왜 적절한 교실 음향이 중요한가요?

헝가리에 있는 약 6천여 개의 교육 기관에서 교실의 음향은 대부분의 경우 아직 적절하지 않습니다. 차음의 부족 (외부에서 들어오는 소음) 외에도, 이는 대부분 부적절한 실내 음향 설계로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 부적절한 교실 음향의 직접적인 영향:

• 교실의 소음 증가
• 교실 뒷줄로 갈수록 이해하기 어려운 음성
• 더 빨리 피곤해지는 학생과 교사, 유해한 건강 영향
• 집중력 저하.

음향 솔루션 없이는 7미터 이상의 교실에서 예를 들어 일반적으로 교사 음성의 약 3분의 2가 이해되지 않습니다. 평균적으로 교실의 뒷줄에서는 음성의 절반만 이해됩니다. 적절한 음향 조건이 학업 성과에도 상당한 영향을 미친다는 것을 쉽게 상상할 수 있습니다.

Fazekas Mihály 김나지움 역사 교실의 현대적 실내 음향 설계

이전의 여러 학교 음향 설계 작업과 관련 연구 프로젝트의 성과와 경험을 활용하고, 저희가 발의한 헝가리 실내 음향 표준화 프로세스를 지원하기 위해 2017년에 음향 레퍼런스 교실을 만들기로 결정했으며, 이를 위해 후원자를 찾았습니다. 학교 선정에 있어서는 간단한 원칙을 따랐습니다: 최고의 학교에서 가장 나쁜 교실을 개선하고자 했습니다. 그렇게 해서 부다페스트 Fazekas Mihály 초·중등학교 구 건물의 315/A 교실에 이르게 되었습니다. 이 교실은 학생만 배우는 것이 아니라 교사 보수 교육도 진행되기 때문에 더욱 특별합니다.

본 교실은 신축이 아니었기 때문에 설계 전에 — 객관적 방법으로 — 현재 상태를 조사해야 했습니다. 이는 음향 측정을 통해 달성했으며, 이는 보정된 컴퓨터 실내 음향 모델 구축의 기반이 되었습니다. 기존 자재의 주파수별 흡음 특성에 대한 보정은 유전 알고리즘으로 수행했습니다. 이는 모델링 데이터를 측정 데이터에 보정하여 모델에서 실제와 매우 근접한 상태를 얻기 위한 탐색 절차입니다.

산정 및 설계 목표는 표준 음향 시스템 없이 교사 책상에서 이른바 높여진 음성 (raised vocal effort)을 사용할 때 음성 전달 지수 (STI) 값이 0.75 이상이 되는 것이었습니다. 목표는 교실에서 가능한 한 많은 위치에서 이 값에 도달하거나 초과하는 것이었습니다. 음성 전달 지수는 음성 명료도 형성의 가능성과 음향적 한계를 종합적으로 기술하며, 현재 음성 사용 공간을 산정하는 데 가장 적합한 객관적 매개변수입니다. 적용하려는 마감재의 양, 품질, 유형은 현재 컴퓨터 설계 — 수치 시뮬레이션 — 로 가장 효율적이고 가장 안전하게 결정할 수 있습니다.

학교의 이상적인 교실 실내 음향 설계는 일반적으로 다음 세 가지 주요 솔루션을 함께 적용하여 최적화 문제 해결로 달성할 수 있습니다:

1. 차등화된 흡음·반사 천장
2. 흡음 벽체 마감재
3. 저주파 흡음 확보

차등화된 흡음·반사 마감재란 천장이 음향 특성이 완전히 균일하지 않고 필요한 위치에서는 흡음, 다른 곳에서는 반사 특성을 갖추어 작은 음성원의 경우 음의 전파를 돕되 음성 명료도 확보에 해로운 반사는 흡수한다는 의미입니다. 이는 주로 더 큰 면적의 교실에서 중요하지만, 본 상황에서는 순수 흡음 천장만 적용해도 충분했습니다. 흡음 벽체 마감재는 뒷줄에서 음성 명료도를 크게 향상시킵니다 — 이것 없이는 적절한 음성 명료도를 확보할 수 없는 경우도 많습니다. 저주파 흡음의 구현은 일반적으로 배경 소음 제한 측면에서, 또는 음향 시스템 적용 시 중요하지만, 남성 교사 음성의 경우에도 이 영역에서 주요 주파수가 있습니다.

측정을 수행한 결과, 교실의 음성 전달 지수가 낮은 값이며, 잔향 시간은 석재 바닥, 미장벽 및 기타 단단한 반사 표면의 존재로 인해 매우 높다는 것을 확인했습니다. 이러한 작업에서 가장 쉽게 측정 가능한 음향 매개변수 값은 잔향 시간입니다. 이는 직관적으로 표현하면 지속적으로 작동하다가 갑자기 꺼진 음원이 발생시킨 음압 수준이 교실에서 100만분의 1로 (60데시벨만큼) 감소하는 데 걸리는 시간을 의미합니다. 이 값은 물론 청취자의 위치와 음높이에 따라 달라지지만, 교실 평균으로부터 매우 단순화된 방식이긴 하지만 공간의 음향 조건에 대한 객관적인 그림을 형성하고 설계자를 안내하는 단일 특성 수치를 얻을 수 있습니다. 원하는 음성 명료도 값을 달성하려면 잔향 시간을 4분의 1로 줄여야 한다는 것이 드러났습니다. 이는 자명한 작업이 아니지만, 가용한 천장 높이와 벽체 마감재 배치 가능성으로 해결 가능한 것으로 판명되었습니다.

광범위한 음높이 범위에서 작동하는 흡음 자재는 일반적으로 부드럽기 때문에, 벽체 마감재로는 충격에 강하고 심지어 압정도 꽂을 수 있는 특수 코팅 자재를 선택했으며, 이를 통해 기능 손실 없이 교실 뒤편의 게시판 기능을 대체할 수 있었습니다.

적용된 자재와 솔루션을 통해 교실의 배경 소음은 6 dB를 초과하는 수준으로 감소했으며, 창호 교체나 기계 설비 소음 저감을 수행할 필요는 없었습니다. 이는 실내 음향 솔루션이 동시에 여러 문제를 처리한다는 점을 잘 보여줍니다: 음성 명료도를 향상시키고, 소음을 줄이며, 잔향 시간을 단축합니다. 그리고 이것이 큰 비용이 들지 않는다는 점까지 더하면, 적용할 가치가 있다는 점이 명확해집니다. 만약 헝가리 기술 규제가 이를 의무화한다면, 교실의 적절한 음향 설계는 가치 있을 뿐만 아니라 당연한 일이 될 것입니다.

음향 솔루션 외에도 동시에 조명도 리노베이션했습니다. 현대적이고 디밍 가능한 LED 조명이 교실에 설치되어, 이제 교실에서 듣는 것뿐만 아니라 보는 것도 가능해졌습니다.

교실에서 현대적인 실내 음향 솔루션의 구현은 필수적입니다. 공동 공간뿐만 아니라 더 작은 공간, 그리고 소음 감소의 이유로 복도에서도 마찬가지입니다. 현대적인 설계 매개변수와 방법으로는 기술적으로 도전적인 리노베이션 상황에서도 학교 건축 인프라를 최신 상태로 만들 수 있습니다.