설계 주제 : 층간 소음 측정 & 알림 장치

개요

공동주택의 건축 구조상 이웃들과 매우 밀접하게 생활하기 때문에 여러 크고 작은 문제점들이 발생한다. 그 중 가장 대표적인 문제가 바로 층간소음 문제이다. 권익위원회 110 콜센터에서 조사한 결과에 따르면 층간소음으로 인한 스트레스를 받은 경험이 있는 것으로 조사되었다.

최근 층간소음으로 인한 사회적 문제가 많이 발생하고 있다. 공동주택에서 층간소음으로 인한 다툼이 폭행과 방화, 심지어 살인으로 이어지기도 한다. 가장 사소한 이유에서 발생하는 층간소음 문제이지만, 그 결과는 아무도 예상할 수 없다. 또한, 층간소음 발생 원인을 보면

아이들 뛰는 소음이 72%를 차지하고 있다. 보호자들이 항상 아이들을 지켜볼 수 없을뿐더러 정작 그들은 얼마나 큰 소음이 발생하고 있는지 인지하지 못하는 경우가 대부분일 것이다. 본 프로젝트는 이러한 문제점을 해결하고자 층간소음을 측정 할 수 있는 시스템과 측정한 데이터를 모니터링 할 수 있는 서비스를 구현하고자 한다.

이론

소음 측정

소음의 측정 단위로는 db(데시벨)이 있다. 이는 소리의 상대적인 크기를 나타내는 단위로 고막에 울리는 공기의 압력을 수치화 하여 만들어진 단위이다. 데시벨 값은 기준이 되는 소리의 세기와 측정하려는 소리의 세기의 비 값을 상용로그 취해준 다음 10을 곱하면 구할 수 있다. 데시벨을 구하기 위해서는 옴의 법칙과 전력식을 사용하여야 한다. 옴의 법칙을 이용하면 [eqn: I= {V} over {R}], [eqn: R=` {V} over {I}],[eqn: V=IR], [eqn: P(전력)=V⦁I] 이다. 이때, 전력식에 [eqn: I= {V} over {R}] 대입하면 [eqn: P= {V ^{2}} over {R}] 즉, 데시벨을 구하는 식에 대입하면 [eqn: dB=10log _{10} ( {R _{1} TIMES `V _{1} ^{{} _{2}}} over {R _{0} TIMES `V _{0} ^{{} _{2}}} )]으로 계산이 된다. 저항은 기본적인 회로의 저항이므로 약분될 수 있고, 따라서 최종적으로 데시벨을 구하는 공식을 구할 수 있다.

[eqn: dB`=`10log _{10} ( {V _{1} ^{2}} over {V _{0} ^{2}} )]  ([eqn: V _{0}] : 소리가 없을 때 전력, [eqn: V _{1}] : 소리가 있을 때 전력)

진동 측정

진동수(Hz)는 [eqn: f= {1} over {T}] 공식을 이용해서 구해지는데 아두이노 센서를 이용해 진동수를 구하기 위해서는 진동이 울릴 때 측정되는 진동 사이의 주기를 구하여 역수를 취해 Hz를 구하도록 한다. 진동이 발생할 때 전력값이 최대가 되는 두 지점의 시간값을 빼주면 주기가 되고 [eqn: f= {1} over {T}]를 통해 역수를 취해준 다음 정수화 시키기 위해 [eqn: 10 ^{-3}]을 곱하여 Hz를 구한다.

층간 소음 피해기준

소음에 대한 규제 조항을 두고 있는 법률들은 변동하는 소음을 주어진 시간동안 변동하지 않는 평균레벨의 크기로 환산하여 측정하는 등가소음레벨법(Equivalent Sound Level)을 사용하고 있다. 즉, 정해진 측정시간 동안의 변동소음을 시간적으로 평균하여 산출된다. 결국, 소음도의 파워 평균이다. 파워 평균을 구하는 공식은 [eqn: L=L-10log _{n}] (n은 음원의 수) 이다.

구분	소음원	평가방법	주간	야간
직접충격소음	뛰는(걷는)소리	1분 등가소음도	43 dB	38 dB
		최고소음도	55 dB	50 dB
공기전달음	악기, 대화, 급⦁배수음	5분 등가소음도	45 dB	40 dB

관련기술

디지털소음 측정기

기본적인 측정도구로 휴대가 간편하고 주로 소음 측정을 위한 기기로 사용된다. 하지만 이를 이용한 층간소음 측정 방법은 정해진 시간내에 여러 장비와 복잡한 분석의 절차가 필요하다.

<디지털 소음 측정기>             <실제 측정 방법>

시연시나리오

㉠ 1단계 : 층간 소음 측정 장치를 바닥 구조물 사이에 설치한다.(설치)

㉡ 2단계 : 발생된 소음을 센서들이 인식하고 데이터를 측정한다.(소음,진동 측정)

㉢ 3단계 : 센서에 의해 측정된 데이터 값을 dB(데시벨)과 Hz(진동)으로 변환한다.

㉣ 4단계 : 변환된 dB(데시벨)값과 Hz(진동) 값을 기록

(특정 기준치를 정하여 초과하는지 비교, 분석)

㉤ 5단계 : 비교, 분석된 데이터를 그래프화하고 Application을 통해 제공해준다.

㉥ 6단계 : 알림 서비스 및 모니터링을 제공함으로써 미연에 분쟁을 방지한다.

Output

산출물로는 감지센서를 이용하여 받아온 값을 바탕으로하여 모바일 어플리케이션을 통해 지정해 둔 기준값보다 큰 경우에 해당하는 데시벨 값과 Hz의 값을 저장하여 모니터링 할 수 있도록 그래프화 시켜 보여주도록 하고, 집 안에 설치되어 있는 LED를 통하여 사용자가 수시로 확인하지 않아도 직관적으로 현재 층간소음 발생 정도를 확인할 수 있도록 알려주도록 한다.

Design

Hardware

진동 및 소음 측정

아두이노에 진동감지센서와 소리감지센서를 연결하여 발생한 진동과 소음 정도를 측정하도록하고, 아두이노는 센서 측정값을 dB, Hz로 계산하도록 한다.

통신 및 알림시스템

이용자가 항상 어플리케이션을 통하여 모니터링 할 수 없으므로 LED를 통하여 발생정도에 따라 알려줌으로써 직관적으로 확인 할 수 있도록 한다. 또한 Bluetooth를 통한 어플리케이션 통신으로 누적화된 정보를 확일 할 수 있도록 한다.

Software

센서를 통해 감지한 정보를 아두이노에 저장된 계산 방식을 통하여 dB과 Hz로 변환한 뒤, 해당 값이 기준치보다 클 경우 그 값을 기록하고, 소음이 계속 될 경우 1분 등가소음도와 비교하여 LED를 통한 직관적인 알림 신호를 보내도록 한다.

Required item

Role

이름	역할
황영롱	모바일 어플리케이션 설계
임영진	아두이노 하드웨어 설계
김진형	보고서 작성, 아두이노 소프트웨어 설계

Schedule

Discussion

이번 Idea proposal을 작성하면서 층간소음에 대한 많은 문제점들과 해결방안에 대해 알아볼 수 있는 좋은 기회가 되었다. 소음 문제에 대한 미래 개선 방향을 생각해 볼 수도 있었는데, 현존하는 기술 중 측정되는 소음을 분석하여 소음을 상쇄시킬 수 있도록 상쇄파를 동시에 발생 시켜 주변 소음 크기를 줄이는 기술을 찾을 수 있었다. 하지만 찾아본 기술로는 일부 제한적인 부분에 한해서만 사용되는 문제점을 찾을 수 있었다. 이 기술을 좀 더 보강하여 향후 우리가 개발하고자 하는 제품과의 융합을 통해 완성시킨다면 층간소음 뿐 아니라 주변 환경적인 소음 문제 또한 해결 가능할 것으로 생각된다.