KR20160015710A - 주거용 건축물의 층간 소음 방지용 층간 구조체 - Google Patents

주거용 건축물의 층간 소음 방지용 층간 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주거용 건축물에 있어서 층간 소음 방지를 위한 층간 구조체에 관한 것으로서, 위층과 아래층을 연결하는 층간 벽의 내부는 상기 위층으로부터 순차적으로 바닥마감재, 공기층, 및 천장마감재를 포함하고, 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 일면을 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리가 공기층에서 전반사가 일어나기 위한 임계각 이상으로 음각한 구조를 가지는 것을 특징으로 하며, 소리가 공기층을 경계로 더 이상 아래층 방향으로 진행할 수 없어 소음 차단 효과를 가질 수 있다.

Description

주거용 건축물의 층간 소음 방지용 층간 구조체{The layered structure for the floor noise suppression of building}
본 발명은 주거용 건축물의 층간 소음을 방지하는 층간 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 층간 내부에 공기층과 맞닿은 일면을 음각한 구조를 포함하는 층간 구조체에 관한 것이다.
층간 소음이란, 다세대 주택이나 아파트 등의 한 층에서 발생한 소리가 다른 층 가구에 전달되는 소음을 말한다. 주택법 제44조 제1항 및 주택법 시행령 제57조 제1항 제21호에서는 아파트의 층간 소음을 아이들이 뛰는 소리, 문을 닫는 소리, 애완견이 짖는 소리, 늦은 시간이나 이른 시간에 세탁기·청소기·운동 기구 등을 사용하는 소리, 화장실과 부엌에서 물을 내리는 소리 등으로 정의하고 있다. 과거 단독주택 위주의 생활에서 아파트 등 공동 주택으로 주거 환경이 일반화되면서 문제가 나타나기 시작했다.
소음이라고 지칭하지만, 대부분 일상 생활에서 필수적으로 발생하는 소리들이기 때문에 층간 소음을 발생시키는 자에게 귀책을 묻는 것은 부당할 수 있다. 그러나 피해자에게는 지속적으로 괴로움을 유발시키고 있어 입주자 사이에 층간 소음에 관한 분쟁이 증가하여 사회적 문제, 나아가 범죄로 이어지고 있어 해결 수단이 시급한 실정이다.
층간 소음 방지를 위한 방법은 바닥충격음 저감을 위하여 슬래브 두께를 증가시키는 방법, 이중천장공법, 다층 완충 구조, 뜬바닥 구조와 같은 방법들이 주로 실시되고 있다. 다만, 이러한 구조를 사용하는 주거용 건축물에서도 여전히 층간 소음이 문제가 되고 있어 소음 차단의 효과가 현실적으로 필요한 수준에 미치지 못하는 한계를 가진다. 또한 건축 시공 방법에 따라 층간 소음 방지를 위한 구성을 부가하는 것이 공사 기간과 공사 비용에 영향을 끼치는 경우가 많아 건축비를 아끼고 시공 기간을 짧게 하기 위하여 부실 공사가 이루어지는 문제점도 발생한다. 따라서 건축물의 시공에 요구되는 시간이나 노력, 비용에 있어서 부담이 되지 않는 해결책이 필요할 것이다. 나아가 다양한 층간 소음재를 이용하는 층간 구조체나 구조적으로 층간 소음을 차단하는 구조체에 모두 적용하여 각각의 효과를 극대화할 수 있는 활용성이 큰 층간 소음 방지를 위한 수단이 시급한 실정이다.
한국 공개특허공보 10-2005-0033963, 2005.04.14. 공개
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 공기층을 포함하는 소음 방지용 층간 구조체가 현실적으로 필요한 소음 방지 수준에 미치지 못하는 한계를 극복하고, 다양한 층간 소음재를 이용하고 있는 층간 구조체에 적용하여 각각의 효과를 극대화시킬 수 있는 주거용 건축물의 층간 구조체를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 주거용 건축물의 층간 구조체에 있어서, 위층과 아래층을 연결하는 층간 벽의 내부는 상기 위층으로부터 순차적으로 바닥마감재, 공기층, 및 천장마감재를 포함하고, 상기 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 일면을 상기 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리가 상기 공기층에서 전반사가 일어나기 위한 임계각 이상으로 소정의 깊이만큼 만곡 형상 또는 톱날 형상으로 음각한 구조를 가지는 층간 구조체를 제공한다.
일 실시예에 따른 층간 구조체에 있어서, 상기 공기층의 밀도 및 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 물질의 밀도에 따라 임계각이 결정될 수 있다.
일 실시예에 따른 층간 구조체에 있어서, 상기 공기층은 한 개 이상의 막을 포함하여 상기 막을 경계로 두 개 이상의 공기층이 형성하고, 상기 막의 양면은 소정의 깊이만큼 만곡 형상 또는 톱날 형상으로 상기 임계각 이상이 되도록 음각한 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기된 실시예에서, 상기 막은 유리 또는 폴리카보네이트(polycarbonate) 소재인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기된 실시예에서, 상기 두 개 이상의 공기층은 각각 밀도가 상이한 공기로 충진되고, 상기 상이한 공기는 대기, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소 중 어느 하나 이상이 될 수 있다.
상기된 실시예에서, 상기 막의 두께는 100mm 이상이고, 상기 임계각은 30˚이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기된 실시예에서, 상기 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리의 데시벨 범위는 경량 충격음 또는 중량 충격음의 크기의 범위가 되고, 상기 소리의 데시벨 범위에 따라 상기 하나 이상의 막은 서로 다른 모양으로 음각되고, 각각의 막의 임계각이 모두 상이한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공기층과 만나는 바닥마감재의 일면을 음각하여 소리가 공기층에서 전반사되어 다시 소리의 발생 지점인 위층으로 돌아가게 됨으로써 층간 소음을 방지할 수 있다. 또한, 층간 소음재를 사용하는 일반적인 바닥 마감재에도 적용할 수 있어 소음 방지의 효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 기존의 층간 소음 방지 구조가 없는 층간 구조체의 도면이다.
도 2는 층간 소음 방지를 위한 층간 소음재(a) 또는 공기층(b)를 포함하는 층간 구조체의 도면이다.
도 3은 기존의 공기층을 포함하는 층간 구조체에서 소리의 진행 방향을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기층과 맞닿은 일면을 음각한 구조를 가지는 층간 구조체의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기층과 맞닿은 일면을 음각한 구조를 가지는 층간 구조체에서 소리의 진행 방향을 나타낸 도면이다.
도 6은 서로 다른 밀도를 가지는 두 매질이 만나는 경계면을 통과하면서 소리의 진행 방향이 달라지는 원리는 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리가 공기층에서 전반사가 일어나기 위한 임계각을 나타내는 도면이다.
도 8a는 기존의 공기층과 맞닿은 일면이 평평한 구조를 가지는 층간 구조체에서 소리의 진행 방향을 나타낸 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기층과 맞닿은 일면을 음각한 구조를 가지는 층간 구조체에서 소리의 진행 방향을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기층에 한 개 이상의 막을 포함하는 층간 구조체의 개념도이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서 본 발명의 실시예들이 구현되는 환경에 대해 간략히 소개하고, 실시예들이 구현되는 환경에서 활용되는 기술 요소들에 기초하여 상기된 종래의 주거용 건축물의 층간 구조체의 한계를 극복하기 위해 본 발명의 실시예들이 채택하고 있는 기술적 수단을 개괄적으로 제시하도록 한다.
일상 생활에서 발생하는 소리는 경량충격음과 중량충격음으로 구분할 수 있다. 경량충격음은 가벼운 경량물의 낙하소리를 대상으로 한 것이고 중량충격음은 어린 아이가 뛰는 소리와 같이 무거운 중량물의 낙하소리를 대상으로 한 것이다. 「공동주택 바닥충격음 차단구조 인정 및 관리기준」에 의하면, 공동 주택에서 바닥충격음의 차단에 대한 최소 성능기준은 경량충격음 58 데시벨 이하, 중량충격음 50 데시벨 이하가 된다(국토교통부고시 제2013-889호).
통상적인 주거용 건축물 시공은 바닥충격음 저감을 위하여 슬래브 두께 증가, 이중천장공법, 다층 완충 구조, 뜬바닥 구조와 같은 방법이 실시되고 있다. 이들 층간 소음 저감기술은 바닥마감재 표면에 발생하는 직접 충격을 콘크리트 슬래브에 전달되기 전에 상쇄시키는 것이 그 기술적 핵심이다. 이러한 방법들 중에서 방진체를 여러층으로 쌓은 다층 완충 구조와 바닥에 공기층을 두어 소음차단효과를 높힌 뜬바닥 구조가 최근 가장 효과적인 방법으로 평가되고 있다. 다층 완충 구조는 운동화 밑창에 여러 층의 고무를 두어 충격흡수를 하는 것과 유사하고, 뜬바닥 구조는 슬래브와 맞닿은 쪽에 고무재질의 방진구를 설치하여 바닥을 띄운 구조로 전체 두께가 두꺼워질 수 있지만 소음 차단 효과가 더욱 우수하다. 방진 재료는 폴리에스테르 섬유(POLYESTER), 발포폴리스타이렌(EPS, Expanded Polystyrene), 발포폴리프로필렌 (EPP, Expanded Polypropylene), 플라스틱의 일종인 폴리에틸렌(PE, Polyethylene), 에틸렌초산비닐(EVA, Ethylene Vinyl Acetate) 등이 있다.
도 1은 기존의 층간 소음 방지 구조가 없는 층간 구조체의 도면이다. 위층에서 아래층으로 마루, 콘크리트, 단열재, 콘크리트가 순차적으로 적층되어 있다. 소음 방지를 위한 부가적인 기술적 구성이 없으나 이러한 건축물의 층간 구조 자체를 두껍게 한다면 소음의 저감 효과를 가질 수 있다. 다만, 층간 구조체의 두께가 두꺼워질수록 비용이 많이 들고 중량이 커져 시공하기 어려운 문제점을 가진다.
도 2는 층간 소음 방지를 위해 층간 소음재(a) 또는 공기층(b)를 포함하는 층간 구조체의 도면이다. 뜬바닥 구조는 공기층(b)을 포함하는 것과 유사하며 공기층 위에 층간 소음재를 더 포함할 수 있다. 층간 소음재는 앞서 설명한 EPS, EVA가 주로 사용되며 각각 스치로폼 재질과 고무 재질에 해당하는 물질이다. 층간 소음재 및 공기층에서 이중으로 소음을 흡수하기 때문에 뜬바닥 구조가 가장 효과가 크고, 층간 소음재 자체에 대한 소음 흡수율은 대부분 비슷한 수준의 효과를 갖기 때문에 층간 소음재 자체보다 층간 소음재의 두께에 영향을 받는다.
도 3은 기존의 공기층을 포함하는 층간 구조체에서 소리의 진행 방향을 나타낸 도면이다. 위층에서 발생한 경량충격음 또는 중량충격음은 그 크기에 따라 다른 방향으로 마루에서부터 진행하기 시작한다. 소리의 진행 방향에 대하여 소리가 진행하는 매질과 관련하여 자세히 살펴보면, 소리는 기체, 액체, 고체 모두를 통과할 수 있어 각 매질을 진동시키며 전달된다. 도 3의 위층에서 발생한 소리는 고체인 마루 및 콘크리트와 기체인 공기층을 통과하여 아래층에 도달된다. 이때에 각 매질의 밀도에 따라서 소리의 진행 속도가 상이하고, 매질의 경계면에서 굴절의 법칙에 의해 그 진행 방향이 변화될 수 있다.
따라서 본 발명은 소리가 서로 상이한 매질을 통과할 때 굴절되는 특성을 이용하여 공기층에서 소리의 전반사를 유도함으로써 층간 소음을 방지할 수 있는 층간 구조체를 제안한다. 본 발명의 일 실시예는 주거용 건축물 층간 구조체에 있어서, 위층과 아래층을 연결하는 층간 벽의 내부는 상기 위층으로부터 순차적으로 바닥마감재, 공기층 및 천장마감재를 포함하고, 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 일면을 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리가 공기층에서 전반사를 일어나기 위한 임계각 이상으로 음각한 구조를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기층(30)과 맞닿은 일면(10)을 음각한 구조를 가지는 층간 구조체(1)의 개념도이다. 위층과 아래층을 연결하는 층간 구조체(1)의 내부는 바닥마감재(20), 공기층(30), 천장마감재(40)로 구성될 수 있다. 주거용 건축물에 있어서 층을 구분하는 층간 구조체에서 통상적으로 위층과 맞닿은 부분은 바닥마감재라 하고, 아래층과 맞닿은 부분을 천장마감재라고 한다. 맞닿은 부분에 따라서 명칭이 결정된 것일 뿐, 본 발명에 따른 실시예들은 공기층(30)을 기준으로 위에 위치하는 층을 바닥마감재(20), 공기층(30)의 아래에 위치하는 층을 천장마감재(40)라고 본다. 바닥마감재(20)와 천장마감재(40)는 단일층으로 구성될 수도 있으며, 복수 개의 층으로도 구성될 수 있다. 예를 들어, 마루, 단열재, 콘크리트, 층간소음재 등을 포함한 복수 개의 층을 가지는 바닥마감재가 될 수 있는 것이다. 천장마감재도 마찬가지이다.
바닥마감재(20)가 공기층(30)과 맞닿은 일면(10)은 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리가 공기층(30)에서 전반사를 일어나기 위한 임계각 이상으로 음각하는 것을 특징으로 한다. 임계각은 공기층(30)의 밀도 및 공기층(30)과 맞닿은 바닥마감재(20)의 물질의 밀도에 따라 결정될 수 있다. 구체적인 밀도와 임계각과의 관계식은 이하의 도 6, 도 7에서 자세히 설명한다.
또한, 바닥마감재(20)가 공기층(30)과 맞닿은 일면(10)은 도 4와 같이 불규칙한 톱날 형상으로 소정의 깊이만큼 음각할 수 있다. 음각하는 형상은 톱날 형상 또는 만곡 형상이 될 수도 있으며, 만곡 형상은 위로 볼록하거나 아래로 볼록한 형상 모두 가능하다. 소정의 깊이는 층간 구조체의 바닥마감재의 두께에 의해서 상기 임계각을 형성할 수 있는 정도를 의미한다. 예를 들어, 라멘구조로 주거용 건축물을 시공할 때, 바닥마감재의 전체 두께가 160 밀리미터(mm)인 경우, 소정의 깊이는 10 밀리미터(mm)가 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기층과 맞닿은 일면을 음각한 구조를 가지는 층간 구조체에서 소리의 진행 방향을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개념도이고, 도 5는 이를 구체화한 도면으로써, 도 4의 바닥마감재(20)도 5의 실시예와 같이 마루, 콘크리트 층으로 구성될 수 있고, 도 4의 천장마감재(40)은 도 5의 실시예와 같이 콘크리트 층으로 구성될 수 있는 것을 나타낸다. 도 5를 자세히 설명하면, 위층에서 발생한 소리는 바닥마감재의 경계면인 콘크리트 아래 면의 음각 구조에 따라서 공기층과 천장마감재에서 전반사 되어 소음이 차단되게 된다. 바닥마감재는 도 5와 같이 마루, 콘크리트만을 포함할 수도 있고, 단열재나 층간 소음재가 더 포함될 수도 있을 것이다. 또한, 천장마감재는 도 5와 같이 콘크리트로 구성될 수 있고, 단열재나 다른 구성을 포함할 수도 있을 것이다.
공기층과 맞닿은 일면이 평평한 모양에서 소리가 진행되는 방향(도 3)과 달리 도 5에서는 음각한 면에서 공기층을 지나는 경계에서 입사각이 작아지고 공기층을 지나 천장마감재인 콘크리트를 만날 때는 다시 입사각이 매우 커져서 그 결과 소리가 전반사하게 되는 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예들이 동작하는 원리를 보다 상세히 설명하고자 한다. 도 6은 서로 다른 밀도를 가지는 두 매질이 만나는 경계면을 통과하면서 소리의 진행 방향이 달라지는 원리는 나타내는 도면이다.
파동이 굴절할 때 입사각을 i, 굴절각을 r, 매질 1과 매질 2에서의 파동의 속도를 각각 v1, v2, 파장을 λ1, λ2라고 하면, 파면상의 B점이 경계면의 B'점에 도달하는 시간(t) 동안에 A점에서 생긴 구면파는 A점을 중심으로 반지름이
Figure pat00001
인 반원상에 도달한다. 굴절 후의 파면은 호이겐스의 원리에 의하여 A'B'이 되고 굴절파는 A'B'면에 수직한 방향으로 진행한다.
Figure pat00002
이므로,
Figure pat00003
하다.
여기서 속도의 비를 굴절률이라고 하고, 매질 1에 대한 매질 2의 굴절률을 n12라고 하면, 아래 수학식 1과 같이 n12 값을 구할 수 있으며 이러한 관계식을 굴절의 법칙이라고 한다.
Figure pat00004
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리가 공기층에서 전반사가 일어나기 위한 임계각을 나타내는 도면이다. 도 6의 입사파 및 굴절파는 도 6에서 매질 1을 진행하던 파동이 매질 2와 만나서 굴절하는 것(②)과 같다.
입사하는 과정에서 파동과 법선의 각도가 이룰 수 있는 최대 각도는 90˚이고, 그때의 굴절하는 파동의 각도(ic)는 굴절의 법칙에 의해 수학식 2로 구할 수 있다.
Figure pat00005
입사각이 ic보다 작은 경우 매질 2로 진행(②)되지만, ic로 입사한 파동은 90˚로 굴절해 나갈 것(③)이고, 입사각이 ic보다 커지게 되면, 이러한 파동은 매질 2로 나아가지 못하고 모두 매질 1로 전반사 될 것(④)이다. 입사각의 크기가 특정한 값 이상이 되면 파동은 새로운 매질 속으로 들어가지 못하고, 모두 반사되는 것이다. 임계각 ic는 수학식 2를 변형한 수학식 3으로부터 구할 수 있다.
Figure pat00006
위층에서 발생한 소리가 바닥마감재인 매질을 지나, 상이한 매질인 공기층을 통과하고 다시 천장마감재인 다른 매질로 진행하게 된다. 바닥마감재 및 천장마감재는 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 각각의 층은 다른 물질이 될 수 있다. 물질이 다른 경우 각 경계면에서 굴절이 일어날 수 있게 된다. 다만, 건축물의 특성상 바닥마감재와 천장마감재는 고체인 물질에 해당하기 때문에 이들 사이에 기체인 공기층을 두어 굴절을 유도할 수 있게 된다. 이때 굴절이 소리의 진행 방향을 반대방향으로 즉, 다시 소리가 온 방향으로 바뀌게 되기 위해서는 경계면의 법선을 충분히 기울여야 한다. 그러므로 본 발명의 실시예들은 법선을 충분히 기울이기 위하여 경계면을 음각한 구조를 가져 위층에서 발생한 소리가 음각한 면에서 작은 입사각을 갖고, 공기층을 통과해 천장마감재와 만날 때 전반사가 일어나게 되어 소음 차단 효과를 갖게 된다.
매질과 굴절의 관계에 따라 임계각은 매질의 속도 즉, 매질인 물질의 밀도에 따라 결정된다. 고체인 철의 경우 속도는 5000m/s 이고, 상온에서 대기의 속도는 340m/s가 된다. 이 경우 임계각(ic)은 약 3.9˚가 된다. 즉 3.9˚이상으로 입사각이 들어온다면 모두 전반사되어 새로운 매질로 소리가 진행하지 못하게 된다. 따라서 바닥마감재 경계면에서 3.9˚이상으로 입사각이 들어오게 하기 위해서 천장마감재의 공기층과 맞닿은 면을 음각하면 된다. 그러므로 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 층간 구조체에 있어서, 공기층의 밀도 및 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 물질의 밀도에 따라 임계각이 결정될 수 있다. 또한 공기층의 두께는 입사각에 영향을 주지 않기 때문에 얇은 층이어도 상관이 없다.
도 8a는 기존의 공기층과 맞닿은 일면이 평평한 구조를 가지는 층간 구조체에서 소리의 진행 방향을 나타낸 도면이다. 공기층과 맞닿은 바닥마감재 및 천장마감재는 콘크리트이고, 공기층은 상온에서의 대기라고 할 때 위층에서 발생한 소리가 i1의 입사각으로 공기층과 만나고 굴절에 의해 굴절각은 r이 되며, i2의 입사각으로 아래층의 천장마감재인 콘크리트를 통과하게 된다. 이 경우 소리는 아래층으로 전달되며 소음 차단 효과가 없는 경우에 해당한다.
그러므로 본 발명의 실시예들은 공기층에서 전반사될 수 있도록, 보다 구체적으로 공기층에서 천장마감재인 콘크리트면을 만날 때 전반사가 되어 소리가 다시 공기층으로 되돌아 갈 수 있도록 바닥마감재의 일면을 음각하여 법선을 기울도록 한다. 도 8a 및 도 8b에서 법선은 점선으로 소리가 진행하다 만나는 경계면과 수직인 직선이다. 법선으로부터 소리의 진행 방향에 대하여 기울어진 정도가 입사각(i1, i2)이고, 법선에 대하여 경계면을 지나 소리가 진행하는 방향에 대하여 기울어진 정도가 굴절각(r)이 된다. 법선이 기울게 되면서 입사각(i1)이 많이 줄어들게 되고, 굴절각(r) 또한 법선을 기준으로 0에 가깝게 된다. 이 소리가 천장마감재인 콘크리트와 만날 때 전반사가 일어날 수 있는 임계각 이상이 되면, 입사각이 임계각과 동일한 경우 콘크리트 면을 따라 외부 벽으로 빠져나가게 되고, 입사각이 임계각보다 큰 경우 다시 위층을 향해 소리의 방향이 바뀌게 된다. 따라서 바닥마감재의 공기층과 만나는 일면을 음각하여 법선을 기울이면 다양한 층간소음재를 사용하는 층간 구조체에도 소리의 전반사를 유도할 수 있고, 나아가 소음의 차단효과를 극대화 할 수 있다. 이러한 과정을 나타낸 것이 도 8b이다.
도 8b는 본 발명에 따른 일 실시예로써 바닥마감재인 콘크리트가 공기와 만나는 면을 불규칙하게 톱날 형상으로 음각한 구조를 가진다. 도 8a의 i1과 도 8b의 i1을 비교하면 도 8b가 법선이 기울어진 만큼 작아진 것을 알 수 있으며, 도 8a의 i2와 도 8b의 i2를 비교하면 도 8b의 i2가 더 커져서 결국 전반사가 발생하는 것을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 실시예들은 법선을 기울이기 위해서 만곡 형상 또는 톱날 형상으로 경계면을 음각하는 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 바닥마감재와 천장마감재 사이에 위치하는 공기층에 한 개 이상의 막을 포함하여 막을 경계로 두 개 이상의 공기층이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 막의 양면은 소정의 깊이만큼 만곡 형상 또는 톱날 형상으로 상기 임계각 이상이 되도록 음각한 구조인 것을 특징으로 하는 층간 구조체이다. 위층에서 발생하여 아래층 방향으로 진행하는 소리의 크기가 다양하기 때문에 물질이 다른 경계면을 통과할 때의 입사각도 서로 다양할 수 있다. 따라서 소리의 전반사를 유도하는 층을 여러 개 구성하는 경우 그 효과가 증대될 수 있을 것이다. 따라서 공기층에서 한 개 이상의 막을 포함하여 여러 층을 만들고, 막을 경계로 형성된 층에는 전반사를 유도할 수 있도록 밀도가 상이한 공기들을 충진한다.
하나 이상의 막은 유리 또는 폴리카보네이트(polycarbonate) 소재일 수 있다. 이는 밀도 차이를 크게 만들기 위한 소재이다. 막으로 인해 형성되는 두 개 이상의 공기층은 각각 밀도가 상이한 공기로 충진되고, 상온의 대기, 비활성 기체 또는 반응성이 낮은 질소를 이용할 수 있다. 즉, 충진되는 공기는 각각 대기, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소 중 어느 하나가 될 수 있다.
이때 경계면인 막의 양면은 소정의 깊이만큼 만곡 형상 또는 톱날 형상으로 상기 임계각 이상이 되도록 음각한 구조인 것을 특징으로 한다. 막의 두께는 층간 구조체의 두께보다 작지만, 일반적으로 100 밀리미터(mm) 이상이고, 임계각은 30˚이하일 수 있다.
이것의 실시예를 표현한 것으로 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기층에 한 개 이상의 막을 포함하는 층간 구조체의 개념도이다. 바닥마감재와 천장마감재는 콘크리트로 표현하였고, 공기층에 2개의 음각한 구조를 가지는 막을 포함하고 있다. 이때 세 영역으로 구분되는 층에는 각각 밀도가 상이한 공기를 충진하였고, 다양한 크기의 소음을 차단하기 위해 서로 다른 임계각으로 음각한 형상을 가질 수 있다. 도 9의 경우 막은 톱날형상 모양이지만, 엠보싱 모양과 같은 만곡 형상이 될 수 있다. 궁극적으로 임계각을 형성할 수 있는 모양으로 경계면을 형성하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 밀도 및 공기층과 맞닿은 천장마감재의 밀도와 공기층의 밀도가 소정의 차이만큼 나는 것을 특징으로 할 수 있다. 소리의 전반사를 유도하기 위한 임계각은 수학식 3에 의하여 결정될 수 있지만, 그 효과를 최대화하기 위해 밀도의 차이가 실험적으로 최대값인 것을 실시하기 위함이다. 건축물의 시공 가격에 따라서 건축 부재에 대한 실험을 통해 밀도의 차이 값을 결정할 수 있을 것이다. 예를 들어, 밀도의 차이를 최대화하기 위해 공기층은 대기가 아닌 비활성이고, 밀도가 작은 헬륨 기체로 대체될 수 있다. 바닥마감재 및 천장마감재는 밀도가 큰 유리 소재 또는 폴리카보네이트 소재의 물질이 될 수도 있을 것이다.
본 발명의 실시예들은 위층에서 발생하는 소음의 크기가 일상생활 소음 중에서 경량 충격음 또는 중량 충격음의 크기인 것을 특징으로 할 수 있다. 소리의 크기에 따라서 바닥마감재에서 공기층에 닿는 첫 번째 입사각의 범위가 결정될 수 있기 때문에 일정 범위 내의 소리를 대상으로 바닥마감재의 일면을 음각할 수 있다. 따라서 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리의 데시벨 범위는 경량 충격음 또는 중량 충격음의 크기의 범위가 되고, 소리의 데시벨 범위에 따라 층간 구조체를 형성할 수 있다. 즉, 하나 이상의 막은 서로 다른 모양으로 음각되고, 각각의 막의 음계각이 모두 상이하게 되는 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공기층과 만나는 바닥마감재의 일면을 음각하여 소리가 공기층에서 전반사되어 다시 소리의 발생 지점인 위층으로 돌아가게 됨으로써 층간 소음을 효과적으로 방지할 수 있다. 층간 소음재를 포함하는 층간 구조체에서 본 발명의 실시예에 따라 공기층과 만나는 일면을 음각하는 경우, 층간 소음재로 인한 소음 차단 효과가 본 발명에 따른 소리의 전반사로 인해 극대화될 것이다. 그러므로 다른 층간 소음을 위한 구조 또는 물질과 함께 사용이 가능할 뿐만 아니라, 소음 차단재의 효과를 증대시키는 효과를 가진다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 층간 구조체
10: 경계면
20: 바닥마감재
30: 공기층
40: 천장마감재

Claims (7)

  1. 바닥마감재 및 천장마감재를 포함하는 층간 구조체에 있어서,
    상기 바닥마감재와 상기 천장마감재 사이에 공기층을 포함하고,
    상기 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 일면은 상기 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리가 상기 공기층에서 전반사가 일어나기 위한 임계각 이상으로 소정의 깊이만큼 만곡 형상 또는 톱날 형상으로 음각한 구조인 것을 특징으로 하는 층간 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기층의 밀도 및 상기 공기층과 맞닿은 바닥마감재의 물질의 밀도에 따라 임계각이 결정되는 것을 특징으로 하는 층간 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기층은 한 개 이상의 막을 포함하여 상기 막을 경계로 두 개 이상의 공기층이 형성하고,
    상기 막의 양면은 소정의 깊이만큼 만곡 형상 또는 톱날 형상으로 상기 임계각 이상이 되도록 음각한 구조인 것을 특징으로 하는 층간 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 막은 유리 또는 폴리카보네이트(polycarbonate) 소재인 것을 특징으로 하는 층간 구조체.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 두 개 이상의 공기층은 각각 밀도가 상이한 공기로 충진되고,
    상기 상이한 공기는 대기, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈, 질소 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 층간 구조체.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 막의 두께는 100 밀리미터(mm) 이상이고, 상기 임계각은 30˚이하인 것을 특징으로 하는 층간 구조체.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 위층에서 발생하여 아래층으로 진행하는 소리의 데시벨 범위는 경량 충격음 또는 중량 충격음의 크기의 범위가 되고,
    상기 소리의 데시벨 범위에 따라 상기 하나 이상의 막은 서로 다른 모양으로 음각되고, 각각의 막의 임계각이 모두 상이한 것을 특징으로 하는 층간 구조체.
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