음색으로 공연

을 즐길 수 있을 것으로 사료된다.

2. 대상 이리 S교회의 음향상태 개선 정도를 비교해본 결과

실내 마감재의 변화를 통해 최적 잔향시간에 거의 근접한

잔향시간을 확보한 개선 후의 경우가 개선 전에 비해 음향

성능에 대한 만족도가 크게 개선되었다. 따라서 개선 후 다

양한 행사 및 공연이 가능할 것으로 판단된다.

위와 같은 연구결과는 향후 이와 유사한 대형 교회의 건립

시 설계 단계에서부터 음향적 문제를 예측·제어하여 시공

비 절감효과 및 음향성능을 향상시킬 수 있는 유용한 자료

로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

참 고 문 헌

1. 김재수 : 건축음향설계(개정판), 세진사, 2004.3.

2. 김재수, 양만우 : 건축음향설계방법론, 도서출판 서우,

2001.9.

3. 윤장섭 : 건축음향계획론, 동명사, 2002. 2.

4. 가청화를 이용한 건축음향성능 평가기법

(사)한국음향재료협회 음향재료기술 3호, 2007.8

5. 한성규, 김재수 : “음향시뮬레이션을 이용한 이리 S교회

음향성능 개선에 관한 연구”, 한국소음진동공학회, 2010.10

6. 한경연, 서정석, 김재수 : 청감실험에 의한 원불교 소법당

의 음향특성에 관한 연구, 한국주거학회 학술발표대회,

2004.11.13

7. Duncan Templeton, David Saunders : "Acoustic

Design", The Architectural Press, 1987