sesin yansıması
advertisement
YAPI FİZİĞİ 2 HACİM AKUSTİĞİ 2. Bölüm Prof. Dr. Neşe Yüğrük Akdağ Yıldız Teknik Üniversitesi Yapı Fiziği Bilim Dalı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 1 SESİN YANSIMASI Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 2 • Hava içinde yayılan ses enerjisi, duvar, döşeme, kapı, perde, camlı bölme ve benzeri bir engele rastladığı zaman, bu enerjinin bir bölümü bu engelin yüzeyinde yansır, bir bölümü çeşitli şekillerde engeli geçer, bir bölümü de yine çeşitli şekillerde engelde yutulur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 3 Bir engelle karşılaşan ses ışınının davranış biçimleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 4 Sesin yansıması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 5 • Yansımanın niceliği ve niteliği olmak üzere iki boyutu vardır. • Yansımanın niceliği yansımanın büyüklüğü anlamındadır. Bir yüzeye gelen sesin enerjisinin yansıdıktan sonraki enerjisine oranı önem taşır. • Yansımanın niteliği ise daha karmaşık tanımlamaları gerektirir. Ayrıca yansımanın niteliği konusu hacim akustiği konuları açısından daha fazla önem taşır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 6 Yansımanın Niceliği • Yansımanın niceliğinin belirlenmesinde, sesin yansıdığı yüzeyin sesi ne oranda yuttuğu ya da yansıttığı önemlidir. • Yansıtma çarpanı olarak ifade edilebilen ve “r” ile simgelenen bu büyüklük, yüzeyden yansıyan sesin yüzeye gelen sese oranı olarak tanımlanır. • Örneğin mermer ya da su yüzeyinin oldukça yüksek yansıtıcılıkları yani yansıtma çarpanları vardır. Bu yüzeylerin yaklaşık yansıtma çarpanları 0.95 dolaylarındadır. • Yüzeylerin yansıtıcılıkları ya da yutuculukları yansıtma çarpanından daha çok yutma çarpanı ile ifade edilir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 7 Yansımanın Niteliği • Yansıyan ses ışınlarını biçimsel olarak ele aldığımızda düzgün yansıma ve yayınık yansıma olmak üzere iki yansıma biçiminden söz edebiliriz. • Sesin düzgün ya da yayınık yansıması durumu, sesin dalga boyuna ve yansıyan yüzeyin boyutlarına bağlı olarak değişim gösterir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 8 Düzgün Yansıma • Yansıtıcı yüzeyin girinti çıkıntıları, pürüzleri, yani düzgünsüzlükleri, yüzeye gelen sesin dalga boyundan küçükse yansıma düzgün olur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 9 Yayınık Yansıma • Yayınık yansımada yansıyan ışınım, gelen ışınımın doğrultusuyla bazen az ilgili olan, bazen de hiç ilgili olmayan bir çok doğrultuya yayılır. Çok özel durumlarda yansımanın biçimi yüzeye teğet bir küre olur. Bu yansımaya izotrop yayınık yansıma (tam yayınık yansıma) denir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 10 Yansımanın olumlu etkileri Sesin yüzeylerden yansıması ile sağlayacağı olumlu etkileri, gürültü denetiminden çok, hacim akustiği konuları ile ilgilidir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 11 Yansımanın yapı içindeki olumlu etkileri Sesi dağıtıcı, yayıcı özellikte olan gereçler, ses enerjisinin değişik doğrultulara yansıyarak, hacimdeki ses alanının yayınıklığını arttırırlar. Salonların yan duvarlarında kullanılmaları, hacim akustiği açısından son derece olumludur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 12 Yansımanın Dağılım Özelliği • Belli oranda yansıyan ses ışını, yansıdığı yüzeyden üç boyut içinde çok değişik doğrultulara, çok değişik enerji oranlarında geri döner. • Yüzeylerdeki sesin dağılımı olarak adlandırılan özellik, uzun yıllardır önemsenmekte ve incelenmektedir. • Simgesi δ olan dağıtma çarpanı % ile belirtilmektedir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 13 Sesin yutucu, yansıtıcı ve dağıtıcı yüzeylerden düzgün ve yayınık yansıması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 14 Yansımanın dağılım özelliğine ilişkin sayısal değerler • Dağılım izotrop yayınık yansıma biçiminde yani yansıyan ses ışınları yüzeye teğet bir küre biçiminde ise bu yüzeyin sesi dağıtma çarpanı 1(% 100)’dir. • Yüzey düzgün yansıma yapıyorsa, yani yüzeye gelen tek bir ses ışını, yüzeyin normali ile eşit açı yaparak yine tek bir doğrultuda ve aynı düzlem üzerinde geri yansıyorsa bu yüzeyin sesi dağıtma çarpanı 0 (% 0)’dır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 15 Değişik yüzey özelliklerine göre Dağıtma Çarpanları (δ) Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 16 • Dağıtma çarpanının yüksek olması, yüzeye çarpan ışının hemen her doğrultuya birbirine yakın enerjilerde geri dönmesi anlamına gelmektedir. • Bu çarpanın düşük olması ise, yansımanın ağırlıklı olarak tek bir doğrultuya yönelik olduğunu göstermektedir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 17 BBC Stüdyolarında, dağıtıcılığı yüksek elemanların tavan yüzeylerinde kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 18 Ses dağıtıcı gereçlerin duvarlarda kullanım örnekleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 19 Dağıtıcı yüzeylerin arka duvarda kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 20 Sesi dağıtıcı özellikteki gereçlerin tavan ve duvar yüzeylerinde kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 21 Sesi dağıtıcı özellikteki gereçlerin tavan ve duvar yüzeylerinde kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 22 Sesi dağıtıcı özellikteki gereçlerin tavan yüzeylerinde kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 23 Stüdyolarda, ses dağıtıcı gereçlerin kullanım örnekleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 24 Sesi dağıtıcı elemanlar Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 25 SESİN YUTULMASI Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 26 • Gelen ses enerjisinin yansımayan bölümü, yutulmuş sayılır. • Bir gerecin, ya da bir yüzeyin yutma çarpanı oran olarak o yüzeyden yansımayan sesin gelen sese oranını gösterir. • Yutma çarpanın simgesi α’dır. Örneğin bir yüzey sesin %85’ini yansıtıyorsa, o yüzeyin yutma çarpanı a = 0.15’dir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 27 Sesin yutulması, ses enerjisinin başka tür bir enerjiye (ısı enerjisi) ya da ses dışı titreşimlere dönüşmesi demektir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 28 NRC (Noise Reduction Coefficient) • Bir malzemenin yutuculuk özelliğini ifade etmeye yönelik olarak, özellikle mimari akustikte kullanımı yaygın olan ve ifade kolaylığı bulunan NRC değerinden söz edilebilir. • Ses Azaltım Katsayısı (NRC), 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz ve 2000 Hz frekanslardaki ses yutma çarpanlarının aritmetik ortalaması alınarak belirlenir. Yapı Fiziği II, Hacim Akustiği NRC Hesabı Yapı Fiziği II, Hacim Akustiği • Sesin yutulması başlıca üç ayrı tip gereçte olur. Birbirinden bazı temel farklar gösteren yutulma biçimleri, • gözenekli gereçlerde yutulma, • titreşen levhalarda yutulma • rezonatörlerde yutulma olarak sıralanabilir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 31 Gözenekli Gereçlerde Yutulma • Gözenekli gereçler, içinde pek çok sayıda kılcal borular, delikler ya da çok ince aralıklar bulunan ve bundan ötürü oldukça hafif olan organik ya da inorganik gereçlerdir. • Bu kılcal borular ya da aralıklar dış havaya açıktırlar ve hava ile doludurlar. • Bu tür gereçlere örnek olarak, halı, keçe, perde ve başka kumaşlar, kılcal borulu özel levha ve sıvalar, cam, maden ve taş yünleri gösterilebilir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 32 Gözenekli Gereçlerde Yutulma • Böyle bir gerecin yüzeyine gelen ses titreşimleri kılcal borular ve aralıkların içindeki havayı da titreşime sokarlar. Yani ses titreşimleri gözeneklerin içine girer. Buralarda titreşen hava molekülleri havanın viskozitesi ve çeperlere sürtünme nedeniyle ses enerjisinin az ya da çok bir bölümünün doğrudan ısı enerjisine dönüşmesine yol açarlar. • Gözenekli gereçlerde yutulan ses enerjisi oranı, gerecin özelliği ile değişir ve frekansın artması ile yükselir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 33 Değişik kesit özellikleri bulunan gözenekli gereçler ve frekanslara göre değişen yutma çarpanları Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 34 Gözenekli gereç örnekleri ve ses yutma çarpanları Yutma çarpanları Gereçler 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz NRC Duvar veya beton üzerine cam yünü karışık sıva 0.02 0.07 0.40 0.68 0.68 0.75 0.45 Beton üzerine serbest ince halı 0.09 0.08 0.21 0.26 0.27 0.37 0.20 Döşeme üzerine tesbit edilmiş 5 mm kalınlığında halı 0.04 0.04 0.15 0.29 0.52 0.59 0.25 İnce kumaş perdeler 0.04 0.06 0.10 0.20 0.30 0.40 0.15 5 mm kalınlıkta tabi elyaflı keçe (duvar üzerine) 0.09 0.12 0.18 0.30 0.55 0.59 0.30 Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 35 • Gözenekli yapma tavan levhaları ve genellikle gözenekli gereçlerin, badana, boya, cila ve benzeri uygulamalarla gözeneklerinin dış havaya açık uçlarının tıkanması durumunda, yutma özelliklerinin kalmayacağı açıktır. • Ayrıca, gözenekli gereçlerin akustikle ilgili değişik kullanılışlarında, bunların basınç altında sıkışarak, rutubetlenerek, ıslanarak ya da benzeri şekillerde gözeneklilik özelliklerini yitirmemelerine dikkat etmek gerekir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 36 Gözenekli gereç örnekleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 37 Duvarda gözenekli gereç uygulaması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 38 Tavanda ses yutucu gereç uygulaması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 39 Tavan ve duvarda ses yutucu gereç uygulamaları Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 40 Titreşen Levhalarda Yutulma • Ses enerjisinin bir levhayı titreştirmesiyle bir iş yaptığı yani belli bir oranda enerji harcadığı düşünülebilir. • Bir levhayı titreştiren ses enerjisi, levhanın tespit yerlerindeki sürtünmeler, levhanın şekil değiştirmesiyle ilgili iç sürtünmeler, levhanın arkasında bulunan hava tabakasıyla ilgili sürtünmeler ve benzeri ile sonunda ısı enerjisine dönüşür. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 41 • Titreşen levhalar, bütün benzer sistemlerde olduğu gibi, öz frekanslarına yakın frekanslardaki sesleri en büyük oranlarda yutarlar. • Yapılarda mimari yapımsal parçalar olarak kullanılacak levhalar (lambriler, tavan kaplama levhaları, kirişlemeli esnek döşemeler, bağdadi zerine sıva, pencere camları, çeşitli panolar vb) boyutları ve gereç cinsleri bakımından, öz frekansları oldukça alçak frekanslarda olan parçalardır. Bu nedenle titreşen levha özelliği gösteren gereçler kalın sesleri ince gereçlerden çok daha fazla yutarlar. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 42 • Bir levhanın titreşen levha özelliği gösterebilmesi için, arkasında hava boşluğu bırakılarak, esnek tespit edilmesi gerekir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 43 Titreşen levha özelliği gösteren gereçler ve frekanslara göre değişen yutma çarpanları Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 44 • Herhangi bir sistem serbest titreşime sokulduğu zaman öz frekansları işitilir. Yani, örneğin bir pencere camına, bir bardağa, bir kapıya vurulduğu zaman bunların öz frekansları işitilir. Bu frekanslar, bu sistemlerin yutma çarpanlarının en fazla olduğu frekanslardır. Levhaların öz frekansları, boyut, kalınlık, rijitlik, yoğunluk, tespit biçimi gibi pek çok faktöre bağlıdır. Öyleyse bir titreşen levhada, frekanslara göre düzgün yayılmış bir yutuculuk sağlamak için bunlarda değişiklik yapmak gerekir. Yani aynı hacimde farklı özellikleri olan titreşen levha özelliğindeki gereçleri bir arada kullanmak akustik açıdan sesin tüm frekanslarda birbirine yakın oranlarda yutulabilmesi için daha olumlu olur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 45 Titreşen levha özelliği gösteren gereçler ve yutma çarpanları Yutma çarpanları (%) Gereçler 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz NRC 8 mm kalınlıkta talaş levhalar, yüzeyi düz, duvardan uzaklık 20 mm 0.46 0.24 0.04 0.01 0.01 0.01 0.10 0.30 0.20 0.15 0.10 0.08 0.10 0.10 Normal boyutlarda pencere camı 0.35 0.25 0.18 0.12 0.07 0.04 0.15 Kapalı çift cam 0.10 0.04 0.03 0.02 0.02 0.02 0.05 4 mm kalınlıkta sert elyaflı levhalar veya aynı ağırlıkta kontrplak levhalar, duvardan 50 mm uzakta Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 46 Titreşen levhalarla oluşturulmuş bir duvar örneği Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 47 • Kitlesi az yani ince ve hafif levhaların arkasına gözenekli ses yutucular konulması sesin yutulmasında büyük yararlar sağlar. Böylece hem yüksek, hem de alçak frekanslı seslerin belli oranda yutulması sağlanmış olur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 48 Gözenekli gereç ve titreşen levha özelliği gösteren kesitlere örnekler Yutma çarpanları (%) Gereçler 125 Hz Arkasına gözenekli gereç konmuş delikli levhalar 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz NRC 0.50 0.70 0.90 0.60 0.50 0.70 Delikli özel akustik levhalar 0.30 0.50 0.70 0.70 0.60 0.50 0.60 4 mm kalınlıkta sert elyaflı levhalar veya aynı ağırlıkta kontrplak levhalar, duvarla arası gözenekli gereç ile dolu, duvardan 50 mm uzakta 0.20 0.40 0.20 0.10 0.08 0.10 0.20 Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 49 Cam yünü levha üzeri kumaş kaplama Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 50 Ses yutucu gereçlere örnekler Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 51 Ses yutucu gereçlerin tavanda kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 52 Ses yutucu gereçlerin tavan ve duvarlarda kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 53 Ses yutucu gereçlerin tavan ve duvarlarda kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 54 Ses yutucu gereçlerin tavanda kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 55 Rezonatörlerde Yutulma • Günümüz yapılarında gözenekli gereçler ve titreşen levhalar kadar sıklıkla kullanılmasa da akustik açıdan oldukça önemli yutuculuk özellikleri olan rezonatörler, yapı bünyesinde ve çoğunlukla tavan ve duvarlarda gömülü olarak yer alırlar. Küp ya da testi biçiminde ve ağızları iç mekana açık olarak konumlandırılan bu gereçler oldukça yüksek yutuculuk ya da yansıtıcılık değerlerine çıkabilirler. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 56 Rezonatör örnekleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 57 Rezonatörlerde, boyun bölgesindeki hava kitlesi, boynun dışa açık olan ağzına gelen ses dalgalarıyla, aynı frekansta titreşmeye zorlanır. Eğer sistemin öz frekansı uygunsa, boyundaki hava kitlesi rezonansa girerek, gitgide artan genliklerde titreşmeye başlar. İçerdeki V hava hacmi yay görevi görmekte, burada da basınç değişmeleri gitgide artmaktadır. Boyundaki havanın hızı ve buna bağlı olarak debisi rezonans olayı ile gitgide artacağından, rezonatör, dış havaya açık ağzına gelen ses erkesinden daha fazla erkeyi yutmaya ve gelen düzlem dalgaların şeklini değiştirmeye başlar. Böylece, rezonatör ağız kesiti S’e gelen (düşen) ses erkesinden daha fazlasını yutar (adeta sesi emer) ve bu kinetik erkeyi potansiyel erke şeklinde biriktirir. Bu ses erkesinin bir bölümü rezonatör içinde ısı enerjisine dönüşerek yutulmuş olur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 58 Rezonatör örnekleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 59 • Bir rezonatörde yutulan erke oranını arttırmak için rezonatörün içine gözenekli yutucu gereç koymak yararlı olmaktadır. Bu gerecin en etkili olacağı yerler, hareketin en hızlı yani sürtünmenin en fazla olduğu boyun ve V hacminin boyun yakınlarındaki iç yüzeylerdir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 60 Çok yansıtıcı ve çok yutucu labotatuvarlar Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 61 Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 62 Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 63 Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 64 Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 65 Su ve neme dayanıklı melamin köpükten oluşturulmuş ses yutucu gereçlerin havuzlarda kullanımı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 66
