소리의 확산과 반사 Shell 구조의 디테일
음향 설계는 지속적으로 발전돼 왔다.
과거에는 공간의 형태로 최적의 음향공간을 만들었다면 현대에는 시뮬레이션을 통해 최적의 형태와 공간을 만들고 적절한 위치에 반사판과 흡음재료를 배치하여 최적의 음향공간을 만들어내는 추세다.
목재는 단면이 다공질재로 흡음에 유리한 재료이며 모든 주파수대에서 일정한 흡음계수를 갖는다. 따라서 흡음 타공판이나 음의 난반사를 유도하는 음향디퓨저의 주재료로 사용된다. 공간 내에서 음은 일정한 각도로 반사하고 확산하는데 공간의 형태에 따라 반사와 확산 현상이 달라진다.
본 계획안에서는 현재 다양한 음향공간에 사용되는 ‘목재’를 활용하여 목구조로 이루어진 공간에서 효과적인 음향효과를 가질 수 있는지에 대해서 알아보려한다.
Simulation of ‘Acoustic Space’
어쿠스틱 쉘 디자인에 앞서 라이노 Grasshopper tool의 snail 플러그인으로 공간의 형태를 매스로 만들어, 공간 내에서의 음의 반사를 시뮬레이션 한다. 각 객석으로의 음압분포도를 도출하여 가장 효과적인 공간의 형태를 찾는다.
음이 닿는 부분인 천장과 벽면을 직사각형 매스, 오목형 매스, 볼록형 매스 등 다양한 형태로 바꾸어 실험을 진행했다. 다양한 공간의 형태를 분석해본 결과 볼록한 면일 때 음이 적절하게 확산 분포되었으며 와플구조와 같은 오브젝트를 추가했을 때 음의 난반사를 유도해 균일한 음압분포가 가능했다.
Timber Structure Acoustic Shell
콘서트홀 무대와 객석 위치에 따른 잔향과 음압분포를 통한 쉘의 형태, 와플의 깊이와 반사패널을 계획한다. 반사가 필요한 무대에는 집중적으로 반사될 수 있도록 와플의 깊이를 낮게 하며, 음의 초점 현상이 생기는 부분은 깊게 계획하여 구조체 내부에서 음이 흡수될 수 있게 한다. 음향분석에 따르면 파라메트릭 목구조는 자유 형태를 가지는데 이를 콘서트홀에 노출시켜 구조체가 하나의 흡음제와 반사판이 되게 한다.
Simulation of Timber Structure
어쿠스틱 쉘 전체를 두른 와플 목구조체의 구조분석을 진행하여 실현 가능한 디테일을 계획한다. 구조분석은 라이노 Grasshopper Karamb3d를 통해 시뮬레이션 하였으며 불안정한 베이스 구조체에 목재 엘리먼트를 추가해 보강한다.
또한 음의 난반사를 유도하기 위해 만들어지는 볼록한 면 주변의 불안정한 구조체에는 부분적으로 목재 엘리먼트를 추가하여 보강계획을 세운다.
수많은 목재들이 결합되어 만들어지는 어쿠스틱 쉘은 그 구조체 자체로 효과적인 음향효과를 제공한다.
Timber Structure Acoustic Space
이 설계안은 목재의 음향적 특성을 이용해 과감하게 목구조를 노출하고 그것을 음향과 연관시킨다는 발상에서 시작했다. 형태에 따른 음향을 분석하여 쉘의 형태를 잡고 그 형태를 목구조로 풀어내었다. 또, 다양한 시뮬레이션 과정을 통해 타당성 검토를 했으며 비교적 효과가 있다는 결과를 도출했다. 음향 공간의 특성상 실제로 공간이 만들어져 경험과 분석을 축적한다면 한층 더 발전할 수 있을 것이다.
본 계획안에서의 결론은 단순히 목구조 건축물이 구조체의 아름다움을 보여주는 것에서 끝나지 않으며 목재의 본질에 다가가 다양한 계획안이 나오기를 희망한다.
글 = 조우경(한양대학교 건축학과)
자료제공 = (사)한국목조건축협회
정리 = 서범석 기자
