1. 서 론

수도권 및 대도시로 인구가 집중되면서 다수의 주거지역 개발이 진행되고, 고층 주택 건물 및 도로가 확충됨에 따라 주거공간과 도로의 거리가 가까워졌다. 도심지역의 인구 및 교통량 증가에 따른 교통정체 해결을 위해 새로운 도로를 계속해서 공급하고 있으며, 국토면적당 도로연장(km/m²)은 도심지역을 중심으로 지속적으로 증가하고 있다^{(Ministry of Land, Infrastructure and Transport, 2023)}.

주거지역에 인접한 도로는 거주자에게 이동의 편리함이라는 혜택이 있지만, 동시에 소음원으로 작용되면서 피해를 주고 있다. 이러한 소음 피해를 줄이기 위해 도로와 주거지역 사이에 방음벽을 세우는 방법이 전통적으로 가장 많이 사용되어 왔다. 방음벽은 소음원과 수음점 사이의 전달경로를 차단하는 방법으로, 높이 및 길이 설계에 따라 소음 저감 효과가 다양하게 나타날 수 있으나, 보행자의 통행을 막고, 미관을 해치는 단점이 있다. 흡음형 방음벽은 내부 흡음재의 유지관리가 어렵고, 투명형 방음벽은 빛 반사나 조류 충돌 피해 등이 발생할 수 있고, 고층부 공동주택은 방음벽을 통한 소음 저감 효과가 미미하다^{(Ahn, 2012)}.

소음원에서 소음 발생을 줄이는 방법으로 저소음 도로포장 공법이 적용되고 있다. 차량 통과 시 발생하는 소음 레벨을 낮추는 방법으로 수음점의 위치와 상관없이 전체 소음 레벨을 낮출 수 있다^{(Jung, 2016)}. 최근에는 배수성, 비배수성 아스팔트 콘크리트 및 타이닝 콘크리트 포장 등 다양한 포장 방법이 소음저감을 위해 적용되고 있다^{(Ministry of Environment Korea, 2016)}.

2. 선행연구 및 연구목표

2.2 연구목표

CPX와 SPB의 측정방법에 대한 비교 연구가 다수 진행되었으나, 포장 종류에 따른 비교는 없는 것으로 확인됐다. 본 연구에서는 소음측정 방법에 따라 도로포장 종류별 소음 발생량을 비교 분석하고자 하였다. 비교 시험을 수행할 Test-bed는 한국건설기술연구원 SOC실증연구센터 내에 양방향 2차로로 4개의 포장이 연속으로 시공되어있으며, 시공되어있는 포장의 특성은 Table 1과 같다.

Table 1 Specification of measured road pavement

Division	TTC	EAC	DAC	DLPAC
Pavement type	Transverse Tining Concrete	Exposed Aggregate Concrete	Dense Asphalt Concrete	Double Layer Porous Asphalt Concrete
Surface layer thickness	100 ㎜	100 ㎜	50 ㎜	20 ㎜(Upper), 30 ㎜(Lower)
Porosity	-	-	7.4 %	22.2 %(Upper), 24.6 %(Lower)
Aggregate size	-	-	13 ㎜	8 ㎜(Upper), 13 ㎜(Lower)
Road width	7 m	7 m	7 m	7 m
Road section length	75 m	75 m	150 m	150 m
Surface picture
Construction date	04.2020	04.2020	11.2018	11.2018

3. 도로소음 측정방법

3.1 CPX(Close-Proximity) 근접 노면소음

KS F ISO 11819-2 “음향 — 교통소음에 미치는 노면의 영향 측정 — 제2부: 근접 노면소음(CPX) 방법”을 준용하여 연속된 4개 포장 구간을 주행속도 30 km/h, 50 km/h, 70 km/h, 80 km/h로 근접 노면소음을 측정하였다. 표준의 장비 요구사항에 부합하는 Fig. 1의 측정 트레일러를 견인차로 끌며 목표 속도로 주행 통과 시 트레일러 내 타이어 주변 측정점에서의 소음을 측정하였다. CPX 소음 결과는 필수 마이크로폰 1, 2번 위치의 결과를 이용하여 도출하였다.

Fig. 1 CPX Measurement Method

3.2 통과소음

통과소음 측정방법은 특정 주행 차량의 속도를 제어해서 정해진 지점을 통과할 때의 최대소음을 측정하는 방법으로, 본 연구에서는 프랑스 표준 NF S31-119-2의 CPB(Controlled Pass-By) 방법을 준용하여 Fig. 2와 같이 통과소음을 측정하였다. CPX 측정과 동시에 통과소음을 측정하기 위한 방법으로, 측정용 견인차와 측정용 CPX 트레일러 차량이 통과하는 동안 소음을 측정하여 최대소음을 분석했다. 측정지점은 측정대상 차로 중앙에서 7.5 m 이격하여, 1.2 m 높이에서 소음계를 이용하여 측정하였다.

Fig. 2 Pass-by Measurement Method

4. 포장 종류별 소음 측정 결과

4.1 CPX 근접 노면소음

4.1.1 주행속도에 따른 도로포장 종류별 CPX 소음

각 포장 종류별 주행속도에 따른 CPX 소음을 비교한 결과, 포장 종류에 관계없이 속도와 CPX 소음과의 관계는 로그 함수 관계로 Fig. 3과 같이 결정계수(R2)가 0.999 이상을 나타내고 있다. 노면과 타이어 사이에서 발생되는 소음은 포장 종류와 관계없이 주행 차량의 속도와 매우 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.

Fig. 3 CPX Noise Level as Driving Speed by Road Pavement Type

4.1.2 포장별 주파수 특성 분석

Fig. 4는 각 포장 종류별로 속도 증가에 따른 주파수 특성을 비교한 결과이며, 전 주파수 대역에서 속도 증가에 따른 소음 증가를 나타내고 있다. 증가 추세 및 경향은 CPX 레벨과 비슷한 것으로 확인되었다.

Fig. 4 CPX Noise Spectrum Characteristics as Driving Speed Categorized by Pavement Types

Fig. 5와 같이 동일한 주행속도에서 포장 종류별 소음 주파수 특성을 비교한 결과, EAC 포장과 TTC 포장의 소음의 주파수 특성은 유사한 것으로 나타났다. DLPAC 포장에서의 소음은 DAC 포장에 비해 저주파수 소음이 상대적으로 높고, 고주파수 소음이 높은 것으로 나타났다. 이는 DLPAC 포장의 내부 공극에서의 공명에 의한 저주파수 소음의 증폭되고, 내부 공극으로 인해 압축 및 팽창 소음이 저감되어 나타나는 특징으로 판단된다.

Fig. 5 CPX Noise Spectrum Characteristics as Pavement Types Categorized by Driving Speed

4.2 통과소음

4.2.1 통과속도에 따른 도로포장 종류별 통과 최대소음

DLPAC 포장의 소음 저감 성능을 확인하기 위해 CPX 측정 견인차량 및 트레일러 통과 시 갓길 통과소음을 측정하여 Fig. 6과 같이 비교하였다. 측정은 DAC 포장과 연속하여 주행 통과 시 측정하여 각 시험 방법간의 오차를 최소화 하였다.

Fig. 6 Pass-by Noise Level Time History as Test Vehicle Driving Speed

시험차량 통과속도 30 km/h, 50 km/h, 70 km/h, 80 km/h의 속도에 대해 DAC 포장과 DLPAC 포장의 통과 최대 소음을 Fig. 7와 같이 비교한 결과, 속도 증가에 따른 소음 변화는 결정계수 (R2) 각각 0.9991, 0.9821로 매우 높은 상관관계를 확인하였다.

Fig. 7 Maximum Pass-by Noise Level as Driving Speed by Pavement Type (Overall)

CPX 레벨과의 결과 비교를 위해 CPX 측정 주파수 대역인 315 Hz에서 5 000 Hz 사이에 대한 결과만 추출해서 Fig. 8과 같이 비교한 결과, DAC 포장은 결정계수가 0.9991에서 0.9986으로 다소 낮아졌고, DLPAC 포장의 경우 0.9821에서 0.9938로 더 높아졌으나, 유의미한 차이는 아닌 것으로 사료된다.

Fig. 8 Maximum Pass-by Noise Level as Driving Speed by Pavement Type (315 Hz to 5 000 Hz)

CPX 측정 결과에서 속도와의 관계 회귀식의 결정계수는 0.999 이상이었으나, 갓길에서 통과소음을 측정할 경우 미미하게 낮은 것을 확인할 수 있다. 이는 측정 대상이 되는 도로 포장에 대해서 긴 측정구간을 평균하는 방법인 CPX 방법이, 한 지점의 통과소음을 측정하는 방법보다 주행 속도에 의한 포장 자체의 소음성능을 평가하기에 더 적절한 것으로 판단된다.

4.2.2 포장별 주파수 특성 분석

동일 속도에서 DAC 포장과 DLPAC 포장의 통과 최대소음 주파수 특성을 Fig. 9와 같이 비교하였다. 70 km/h 주행 시 4 000 Hz 이상의 고주파수 대역에서 DLPAC 포장 측정소음이 DAC 포장 측정소음보다 높아지는 현상이 나타났다. 이는 배수성 포장의 내구성 저하로 탈리 등의 노면 불량 효과 및 측정 시 발생한 외부 환경소음으로 인한 결과로 예상된다.

Fig. 9 Pass-by Noise Spectrum Comparison of DAC and DLPAC Categorized by Driving Speed

각 포장 구간에서 1개 지점을 대상으로 갓길 통과소음을 측정하여, 이러한 개별 측정점의 문제를 파악하고 상쇄하기 어려운 한계가 있는 것으로 판단된다. 포장 구간 및 포장 재료의 소음 발생 특성을 대표하고 CPX 측정 결과와 상관관계 분석을 위해서는 측정점 및 측정 횟수를 다수로 늘려서 확인할 필요가 있을 것으로 사료된다.

5. 결 론

본 연구에서는 도로에 차량이 통과할 때 발생하는 소음에 대해 포장 종류별, 측정 방법별로 비교 분석하고자 했다.

DAC, DLPAC, TTC, EAC의 4가지 포장 종류에 대해 CPX 근접소음 측정방법으로 소음을 평가하고, 두 가지 아스팔트 콘크리트 포장 DAC, DLPAC에 대해 통과 최대소음을 평가하였다.

각 도로 포장 종류별 차량 주행 속도에 따른 CPX 소음의 변화를 확인한 결과, 주행 속도와 CPX 소음과의 관계는 로그 함수 관계로 결정계수가 0.999 이상을 나타내고 있다. CPX 소음의 주파수 특성은 포장 종류에 상관없이 주행속도 증가에 따라 전체 주파수 대역에서 소음의 크기가 증가하는 것으로 나타났다. 포장 종류별 CPX 소음 비교 시, DAC 포장에 비해 DLPAC 포장의 CPX 소음 주파수 특성은 800 Hz 이상 주파수 대역은 낮고, 800 Hz 이하 주파수 대역에서 높게 나타나는 특성이 있다. 이는 DLPAC 포장의 내부 공극으로 인해 타이어 트레드와 포장 사이의 공기 압축 및 팽창에 의한 소음 발생이 적어져 고주파수 대역 소음이 감소되었고, 공극 내부에서 발생되는 공명 현상으로 인해 저주파수 대역 소음이 증가한 것으로 사료된다.

CPX 소음 측정 시 측정 차량의 통과에 의한 최대 소음을 2개 아스팔트 포장 종류별 갓길에서 측정한 결과, 통과 차량 주행속도 증가에 따른 통과 최대 소음도 증가하여, 로그함수 관계로 결정계수가 DAC 포장은 0.9991, DLPAC 포장은 0.9821로 매우 높은 상관관계를 나타냈다. 소음 분석 주파수 영역을 CPX 소음과 같은 315 Hz에서 5 000 Hz 사이로 제한 할 경우, 결정계수는 DAC 포장은 0.9986로 미미하게 낮아졌고, DLPAC 포장은 0.9938로 더 높아으나 유의미한 차이는 아닌 것으로 사료된다. 그러나, CPX 소음보다는 다소 낮은 값을 나타내고 있어, CPX 측정방법이 통과 최대 소음보다 주행 속도의 영향을 잘 반영한다고 할 수 있다.

동일 주행 속도에서 DAC와 DLPAC의 통과 최대소음 주파수 특성을 비교한 결과, 500 Hz 이하에서만 DLPAC의 소음이 더 높게 나타났다. CPX 측정 시 800 Hz 이하에서 높게 나타나던 특성이 측정 거리가 멀어짐에 따라 낮은 주파수 대역 공명소음의 전달이 작아진 것으로 사료된다. DLPAC 포장의 70 km/h 속도 측정 주파수 분석 결과 4 000 Hz 이상에서 주파수 특성이 차이가 발생하고 있는데, 이는 DLPAC 포장의 내구성 저하로 포장면의 파손된 부위를 지나거나, 외부 환경소음의 영향으로 소음에 영향을 받은 것으로 사료된다. 따라서 통과소음을 이용한 도로소음 평가 시에는 측정 지점 수 및 반복 측정 횟수를 충분히 늘려서 평가할 필요가 있다.

본 연구는 각 포장 종류별 1개 현장에 대해서만 분석을 진행하였고, 경년 변화 및 파손에 의한 차이를 배제하여 평가하였으므로, 모든 도로 포장에 일반적으로 적용하는데 한계가 있으며, 추가로 다양한 현장별 소음 발생을 평가하여 두 평가 방법 사이의 상관관계를 분석하고, 영향요인들을 파악하여 도로포장의 유지관리를 위한 소음 측정 결과의 신뢰성을 확보할 필요가 있다.