소음 제로 도시철도에 도전한다
-도시철도 소음저감을 위한 친환경성 도상흡음블록
"국내 도시철도 콘크리트궤도의 소음 특성을 파악하여 전동차 안의 소음을 효과적으로 줄이는 친환경 흡음블록을 완성하다"
[연구자 레터]
지하철 안에서는 일상적인 대화를 하거나 통화를 하기 어려울 정도로 소음이 심하다.
국내 도시철도의 궤도를 콘크리트로 건설하여 소음이 많이 발생하기 때문이다.
본 연구진은 도시철도를 이용하는 승객에게 좀 더 쾌적한 환경을 제공하기 위해 궤도상에 부설하는 흡음블록을 개발했다.
국내 도시철도 운행 시 발생하는 소음의 주파수 특성을 분석한 뒤 탁월주파수 대역의 소음을 효율적으로 저감할 수 있는 흡음재를 개발한 것이다.
또한 흡음블록의 표면형상을 음향학적 해석을 통하여 가장 효율적인 블록 형태로 제작하였고, 부설 후 궤도의 유지보수 관리를 위하여 탈부착이 가능한 구조로 만들었다. 이 흡음블록을 시범 설치 구역에 설치한 결과, 소음을 효과적으로 줄이는 것으로 나타났다.
“잘 안 들려. 지금 지하철이야.”
한 중년 남성이 휴대전화에 대고 고래고래 소리를 지른다. 소음으로 통화가 수월치 않아 전화받는 사람과 전화를 건 사람 모두 힘든 상황이다.
하지만 무엇보다도 통화 중인 사람과 같은 칸에 탄 바람에 큰 통화 소리를 들어야 하는 주변 사람들이 가장 고역이 아닐까.
대화도 마찬가지다. 바로 옆 사람과도 목소리를 높여야 이야기를 할 수 있다.
도시철도 에티켓으로 ‘작은 소리로 통화하고 대화할 것’을 권유하지만 지하철 소음 속에서 에티켓을 지키기란 어려운 실정이다.
도시철도의 소음이 심한 것은 콘크리트궤도이기 때문이다. 콘크리트궤도는 자갈궤도보다 유지보수에 드는 비용이 적은 반면, 재료적 특성에 의해 자갈도상 궤도에 비하여 음을 반사시키는 특성이 크므로 반사소음이 증가하게 되며, 이로 인하여 터널 내부의 반사음장 강도를 높게 만들어 결과적으로 소음이 3dB(A)이상 증가하는 것으로 나타났다.
또 전동차의 속도를 증가시키면 그만큼 소음레벨은 높아진다. 전동차가 편리해지는 만큼 시끄러워지는 셈이다.
전동차의 소음을 줄이려는 노력이 없었던 것은 아니다. 터널 내 소음 저감을 위한 발포알루미늄 흡음재를 개발사례가 있으나 시간이 지나면서 터널 내 분진누적으로 인하여 소음저감효과가 낮아지는 문제가 발생했다.
또한, 외국의 흡음재를 수입해 적용한 경우도 소음은 쉽게 낮아지지 않았다. 이는 외국에서 개발한 흡음재료가 국내 도시철도에서 발생하는 소음특성을 고려하지 않았기 때문이다.
친환경 도상흡음블록의 탄생
지금까지 개발된 흡음블록은 국내 도시철도의 소음특성과 맞지 않았다.
결국 국내 도시철도 소음특성에 딱 맞는 맞춤형 흡음블록을 개발하기 위한 연구가 시작됐다.
연구진은 유지보수가 용이하면서도 국내 도시철도 콘크리트 궤도의 소음 특성에 딱 맞는 흡음블록을 만드는 일에 중점을 두었다.
연구진은 우선 국내 도시철도의 소음 특성을 분석하는 일부터 시작했다.
소음 특성에 대한 분석으로 부터 높은 소음도를 나타내는 탁월주파수 대역을 가장 잘 흡수하는 흡음재료를 개발하기위해 흡음재료를 배합하고 흡음률을 측정하는 시험과정을 반복했다. 또한 연구진은 이 과정에서 흡음재료는 반드시 친환경 재료여야 한다는 한 가지 원칙을 적용했다.
무수한 실험 끝에 결국 천연경량골재를 이용한 흡음블록을 개발하는 데 성공했다.
국내 도시철도 소음특성에 따라 흡음대역 조절이 가능한 친환경 흡음블록이 탄생한 순간이었다.
연구진은 운영관리 측면에서 도상에 대한 유지관리 등을 고려하여 보강블록 부착 후 흡음판을 탈부착 하는 방식을 생각했다. 하지만 쉽게 탈부착 할 수 있는 동시에 전동차가 운행할 때 발생하는 진동이나 양력에도 움직여선 안 된다. 마치 모든 방패를 뚫을 수 있는 창과 어떤 창에도 뚫리지 않는 방패를 동시에 개발하는 것과 같은 일이다.
하지만 연구진은 제품 무게와 설치 방식, 표면형상 등 모든 복합적인 요소를 고려해 결국 가장 이상적인 흡음블록을 만드는 데 성공했다.
흡음블록의 표면형상은 흡음단면적을 최대로 하며, 도시철도의 지하구간에서 연마작업에 의해 발생하는 쇳가루나 먼지 등에 대한 청소가 유리하고 내구성이 우수한 엠보싱 형태를 취하였다.
또한 제품 상부의 끝단에는 중앙에 홈을 두어 배수에 유리하게 디자인하고, 제품간의 고정을 위한 길이 방향의 단부 요철을 두어 열차의 진행에 의해 발생하는 진동이나 양력에 의한 움직임이 없도록 하였으며, 제품 하부에는 하부블록의 요철부와 맞물리는 홈을 두어 진동 등에 의한 좌우의 움직임에도 흡음블록이 고정되도록 하였다.
도상흡음블록 구성 및 설치 단면도
이제 전동차에서도 소곤소곤!
친환경 흡음블록은 2011년 7월 서울메트로 1호선의 신설동역에서 제기동역에 시범적으로 부설했다.
흡음블록이 지하구간에서 발생하는 소음을 효과적으로 줄이는지 알아보기 위해서다. 또 2012년 4월에는 부산교통공사 2호선의 남양산역에서 양산역 구간에 설치됐다.
지상구간에서 흡음블록의 성능을 시험하기 위해서다. 결과는 성공이었다. 두 경우 모두 도시철도의 소음을 효과적으로 줄이는 것으로 나타났다.
흡음블록의 소음저감 성능평가와 전동차의 주행안전성에 대하여 모니터링한 결과 친환경 흡음블록은 안전성 확보와 3dB 이상의 소음 저감성능을 검증받은 것이다.
이 흡음블록이 설치되면 전동차 안에서 일상적인 대화를 나눌 수 있을 정도로 도시철도 소음은 줄어든다. 이제 전동차 안에서도 승용차를 탔을 때처럼 소곤소곤 이야기를 나눌 수 있는 것이다. 도시철도의 소음을 줄이기 위해 개발한 이 친환경 흡음블록은 일반·고속철도 및 도로분야에도 쓸 수 있을 것으로 보인다.
앞으로 친환경 흡음블록이 만들 조용한 세상과 쾌적한 환경을 기대해 본다.
도상흡음블록 시험부설
도상흡음블록 시제품
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