[비즈월드] 우리나라는 국토가 좁아 아파트·오피스텔 등의 공동주택 보급이 일반화돼 있다. 윗집 아랫집이 다닥다닥 붙은 공동주택은 층간소음에 취약하다. 이에 건설업계는 층간소음을 잡아낼 기술개발에 매진하며 다양한 특허기술을 쏟아내고 있다. 비즈월드가 층간소음을 해결하고 쾌적한 집을 이룰 건설업계 특허를 알아봤다. [편집자 주]

롯데건설(대표 박현철)이 공동주택 입주자를 괴롭히는 중량충격음을 잡기 위해 ‘동조 질량 댐퍼’를 개발하고 특허까지 취득했다.

9일 비즈월드가 특허정보검색서비스 키프리스를 통해 확인한 결과, 롯데건설의 ‘바닥충격음 저감용 공명형 흡음구조를 갖는 동조 질량 댐퍼 구조’는 지난 2020년 8월 4일 출원(출원번호 제1020200097695호)돼 올해 2월 28일 특허(등록번호 제102506696호)로 등록받았다.

공동주택 입주자를 괴롭히는 소음은 대부분 중량충격음이다. 경량충격음은 가벼운 물건이 떨어지거나 의자 등의 가구를 끌 때 발생한다. 중량충격음은 사람이 걷고 뛰거나 무거운 물건이 떨어질 때 발생한다. 경량충격음은 층간소음 완충재나 흡음재로 차단 효과를 볼 수 있으나 중량충격음은 콘크리트 바닥의 진동으로 발생하기 때문에 완충재나 흡음재로 차단 효과를 볼 수 없다.

‘동조 질량 댐퍼’는 중량충격음으로 인한 슬래브(콘크리트 바닥)의 진동을 억제함과 동시에 슬래브에서 방사되는 소음을 줄여 층간소음을 보다 완벽히 차단할 수 있는 구조다.

동조 질량 댐퍼는 제진 장치의 일종이다. 제진이란 건축물 내외부에서 진동에 대응한 제어력을 가해 진동을 저감시키는 것을 말한다. 구조물에 전달된 에너지를 대신 흡수·분산하며 진동의 크기를 줄인다.

원래 동조 질량 댐퍼는 건축물 전체나 교량 등의 진동을 줄이기 위해 사용된다. 이 발명에서는 구조를 일부 변형해 ‘공명형 흡음구조’를 추가하며 공동주택 층간소음 저감용으로 새롭게 만들었다.

동조 질량 댐퍼는 공동주택 거실의 우물천장과 위층 슬래브 사이 좁은 공간에 설치된다. ▲질량체 ▲강성체 ▲감쇠기(damper) 등으로 구성된다.

질량체는 상판·하판을 포함하는 케이싱이다. 상판에는 타공 홀이 하판에는 흡음재가 구비된다. 상판과 흡음재 사이에는 공기층이 형성돼 ‘공명형 흡음구조’를 이룬다.

이 공명형 흡음구조는 헬름홀츠 공명기(Helmholtz resonator) 원리가 적용됐다. 헬름홀츠 공명기는 좁고 긴 관을 가진 통의 형태다. 관이 길고 좁고 통의 부피가 클수록 낮은 주파수에서 공명 현상이 일어나며 공기 입자의 진동이 최대가 돼 음에너지가 소산되며 흡음이 이뤄지는 원리다.

이 발명에서 공명형 흡음구조 설계는 타공 홀의 직경, 타공의 간격, 상판의 두께, 공기층의 두께로 이뤄진다.

강성체는 질량체와 질량체를 연결하는 요소로 일반적으로 방진 스프링이 사용된다.

감쇠기는 슬래브와 질랑체 사이에서 에너지를 흩어져 사라지게 하는 완충 역할을 한다.

슬래브의 고유진동수가 10Hz라면 감쇠기의 감쇠계수를 감안해 공진주파수가 10Hz 수준이 되도록 상판·하판·흡음재 등 질량체를 구성하는 요소의 질량과 스프링을 조절한다. 이를 통해 슬래브의 고유진동수 진폭을 현저히 감소시킬 수 있다.

롯데건설 관계자는 “완충재·흡음재를 설치해 아래층으로 전달될 소음을 차단하는 기존 방식은 중량층격음에 대한 효과가 미미했다”며 “이 기술은 위층에서 발생하는 중량충격음을 흡수·소산하며 층간소음을 근본적으로 해결할 수 있는 원리가 적용됐다”고 설명했다.

[비즈월드=나영찬 기자 / na@bizwnews.com]