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방음벽

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목차

1. 개요

방음벽은 차량 교통 소음을 줄이기 위해 설치되는 구조물로, 20세기 중반 미국에서 처음 건설되었다. 초기에는 음향학적 분석을 통해 설계되었으며, 1970년대 미국의 환경 정책법 제정으로 방음벽 설치가 확대되었다. 덴마크 등 서유럽 국가에서는 투명 재료를 사용한 방음벽이 개발되기도 했다. 방음벽은 소음 감소, 대기 오염 감소 등의 장점이 있지만, 조류 충돌, 미관 저해, 시야 제한, 낙서 등의 문제점도 있다.

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방음벽
기본 정보
고속도로 옆 방음벽
캐나다 몬트리올의 고속도로 옆 방음벽
다른 이름방음 덮개
방음 울타리
방음벽
목적
용도소음 감소
적용 대상도로
철도
산업 장비
재료 및 디자인
재료콘크리트
강철
나무
유리
플라스틱
디자인 요소흡수성 표면
반사성 표면
경사진 상단
곡선형 상단
유형
유형벽
토루
울타리
덮개
고려 사항
고려 사항높이
길이
위치
재료
미적 요소
환경 영향
장점소음 공해 감소
단점시각적 영향

2. 역사

방음벽은 20세기 중반, 차량 교통이 급증한 미국에서 처음 건설되었다. 최초의 방음벽은 캘리포니아주 밀피타스의 I-680 고속도로에 설치되었다.[1] 1960년대 후반에는 음향학 기술을 이용하여 방음벽 설계의 효능을 수학적으로 평가하기 시작했다. 1990년대에는 덴마크 등 서유럽 국가에서도 투명 재료를 사용한 방음벽을 설계하기 시작했다.[2]

초기 컴퓨터 모델은 도로 기하학, 지형, 차량 교통량, 속도, 트럭 비율, 노면 유형, 기상학 등을 고려했다. 미국에서는 캘리포니아주 새크라멘토의 Caltrans 본부, 써니베일의 ESL Inc., 매사추세츠주 케임브리지의 Bolt, Beranek and Newman[3], 플로리다 대학교 연구팀 등 여러 연구 그룹이 컴퓨터 모델링 기술을 개발했다. 캘리포니아주 로스알토스의 Foothill Expressway는 과학적으로 설계된 최초의 방음벽 중 하나였다.[4]

1970년 미국의 국가 환경 정책법과 1972년 소음 규제법[5] 제정은 방음벽 모델 개발과 적용을 가속화하고, 방음벽 설계 수요를 증가시켰다.

2. 1. 1960년대 ~ 1970년대: 미국에서의 등장과 발전

음향 과학자가 캘리포니아주 산타클라라군에서 방음벽 설계 연구에서 소리를 측정하고 있다.


방음벽은 20세기 중반, 차량 교통이 급증하면서 미국에서 처음 건설되었다. 최초의 방음벽은 캘리포니아주 밀피타스의 I-680 고속도로에 설치되었다.[1] 1960년대 후반에는 특정 도로에 인접한 방음벽 설계의 효능을 수학적으로 평가하기 위한 분석적인 음향학 기술이 등장했다.

초기 컴퓨터 모델은 도로 기하학, 지형, 차량 교통량, 차량 속도, 트럭 혼합, 노면 유형 및 미시 기상학의 영향을 고려했다. 여러 미국의 연구 그룹에서 컴퓨터 모델링 기술을 개발했는데, 주요 그룹은 다음과 같다.

캘리포니아주 로스알토스의 Foothill Expressway에 대한 연구는 과학적으로 설계된 최초의 방음벽 사례 중 하나이다.[4]

1970년에 제정된 미국의 국가 환경 정책법은 전국 모든 연방 보조 고속도로법 프로젝트에서 소음 공해에 대한 정량적 분석을 의무화하여 방음벽 모델 개발 및 적용을 가속화했다. 소음 규제법[5] 통과는 방음벽 설계에 대한 수요를 더욱 증가시켰다.

1970년대 후반까지 미국에서 12개 이상의 연구 그룹이 유사한 컴퓨터 모델링 기술을 적용하고 매년 최소 200개의 서로 다른 방음벽 위치를 다루고 있었다. 현재 기준으로, 이 기술은 고속도로의 소음 공해 평가에서 표준으로 간주되며, 사용된 컴퓨터 모델의 특성과 정확성은 1970년대 기술의 원본 버전과 거의 동일하다.

2. 2. 1990년대 ~ 현재: 전 세계적 확산과 기술 발전

1990년대에는 덴마크를 비롯한 서유럽 국가에서 투명 재료를 사용한 방음벽 설계가 시작되었다.[2] 사용된 컴퓨터 모델의 특성과 정확성은 1970년대 기술의 원본 버전과 거의 동일하다.

대한민국에서 방음벽이 설치되기 시작한 배경과 현재 상황, 그리고 관련된 정책 변화에 대한 내용은 원문에 명시되어 있지 않으므로 해당 부분은 작성하지 않는다.

3. 설계

방음벽 설계는 음향학적 원리를 바탕으로, 도로 및 철로를 선원으로 간주하여 소음을 줄이는 것을 목표로 한다. 회절과 굴절 현상을 고려하여 방음벽의 높이와 위치를 결정하며, 차량의 종류와 속도에 따라 발생하는 엔진 소음, 타이어 소음, 공기역학적 소음 등을 모델링에 포함한다.

방음벽은 사유지, 공공 통행권 등에 건설될 수 있다. 소음 수준은 로그 척도로 측정되므로, 9 데시벨 감소는 원치 않는 소음 전력의 약 86% 제거와 동일하다.

캘리포니아 주도 제12호선을 따라 건설된 소음 방지벽 흙 제방, 소노마 카운티, 캘리포니아


지형에 따라서는 어떤 방음벽으로도 소음을 막을 수 없는 경우가 있다. 따라서 비용과 미학적 관점을 고려하여 방음벽 설치 여부를 결정한다.

3. 1. 음향학적 원리

방음벽 설계의 음향학은 고속도로나 철도를 선원으로 취급하는 것을 기본으로 한다. 이 이론은 특정 감각 수용체로 향하는 음파의 이동을 막는 것을 기반으로 하지만, 회절 현상도 고려해야 한다. 음파는 방음벽 꼭대기와 같은 가장자리를 통과할 때 (아래로) 굽어진다. 따라서 고속도로나 다른 소음원에서 나오는 소리를 더 많이 차단하려면, 시야를 가리는 방벽을 설치해야 한다.[6]

굴절 현상은 문제를 더 복잡하게 만드는데, 이는 불균일한 대기에서 음파가 굴절되는 현상이다. 윈드 시어와 온도 역전층이 이러한 불균일성을 일으킨다. 모델링되는 소음원은 엔진 소음, 타이어 소음, 공기역학적 소음을 포함하며, 이 모든 것은 차량 종류와 속도에 따라 달라진다.

소음 수준은 로그 척도로 측정되므로, 9 데시벨 감소는 원치 않는 소음 전력의 약 86%가 제거되는 것과 같다.

3. 2. 재료

방음벽에는 조적, 토공(예: 흙 흙둑), 강철, 콘크리트, 목재, 플라스틱, 단열 울, 복합 재료 등 다양한 재료가 사용될 수 있다.[7] 흡음재로 만들어진 벽은 단단한 표면과 다른 방식으로 소리를 완화한다.[8] 광전지 패널과 같은 능동형 재료를 사용하여 교통 소음을 줄이면서 전기를 생산하는 방음벽을 만들 수도 있다.[9][10][11]

다공성 표면 재료와 방음 내용물을 가진 벽은 소리가 반사되거나 다른 곳으로 반사되는 경우가 거의 없을 때 흡음재가 될 수 있다. 조적이나 콘크리트와 같은 단단한 표면은 대부분의 소음이 소음원과 그 너머로 반사되는 반사재로 간주된다.[12]

석벽이나 토루(정상부는 견치석으로 되어 있기도 하다)를 사용한 차음벽도 있다. 차음벽의 주요 재질은 강철, 콘크리트, 석재, 목재, 플라스틱, 울, 또는 이들의 혼합 등이다.

3. 3. 기타

소방 활동을 위한 틈새(소화전 접근, 소방 호스 연결 등)를 설계해야 할 필요성이 있다. 비용, 미학 등 음향학 외적인 고려 사항이 방음벽 설계에 영향을 미친다. 어떤 경우에는 도로를 소음 감소 구조물로 둘러싸거나 개착식 터널 방식을 사용하기도 한다.[12]

4. 장점 및 효과

일반적으로 방음벽 설치는 외관상의 단점보다 소음 억제의 이점이 훨씬 더 크다. 방음벽은 지역 주민들의 수면 장애, 스트레스, 청각 장애, 고혈압 위험을 줄이고, 야외 생활과 대화 환경을 개선하는 효과가 있다.[1]

4. 1. 소음 감소

일반적으로 방음벽 설치로 인한 소음 억제의 이점이 외관상의 단점보다 훨씬 더 크다. 방음벽의 이점으로는 지역 주민들의 수면 장애 감소, 야외 생활 개선, 대화 방해 감소, 스트레스 감소, 청각 장애 위험 감소, 고혈압 위험 감소(순환기 건강 증진) 등이 있다.[1]

4. 2. 대기 오염 감소

방음벽은 도로변 대기 오염 농도를 낮추는 것으로 나타났다. 도로에서 15~50m 안에서, 방음벽의 바람이 불어가는 쪽의 대기 오염 농도는 뚫린 도로보다 최대 50%까지 낮아질 수 있다.[13]

방음벽은 도로에서 나오는 오염 물질 덩어리(플룸)가 벽 위로 올라가도록 해서, 높은 곳에서 오염 물질이 나오는 것과 같은 효과를 내고, 플룸이 수직으로 퍼지는 것을 돕는다. 방음벽 때문에 처음 바람의 속도가 느려지고 방향이 바뀌면서 플룸이 수평으로 퍼진다. 느린 속도와 재순환 공동을 특징으로 하는 매우 난류인 풍속 기울기 영역이 방음벽 뒤에 만들어져서 분산을 더욱 돕는다. 이것은 방음벽 뒤쪽에서 주변 공기와 오염 물질을 섞는다.[14]

5. 문제점 및 단점

방음벽은 여러 문제점과 단점을 가지고 있다. 투명 방음벽은 새들이 충돌하여 죽는 경우가 발생하며, 화재에 취약하여 쉽게 녹아내릴 수 있다.[2][3]

방음벽의 잠재적인 단점은 다음과 같다:[4]


  • 운전자 및 철도 승객의 시야를 가린다.
  • 조경 및 도시 경관에 부정적인 영향을 미친다.
  • 낙서나 게릴라 마케팅의 표적이 되기 쉽다.
  • 시야에서 가려진 공간을 생성하여 사회적 통제를 약화시킬 수 있다.


이 외에도 방음벽은 풍경을 가려 운전자나 주민들의 즐거움을 빼앗고, 설계, 건설, 유지 보수에 비용이 많이 든다는 단점이 있다.[5] 배수로 설치를 위해 방음벽 디자인이 끊어지는 경우도 있다.[5]

그러나 일반적으로 소음 억제의 이점이 이러한 단점들보다 훨씬 크다. 소음 억제는 지역 주민들의 수면 장애 감소, 야외 활동 개선, 대화 방해 감소, 스트레스 감소, 청각 장애 및 고혈압 위험 감소 등 다양한 긍정적인 효과를 가져다준다.[6]

5. 1. 환경 문제

투명 방음벽은 조류-창문 충돌을 일으킬 수 있다.[1] 조류가 방음벽에 충돌하여 죽는 경우도 있다.[2] 또한 방음벽은 화재에 취약하여 쉽게 녹아내릴 수 있다.[3]

방음벽의 잠재적인 단점은 다음과 같다.[4]

  • 운전자와 철도 승객의 시야를 가린다. 유리로 된 방음벽은 시각적 장애를 줄일 수 있지만 정기적인 청소가 필요하다.
  • 조경 및 도시 경관에 미치는 미적 영향이 있다.
  • 낙서, 승인되지 않은 게릴라 마케팅, 기물 파손의 표적이 될 수 있다.
  • 시야에서 가려진 공간 및 사회적 통제(예: 기차역)를 생성한다.


방음벽의 단점은 다음과 같다.[5]

  • 풍경을 볼 수 없게 되어 운전자나 인근 주민들의 즐거움을 앗아간다.
  • 설계, 건설, 유지 보수에 비용이 든다.
  • 배수로를 배치하기 위해 장벽이 끊어지는 설계가 될 수 있다.


일반적으로 소음 억제의 이점이 외관상의 단점보다 훨씬 더 중요하다. 소음 억제의 이점으로는 지역 주민들의 수면 장애 감소, 야외 생활 개선, 대화 방해 감소, 스트레스 감소, 청각 장애 위험 감소, 고혈압 위험 감소(순환기 건강 증진) 등이 있다.[6]

5. 2. 도시 경관 저해

운전자나 철도 승객의 시야를 가린다는 점은 방음벽의 잠재적인 단점으로 지적된다.[1] 투명한 재질로 만들어진 방음벽은 이러한 시각적 장애를 줄일 수 있지만, 주기적인 청소가 필요하다.[1]

방음벽은 주변 조경과 도시 경관에 미치는 미적인 영향도 고려해야 한다.[1] 방음벽이 설치되면 주변 경관을 가려 운전자나 인근 주민들이 풍경을 즐길 수 없게 된다.[2] 또한, 낙서, 허가받지 않은 게릴라 마케팅, 기물 파손의 대상이 될 수 있다는 문제점도 있다.[1]

5. 3. 사회적 문제

방음벽은 시야에서 가려진 공간을 만들어 사회적 통제를 약화시키고, 낙서나 승인되지 않은 게릴라 마케팅, 기물 파손의 표적이 될 수 있다.[1] 또한, 크고 투명한 방음벽은 조류-창문 충돌을 일으킬 수 있다.[1]

참조

[1] 뉴스 Building the Wall: Highway Sound Barriers and the Evolution of Noise http://99percentinvi[...] 2016-12-08
[2] 서적 Environmental Noise Barriers: A Guide to Their Acoustic and Visual Design Taylor & Francis 1999
[3] 문서 Acoustical analysis of the [[New Jersey Turnpike]] widening project between Raritan and East Brunswick Bolt Beranek and Newman 1973
[4] 문서 Design of Noise Abatement Structures along Foothill Expressway, [[Los Altos, California]] Santa Clara County Department of Public Works, ESL Inc., Sunnyvale, California 1970-10
[5] 법률 Public Law No. 92-574, 86 Stat. 1234 (1972)Noise Pollution and Abatement Act of 1972, codification amended at 42 U.S.C. 4901-4918 (1988)
[6] Youtube Highway Noise Barrier Design https://www.youtube.[...] 2010-07-31
[7] 웹사이트 4. Noise Barrier Types - Design - Design Construction - Noise Barriers - Noise - Environment https://www.fhwa.dot[...] U.S. Federal Highway Administration 2017-01-16
[8] 간행물 Reflective and Non-reflective Highway Barriers MD SHA
[9] 논문 Power and energy potential of mass-scale photovoltaic noise barrier deployment: A case study for the U.S https://hal.archives[...] 2017
[10] 웹사이트 How Solar Panels Work: Solar Power Science Explained https://www.ecowatch[...] 2021-07-07
[11] 웹사이트 Solar power generating noise barriers go up in the Netherlands https://www.treehugg[...]
[12] 문서 Highway Traffic Noise 2005-06
[13] 문서 Bowker et al., 2007; Baldauf et al., 2008; Heist et al., 2009; Ning et al., 2010; Finn et al., 2010
[14] 문서 The effects of roadside structures on the transport and dispersion of ultrafine particles from highways. 2007
[15] 서적 Environmental Noise Barriers: A Guide to Their Acoustic and Visual Design Taylor & Francis 1999
[16] 문서 Acoustical analysis of the New Jersey Turnpike widening project between Raritan and East Brunswick Bolt Beranek and Newman 1973
[17] 문서 Design of Noise Abatement Structures along Foothill Expressway, Los Altos, California Santa Clara County Department of Public Works, ESL Inc., Sunnyvale, California 1970-10
[18] 법률 Public Law No. 92-574, 86 Stat. 1234 (1972)Noise Pollution and Abatement Act of 1972, codification amended at 42 U.S.C. 4901-4918 (1988)

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