2.1 비상방송설비 음압레벨 개념 및 관련 기준

국내 비상방송설비의 기준을 이해하기 위해서는 스피커로 공급되는 전기적 출력(power)과 재실자가 실제로 청취하는 음압레벨(sound pressure level)을 명확히 구분할 필요가 있다. 전기적 출력은 증폭기에서 스피커로 공급되는 에너지의 크기를 와트(W)로 나타낸 것으로 설비 용량을 의미한다(8). 반면, 음압레벨은 실제 공간에서 재실자가 체감하는 음향 자극의 크기와 가장 밀접하게 연관된 물리적 지표로, 실질적인 전달 성능은 음압레벨로 평가된다. 이를 국내 기준(6)에서는 “실내 1 W, 실외 3 W”와 같이 스피커에 공급되는 전력만을 규정하고 있어, 제조사별에 따라 음압 차이를 보인다. 이에 따라 동일한 전력 기준을 적용하더라도 건축물 설치 환경 등에 따라 상이한 음압이 송출된다.

반면, 주요 선진국의 기준에는 실내 음압레벨이나 배경소음 대비 신호대잡음비 등을 고려한 보다 구체적인 사항을 제시하고 있다. 미국(9)의 NFPA 72 ｢National Fire Alarm and Signaling Code｣에서는 비상방송 경보 시 실내 음압을 주변 평균 소음보다 최소 15 dB (A) 이상, 또는 최대 소음보다 5 dB (A) 이상 크게 하고, 수면 공간에서는 베개 위치 기준 최소 75 dB (A)를 확보하도록 규정한다. 또한, 영국(10) BS 5839-8:2023 ｢Fire detection and fire alarm systems for buildings｣에서도 일반 재실공간에서 최소 65 dB (A) 이상, 배경소음이 60 dB (A) 이상인 경우에는 배경소음보다 5 dB 이상 높게 규정하고 있다. 마찬가지로 취침 구역은 침대 머리맡에서 최소 75 dB (A) 이상의 음압을 확보하고, 전체 음압이 120 dB (A)를 초과하지 않도록 전력이 아닌 음압 중심의 지표로 규정하고 있다.

2.2 비상방송설비 음압레벨 관련 선행연구

국내 비상방송설비 기준이 전력단위 중심으로 제시되면서, 다양한 공간 내 음압레벨을 정량적으로 검토하고자 하는 연구는 그동안 다수 수행되었다.

Lee(11)는 공동주택을 대상으로 비상경보설비 및 비상방송설비를 작동시킨 후, 계단실 및 복도뿐만 아니라 세대 내 거실 및 침실에서의 화재경보 발생 음압레벨을 실측하였다. 그 결과, 세대 내부의 음압이 NFPA 72에서 요구하는 기준에 만족하지 못하는 것으로 세대 내부 음압 수준 명시 및 기준 보완 필요성을 제기하였다.

Jeong 등(12)은 비상방송용 스피커를 대상으로 동일한 전기적 입력 조건에서 주파수 특성, 음압레벨, 라우드니스, 명료도 지표를 비교 분석하여 정격 출력과 실제 발생 음압 간의 관계를 검토하였다. 이를 통해, 정격 출력이 동일하더라도 스피커 감도와 주파수 응답 특성에 따라 차이가 발생하는 것을 확인하였다.

Jeong과 Lee(13)는 T자형 복도 공간을 대상으로 건축음향 해석을 수행하여 복도 마감조건과 비상방송 스피커 설치 위치 및 간격에 따른 음압레벨과 명료도를 분석하였다. 동일한 설계기준을 적용하더라도 설치배치 및 음향 특성에 따라 편차가 나타났으며, 음향 특성을 고려한 설계 및 배치의 필요성을 제기하였다. 공통적으로 전력 중심 기준만으로는 재실자 관점에서 요구되는 음압레벨 확보가 어렵다는 점을 확인하였으며, 정량적 기준의 필요성을 제기하였다.

다만, 해당 연구들은 단일 공간 및 특정 장비 수준에 초점을 두고 있어 현행 기준에서 운용되고 있는 실제 국내의 다양한 건축물 전반의 비상방송설비의 실제 음압 수준을 포괄적으로 파악하지는 못했다.

이에 따라, 본 연구에서는 비상방송설비가 설치 운용 중인 실제 건축물을 대상으로 비상방송설비 작동 시 음압레벨을 현장 실측하였다. 이를 통해 국내 비상방송설비가 실제로 어느 수준의 음압레벨로 운용되고 있는지, 건축물에 따른 음압레벨이 어떻게 분포하는지 정량적으로 제시하고자 한다. 이러한 기본 배경 데이터를 기반으로 음압 설정 및 관련 기준 보완 시 현실성을 검토할 수 있는 토대를 마련코자 한다.

3.1 대상지 개요 및 환경

국내 건축물의 일반적인 음향 특성이 반영되고 법적기준에 따른 유지관리가 체계적으로 이루어지고 있는 교육연구시설을 대상으로 현장 측정을 수행하였다. 구체적인 측정 대상은 P 대학교 내 총 9개의 건축물 1층 비상방송 스피커 인근 지점을 대상으로 그 개요를 Table 1과 같이 정리하였다. 실내 바닥 및 벽체는 석재 마감이었으며, 천장을 텍스로 구성되어 있었다. 또한 측정 시간대는 매번 09:00∼11:00로, 실내 온도는 평균 20.9 ℃, 습도는 38∼42% 범위에서 유지되었다.

Table 1

Measurement Building Status

3.2 측정 방법

비상방송설비 작동 시 송출되는 음향 출력을 정밀하게 측정하기 위해서 NTi audio 社의 XL2 audio 장비를 사용하였다. 측정에 앞서 전용 음향 보정기를 이용하여 장비를 보정한 후 측정을 수행하였다. 측정 방법은 Figure 1과 같이 천장형 스피커 부착 위치로부터 수직 방향 거리 1 m 지점에서 측정하였다(11).

Figure 1

Experimental setup for acoustic measurements.

음향측정은 ｢비상방송설비의 화재안전성능기준(NFPC202)｣에 따라 구축된 현장에서 사용 중인 운전값 그대로 구동하였다. 측정 과정에서 관련 설비에 대한 설정은 별도 조작하지 않았다. 또한, 공휴일의 비점유 시간대에 실시하여 유동 및 상주 인원을 철저하게 배제하여, 배경소음 영향을 최소화할 수 있는 조건에서 진행되었다.

측정 구간은 비상방송음원의 구간과 비상방송 안내 메시지로 구성된 1 cycle (약 40 s) 구간을 대상으로 측정하였다. 평가 지표는 인간의 청감 특성을 반영한 A-가중 음압 레벨을 적용하였으며, 등가음압레벨(L_eq)을 기록하였다. 측정 지점은 각 건축물마다 1층을 기준으로 동일하게 단일 측정하였다.

4.1 전체 비상방송설비 음압레벨 측정 결과

비상방송설비의 전반적인 음압레벨 수준을 파악하기 위해 각 건축물에서 측정된 모든 지점의 음압레벨을 건축물 단위로 정리하여 최솟값, 최댓값, 평균값을 도출하였다. 총 9개 건축물 각각에 대해 비상방송 송출 시 측정된 음압레벨을 종합하여 전반적인 범위와 수준을 Figure 2에 정리하였다.

Figure 2

Distribution of measured sound pressure levels of emergency broadcasting systems by building (A to I).

건물별 최소, 최대음압은 H건물과 E건물에서 각각 51 dB (A)와 99 dB (A)로 나타났다. 건축물 전체 평균으로는 E 건물이 96 dB (A)로 가장 높았으며, H 건물이 73 dB (A)로 상대적으로 가장 낮게 나타났다.

다시 정리하면 건축물별 평균 음압레벨의 최대-최소 차이는 약 20 dB (A) 수준으로 이는 음압 기준으로 약 10배의 차이를 나타낸다. 20 dB (A) 이상의 편차는 실제 재실자가 청감 시 약 4배 이상 인지할 수 있는 음압레벨 차이이다. 이는 동일한 법적 기준에 의거하여 설치된 비상방송설비라 하더라도 건축물에 따라 재실자가 체감하는 음압레벨 수준이 현저히 다를 수 있음을 확인하였다.

특히 H 건물의 평균값은 B 건물에서 관측된 최솟값과 유사한 수준으로, 일부 건축물에서는 평균 음압레벨이 다른 건축물의 최소 음압레벨과 유사한 수준까지 될 수 있음을 확인하였다. 따라서, 현재의 전력단위(W) 중심 기준만으로는 재실자 관점에서 일정 수준 이상의 비상방송 음량을 공통적으로 확보하기 어렵고 정량적 기준 설정이 필요한 것으로 판단된다.

4.2 비상방송음 구간별 음압레벨 측정 결과

비상방송설비의 특성을 보다 세부적으로 파악하기 위해 구간별로 구분하여 분석해보았다. 그 결과, 각 건축물별로 재생시간이 상이하여 경보음은 최소 5 s, 최대 14 s로 나타났으며, 비상방송 안내 메시지 재생시간은 최소 15 s, 최대 29 s로 확인되었다. 또한 구성 방식은 (1) 경보음 재생 후 안내 메시지가 단독으로 송출되는 경우와 (2) 경보음 재생 후 안내 메시지와 경보음이 동시에 송출되는 2가지로 분류되었다. 이에 시간에 따른 음압레벨 변화를 Figure 3과 같이 나타냈다. 건축물별 비상방송 음원의 재생 시간이 상이하므로 해당 cycle이 실제로 종료되는 시점까지만 그래프에 도시하였다. 이에 따라 일부 구간에서 x축이 끊어져 보이는 것은 해당 지점에서 종료되었음을 의미한다.

Figure 3

Temporal analysis of sound pressure levels of emergency broadcasting systems (Shown from the top-left in order from A to I).

구간별 음압레벨 분석결과, 경보음의 경우 음압레벨은 75∼97.1 dB (A) 범위에 분포하고 있으며 비상방송 안내 메시지의 음압레벨은 71.2∼95.8 dB (A) 범위로 경보음보다 다소 낮은 수준을 나타냈다. 각 신호별 최대-최솟값을 기준으로 약 20 dB 수준의 편차를 보였다.

또한, C, G, I를 제외한 대부분의 구간에서 경보음이 비상방송 안내 메시지보다 크게 나타났다. 특히 F 건물의 경우 경보음 96.2 dB (A)에 비해 비상방송 안내 메시지가 85.6 dB (A)로 약 10 dB 이상 차이를 나타내 경보와 비상방송 안내 메시지 사이의 음압 레벨 차이가 크게 나타났다. 반면, C, G, I 구간에서는 비상방송 안내 메시지 음압이 경보음과 유사한 수준이거나, 구간에 따라서는 차이를 나타냈다. I 구간의 경우 비상방송 안내 메시지가 82.4 dB (A)로 경보음 78.2 dB (A)보다 약 4 dB 높게 나타났다.

물론, 경보음과 비상방송 안내 메시지는 전달 목적과 정보 내용이 상이하므로 두 신호 간 음압레벨의 정도가 다를 수 있다. 그러나 실제 피난 행동을 유도하는 핵심정보가 비상방송 안내 메시지에 포함되어 있다는 점을 고려할 필요가 있다. F 건물과 같이 비상방송 안내 메시지 음압이 경보음보다 10 dB 이상 낮게 설정된 경우, 경보자체 인지는 가능하더라도 이후 안내 내용이 충분한 크기로 전달되지 못할 우려가 있다.

또한, 각 건축물마다 경보음 및 비상방송 안내 메시지의 음압레벨이 서로 다른 패턴을 보이고 경보 대비 비상방송 안내 메시지의 상대적 크기가 일관되지 않게 나타났다. 이는 동일 기준에 따라 설치된 비상방송설비라 하더라도 건축물에 따라 경보음과 비상방송 안내 메시지 간 음압레벨 관계가 체계적으로 관리되지 않고 있음을 의미하므로, 향후 비상방송 경보음 및 비상방송 안내 메시지 구간의 음압 차이에 대한 정량적 운용 기준 마련이 필요하다고 판단된다.