1. 서 론

오늘날 첨단 의학기계인 MRI(자기공명영상)는 자석으로 구성된 장치로 인체에 고주파를 쏘아 인체에서 메아

리 같은 신호가 발산되면 이를 되받아서 디지털 정보로 변환하여 영상화 하는 것을 말한다. 그러나 MRI 검사

시 자기장영역을 둘러싼 코일이 진동하면서 심각한 소음이 발생하는데 이는 검사를 받는 환자들에게 물리적·심리

적 고통을 주고 있어 이에 대한 대책이 매우 시급한 상황이다. 따라서 MRI실 내부의 흡음요소를 변경하여 소음을

저감하려고 하였으나 아직까지 이에 대한 자료가 없어 설계, 시공, 운영 시 많은 어려움이 있다. 이러한 관점에서

본 연구는 3개 병원의 4개 MRI실을 대상으로 음향시뮬레이션을 이용하여 음향성능 특성을 파악해 보고자 하였다. 이 자료는 향후 MRI실의 소음저감 대책을 수립하는데 유용한 자료로 활용 될 수 있을 것으로 사료된다.

2. MRI실의 제원

3개 병원 4개 MRI실의 제원은 Table 1과 같다.Table 1 MRI실의 제원

구 분 J병원 I병원W병원

MRI 1실 MRI 2실길 이(m) 5.4 6.0 7.23 10.1

폭(m) 4.4 4.5 5.4 5.0천 정 고(m) 2.6 2.8 2.7 2.8연 면 적(m2) 24.4 26.9 39.2 50.1체 적(m3) 60.6 75.6 105 141.4

MRI실의 음원과 수음점 위치를 나타낸 평면도 및 Sketch-Up을 이용한 모델링은 Fig. 1과 같고 MRI실의 실

내전경은 Fig. 2와 같다.

음향시뮬레이션을 이용한 MRI실의 음향성능 분석Analysis of Acoustic Performance on MRI Room using Acoustic Simulation

이용노(Yongno Lee), 김재수(Jaesoo Kim)†

원광대학교 건축공학과

Department of Architectural Engineering, Wonkwang University, Iksan 570-749, Republic of Korea

Abstract As a recent technique of generating high frequency to measure the differences in the signals from tissues and image them, MRI is highly preferred because it produces accurate results and does no harm to a human body without radiation exposure. However, MRI generates serious noises from vibration of coils around the magnetic field and causes very serious anxiety among patients having an examination. For this reason, there are efforts to develop measures to reduce noises in MRI operation by changing absorption elements within an MRI room; however, lack of relevant materials and research makes it very difficult to design, build, and manage the room in South Korea. From this perspective, this study aimed to use acoustic simulation to identify the properties of acoustic performance in four MRI rooms at three hospitals. The results are expected to be useful in developing measures to reduce noises in MRI rooms.

Key words Acoustic Performance(음향성능), MRI Room(MRI실), Acoustic Simulation(음향시뮬레이션)

†Corresponding author, E-mail: soundpro@wku.ac.kr

17-S-027

- 110 -

대한설비공학회 2017 하계학술발표대회 논문집 pp. 110 ~ 117

(a) J병원 (b) I병원 (c) W병원Fig. 1 MRI실의 평면도 및 모델링1) ( :음원, ●:수음점)

(a) J병원 (b) I병원 (c) W병원(MRI 1실)

(d) W병원(MRI 2실)

Fig. 2 MRI실의 실내전경

3. 음향시뮬레이션

MRI실에 대한 음압분포 및 실내음향 파라메타의 예측분석은 음선추적법(Ray-tracing method)과 허상법

(Image model method)에 의한 3차원컴퓨터 시뮬레이션 기법을 활용하였으며, 사용 프로그램은 Odeon 4.21이다. 음향시뮬레이션에 사용된 무지향성 음원의 주파수별 음향파워레벨(PWL)은 Table 2와 같다.

Table 2 무지향성 음원의 주파수별 PWL주파수 125Hz 250Hz 500Hz 1kHz 2kHz 4kHz

PWL(dB) 96.4 97.4 89.1 84.5 86.0 79.8

연구대상 MRI실의 마감재료 및 흡음률은 Table 3과 같다.

Table 3 MRI실의 마감재료 및 흡음률 데이터

1) MRI실 내부의 음향성능은 현장실험을 통한 측정 및 평가가 필수적이나 MRI 기기는 장비가동을 위해 항상 워밍업을 하고 있어 강한 자기

장을 발생시키고 있다. 따라서 음향성능 측정을 위해 필요한 컴퓨터나 무지향성 스피커등을 반입할 경우 장비의 오작동 및 파손으로 인

해 실험이 불가능하여 본 연구에서는 부득이 음향시뮬레이션을 실시하였다.

구 분 마감재료 면적

( )주파수(Hz)

125 250 500 1k 2k 4k

J병

원

바 닥 카펫트 21 0.03 0.05 0.05 0.25 0.35 0.50합판 위 무늬목마감 3.7 0.15 0.08 0.07 0.05 0.06 0.05

벽 체텍텀25T 47 0.06 0.13 0.24 0.45 0.82 0.64MRI기계 17 0.02 0.04 0.06 0.06 0.06 0.06방음문 4 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03

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Table 3의 자료를 토대로 마감재료가 차지하는 면적비율을 분석하면 Fig. 3과 같다.

환풍구0.3%

무거운판유리1.4%

플라스틱조명판1.6%

나무몰딩2%

가구2.3%

방음문3.0%

MRI기계12.8%

합판위 무늬목마감

13.8%카펫트16.1%

텍텀25T35.7%

합판 12T10.9%

가구 0.4%

환풍구 0.6%

무거운 판유리1.2%

방음문 1.8%걸레받이 3.7%

MRI 기계17.7%

비닐계 바닥타일

19% 석고보드 위도장마감55.7%

유공흡음판5.9%

샌드위치판넬29.7%

비닐계 바닥타일21.6%

석고보드위도장마감18.0%

MRI기계17.8%

나왕 걸레받이2.1%

방음문2.0%

알루미늄쉬트패널

1.9% 무거운판유리0.7%

환풍구0.2% 환풍구

0.1%

무거운판유리0.7%

석고보드위 도장마감11.0% 비닐계

바닥타일23.5%

패브릭 흡음재21.4%

MRI 기계12.8%

목재타공흡음판12.1%

유공흡음판6.2%

무늬목시트5%

나왕 걸레받이3.4%

방음문1.4% 플라스틱조명판 1.3% 알루미늄쉬트

패널 1%

(a) J병원 (b) I병원 (c) W병원(MRI 1실) (d) W병원(MRI 2실)Fig. 3 MRI실 마감재료의 면적비율

Fig. 3에서 마감재료의 면적비율을 보면 J병원은 “텍텀(35.7%)”+“카펫트(16.1%)”, W병원(MRI 2실)은 “패브릭

흡음재(21.4%)”+“목재타공흡음판(12.1%)”등 높은 흡음률을 가진 마감재료가 MRI실에서 상당히 많은 면적을

차지하고 있다. 그러나 I병원은 “석고보드 위 도장마감(55.7%)”, W병원(MRI 1실)은 “샌드위치판넬(29.7%)”+“석고보드 위 도장마감(18%)”등으로 낮은 흡음률을 가진 마감재료가 MRI실에서 상당히 많은 면적을 차지하고 있

다. 따라서 이러한 마감재료의 흡음특성에 따라 MRI실 내부의 음향성능은 많은 차이가 있을 것으로 사료된

다.

무거운판유리 1.9 0.18 0.06 0.04 0.03 0.02 0.02가구 3.1 0.01 0.05 0.05 0.04 0.04 0.04

0.050.060.050.070.080.1514.6합판 위 무늬목마감

0.250.220.200.200.250.402.2플라스틱 조명판

천 장0.120.120.120.140.180.1614.4합판 12T0.080.100.040.070.140.252.6나무 몰딩

0.800.800.800.800.800.800.4환풍구

0.040.030.020.020.020.0127비닐계 바닥타일

I병

원

바 닥

0.030.040.060.070.080.1548석고보드 위 도장마감

벽 체

0.060.060.060.060.040.0225MRI기계

0.020.020.030.040.060.181.7무거운 판유리

0.030.030.020.020.020.015.3걸레받이

0.030.030.020.020.020.012.5방음문

0.040.040.040.050.050.010.6가구

0.030.040.060.070.080.1531석고보드 위 도장마감천 장

0.800.800.800.800.800.800.9환풍구

0.040.030.020.020.020.0139비닐계 바닥타일

W병

원

MRI

1실

바 닥

0.020.020.020.010.010.013.5알루미늄쉬트패널

벽 체

0.020.020.020.010.010.0153.7샌드위치판넬

0.060.060.060.060.040.0232MRI기계

0.030.030.020.020.020.013.6방음문

0.020.020.030.040.060.181.3무거운판유리

0.080.100.040.070.140.253.7나왕 걸레받이

0.420.450.510.550.550.3010.7유공흡음판

천 장 0.030.040.060.070.080.1532.5석고보드 위 도장마감

0.800.800.800.800.800.800.3환풍구

0.040.030.020.020.020.0150.7비닐계 바닥타일

MRI

2실

바 닥

0.400.200.530.680.240.1226목재타공흡음판

벽 체

0.030.040.060.070.080.1511무늬목시트

0.670.430.240.150.090.0335.6패브릭 흡음재

0.020.020.020.010.010.012.3알루미늄쉬트패널

0.060.060.060.060.040.0227.7MRI기계

0.080.100.040.070.140.257.4나왕 걸레받이

0.020.020.030.040.060.181.6무거운판유리

0.030.030.020.020.020.012.8방음문

0.420.450.510.550.550.3013.3유공흡음판

천 장

0.670.430.240.150.090.038.6패브릭 흡음재

0.800.800.800.800.800.800.3환풍구

0.030.040.060.070.080.1523.8석고보드 위 도장마감

0.250.220.200.200.250.403.1플라스틱 조명판

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4. 분석 및 고찰

4.1 음압레벨(SPL)

주파수별 음압레벨과 청감보정음압레벨을 예측한 결과는 Fig. 4, Table 4와 같다.

50

60

70

80

90

100

125 250 500 1k 2k 4k SPL(A)

주파수(Hz)

SPL(d

B)

J병원 I병원

W병원(MRI 1실) W병원(MRI 2실)

Fig. 4 음압레벨(SPL)

Table 4 MRI실의 음압레벨(SPL500Hz(dB), SPL(dB(A))음압레벨 J병원 I병원

W병원MRI 1실 MRI 2실

SPL500Hz(dB) 82.5 85.6 84.7 78.9SPL(dB(A)) 86 89.8 89.2 84

Fig. 4와 Table 4를 보면 고주파수대역으로 이동할수록 음압레벨이 낮아지고 있다. 이는 음향시뮬레이션에 사용된

무지향성 음원이 고주파수대역에서 낮은 값을 보이기 때문으로 사료된다. 또한 4개의 실중 J병원은 급격한 감소폭을

나타내었지만 나머지 실은 동일한 감쇄 패턴을 보이고 있다. 이는 J병원의 경우 중·고주파수 영역에서 흡음률이

높은 마감 재료들을 사용하여 잔향음 성분이 매우 감쇠했기 때문이다. 따라서 Table 4를 보면 4개 MRI실에서 청감보

정음압레벨은 84~89.8dB(A), 500Hz대역 음압레벨은 78.9~85.6dB의 범위에 있으며 이 중 I병원이 가장 높게 나타났다.

4.2 잔향시간(RT)

주파수별 잔향시간을 예측한 결과는 Fig. 5와 같으며, 500Hz 대역의 잔향시간은 Table 5와 같다.

0

0.5

1

1.5

2

125 250 500 1k 2k 4k

주파수(Hz)

RT(s

ec)

J병원 I병원

W병원(MRI 1실) W병원(MRI 2실)

Table 5 MRI실의 잔향시간(RT500Hz)잔향시간 J병원 I병원

W병원MRI 1실 MRI 2실

RT500Hz(sec) 0.55 1.15 1.22 0.76

Fig. 5 주파수별 잔향시간(RT)

Fig. 5와 Table 5를 보면 주파수별 잔향시간의 감쇠패턴은 고주파수로 이동할수록 급격히 감쇠하는 J병원, W병원(MRI 2실)이 있으며, 반대로 고주파수로 이동할수록 증가하는 I병원, W병원(MRI 1실)으로 구분될 수

있다. 이러한 패턴의 변화는 Fig. 3에서 내부 마감재료를 중·고주파수 대역에서 흡음성이 높은 마감재료로 사용할

경우 잔향시간이 급격히 감소하지만 반대로 흡음성이 낮은 재료로 사용할 경우 잔향음성분이 감쇠되지 않고

반사되어 잔향시간이 길어지는 것을 알 수 있다. 이러한 MRI실의 잔향시간을 토대로 서양의 학자들이 제안한

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공간별, 용도별 최적 잔향시간의 범위와 비교해 보면 Fig. 6과 같다.

Fig. 6 최적 잔향시간의 범위

MRI실은 체적이 작고 강한 소음이 발생하며 운전자가 스피커를 통해 검사받는 환자에게 다양한 지시를 하기

때문에 높은 명료성과 짧은 잔향시간이 필요한 공간이다. 따라서 이러한 목적을 만족하기 위해서는 Fig. 6에서

“언어만을 녹음하기 위한 녹음실 및 방송 스튜디오” 정도의 매우 짧은 잔향시간을 확보하는 것이 필요하다. 따라서 적정 잔향시간은 500Hz에서 0.45~0.55초의 범위가 가장 적당하며, 4개 MRI실을 잔향시간 예측치와 비교

해 보면 J병원은 만족하지만 다른 3개 MRI실의 경우 이보다 높아 잔향시간을 줄여야 할 것으로 사료된다.

4.3 음성명료도(D50)

주파수별 음성명료도를 예측한 결과는 Fig. 7과 같고, 500Hz 대역의 음성명료도는 Table 6과 같다.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

125 250 500 1k 2k 4k

주파수(Hz)

D50(%

)

J병원 I병원

W병원(MRI 1실) W병원(MRI 2실)

Table 6 MRI실의 음성명료도(D50,500Hz) 음성명료도 J병원 I병원

W병원MRI 1실 MRI 2실

D50,500Hz(%) 69 43 40 66

Fig. 7 주파수별 음성명료도(D50)

Fig. 7을 보면 J병원과 W병원(MRI 2실)의 음성명료도는 고주파수대로 갈수록 높아지며, W병원(MRI 1실)과I병원은 상대적으로 낮아지고 있다. 이는 음성명료도가 잔향시간과의 역함수적 관계를 갖기 때문이다. 또한

Table 6을 보면 500Hz기준 음성명료도의 예측결과는 J병원은 69%, W병원(MRI 2실)은 66%로 높게 나타났으나, I병원은 43%, W병원(MRI 1실)은 40%로 낮게 나타났다. 이러한 자료를 토대로 500Hz를 기준으로 음성명료도와

잔향시간의 상관성을 분석한 결과는 Fig. 8과 같다.

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Fig. 8 음성명료도와 잔향시간과의 상관성 분석

Fig. 8에서 설명력(R2)은 96.39%로 매우 높은 설명력을 갖고 있으며 이러한 회귀식과 적정잔향시간인 0.45∼0.55초를 토대로 최적의 음성명료도를 분석해 보면 71.7~76.35%로 나타났다. 따라서 J병원의 경우 음성명료도는

적정 음성명료도의 수준과 근접하지만 나머지 3개 MRI실의 음성명료도는 개선이 필요할 것으로 사료된다. 이러

한 예측식을 이용하면 설계 및 운영단계에서 최적의 음성명료도를 추정할 수 있을 것으로 사료된다.

4.4 음성전달지수(RASTI)

음성전달지수를 예측한 결과는 Fig. 9와 같고, RASTI 평가기준은 Table 7과 같다.

80

5754

69

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

J병원 I병원 W병원(MRI 1실) W병원(MRI 2실)

병원명

RA

STI(

%)

Fig. 9 음성전달지수(RASTI)

Table 7 RASTI 평가기준

RASTI(%) 평가 척도 비고

0～32 Bad (전혀 알아듣지 못한다)32～45 Poor (잘 알아듣지 못한다)45～60 Fair (노력하면 들을 수 있다) ■, ◇60～75 Good (잘 들린다) ▲

75～100 Excellent (아주 편하게 들을 수 있다) ◌※ ◌:J병원, ◇:I병원, ■:W병원(MRI 1실), ▲:W병원(MRI 2실)

Fig. 9와 Table 7을 보면 음성전달지수는 J병원의 경우 80%(“Excellent”), W병원(MRI 2실)은 69%(“Good”)로높게 나타났으나, I병원은 57%(“Fair”), W병원(MRI 1실)은 54%(“Fair”)로 낮게 나타났다. 이러한 자료를 토대로

음성전달지수와 잔향시간의 상관성을 분석한 결과는 Fig. 10과 같다.

- 115 -

- 7 -

Fig. 10 음성전달지수와 잔향시간과의 상관성 분석

Fig. 10에서 설명력(R2)은 98.67%로 매우 높은 설명력을 갖고 있으며 이러한 회귀식과 적정잔향시간인 0.45∼0.55초를 토대로 최적의 음성전달지수를 분석해 보면 78.73~82.44%로 나타났다. 따라서 J병원의 경우 음성전달지수는

적정 음성전달지수의 범위에 포함되어 있으며 나머지 3개 MRI실의 음성전달지수는 개선이 필요할 것으로 사료된다. 따라서 이러한 예측식을 이용하면 설계 및 운영단계에서 최적의 음성전달지수를 추정할 수 있을 것으로 사료된다.

5. 결 론

본 연구에서는 음향시뮬레이션을 이용하여 3개 병원의 4개 MRI실을 대상으로 음향성능을 분석하였으며, 그 결과는 다음과 같다.(1) MRI실의 마감재료 구성비율을 분석해 보면 흡음률이 높은 마감재료를 사용한 Case와 흡음률이 낮은 마감재

료를 사용한 Case로 구분할 수 있었다. 따라서 이러한 마감재료의 흡음특성에 따라 SPL(A)는 84~89.8dB(A), SPL500Hz는 78.9~85.6dB, RT500Hz는 0.55∼1.22초, D50,500Hz는 40~69%, RASTI는 54∼80%로 나타났다.

(2) MRI실은 체적이 작고 강한 소음이 발생하며 운전자가 스피커를 통해 검사받는 환자에게 다양한 지시를

하기 때문에 높은 명료성과 짧은 잔향시간이 필요한 공간이다. 따라서 적적잔향시간은 500Hz에서 0.45~0.55초가 가장 적당할 것으로 판단되며, J병원은 이러한 기준을 만족하지만 다른 병원은 이보다 높아 개선이

필요할 것으로 판단된다.(3) 음성명료도(D50)와 잔향시간의 상관식을 분석하면 설명력이 96.39%인 회귀식을 산출할 수 있다. 이러한 회귀

식과 적정잔향시간인 0.45∼0.55초를 토대로 최적의 음성명료도를 분석해 보면 71.7∼76.35%로 나타났다. 따라서 J병원을 제외한 나머지 3개 MRI실의 음성명료도는 개선이 필요할 것으로 사료된다.

(4) 음성전달지수(RASTI)와 잔향시간의 상관식을 분석하면 설명력이 98.67%인 회귀식을 산출할 수 있다. 이러한

회귀식과 적정잔향시간인 0.45∼0.55초를 토대로 최적의 음성전달지수를 분석해 보면 78.73∼82.44%로 나타

났다. 따라서 J병원을 제외한 나머지 3개 MRI실의 음성전달지수는 개선이 필요할 것으로 사료된다.

References

1. 김재수, 건축음향(2판), 세진사, 2014.82. 김재수, 소음진동학(4판), 세진사, 2013.83. 김평석,김재수, “경량패널로 마감된 사회체육시설의 음향특성 및 개선”, 한국생활환경학회지 21권 3호 pp.

417∼428, 2014.64. 김재수, “정읍사 예술회관의 음향성능 개선에 관한 연구”, 한국문화공간건축학회논문집 38호 pp. 5∼14, 2012.55. F.R.atson, Acoustics of Buildings, John iley & Sons,Inc, 19486. Heinrich Kuttruff, Room Acoustics, Elsevier Applied Science, 1991

- 116 -

- 8 -

7. M.David Egan, Concepts in Architectural Acoustics, McGRAW-Hill Book Company, 19728. Michael Barron, Auditorium Acoustics and Architectural Design, E & FN SPON, 19939. Yochi Ando, Architectural Acoustics, Springer, 1998

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