YAPI FİZİĞİ 1 YAPI AKUSTİĞİ 3. Bölüm Prof. Dr. Neşe Yüğrük Akdağ Yıldız Teknik Üniversitesi, Mimarlık Fakültesi, Mimarlık Bölümü, Yapı Bilgisi Anabilim Dalı

SESİN YANSIMASI

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.

Bir engelle karşılaşan ses ışınının davranış biçimleri

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.

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.

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.

Düzgün Yansıma Yansıtıcı yüzeyin girinti çıkıntıları, pürüzleri, yani düzgünsüzlükleri, yüzeye gelen sesin dalga boyundan küçükse yansıma düzgün olur.

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.

Yansımanın olumsuz etkileri Yansımanın gürültü denetimi açısından oluşabilen olumsuz etkileri; yapı içindeki yansıtıcı/yutucu yüzeylerden, kent akustiği açısından, yapı dışında yer alan yol, yapı ve benzeri yutucu/yansıtıcı yüzeylerden kaynaklanan gürültü düzeyindeki artış olmak üzere, iki bölümde ele alınmaktadır.

Yansımanın olumlu etkileri Sesin yüzeylerden yansıması ile sağlayacağı olumlu etkileri, gürültü denetiminden çok, hacim akustiği konuları ile ilgilidir.

Yansımanın yapı dışındaki olumsuz etkileri

Yansımanın yapı dışındaki olumsuz etkileri

Yol-Yapı İlişkisi

Yol-Yapı İlişkisi

Yol-Yapı İlişkisi

Yol-Yapı İlişkisi

Yansımanın yapı içindeki olumsuz etkileri Kapalı mekanda ses, yutulmalarla sönüp gidinceye kadar, iç yüzeylerden çok sayıda yansıma yapar. Bu yansımalar ile ses enerjisi üst üste bindiğinde ses düzeyi artar. Ses düzeyi artışı , kaynak açıldıktan sonraki belli bir süre içinde gerçekleşir. Yayınık ses alanının varlığından ötürü, kapalı hacimde, dinleyici hem kaynaktan dolaysız olarak gelen sesi, hem de yayınık sesi algılar. Böylece ses düzeyi açık havadakinden farklı olarak, yayınık ses nedeni ile belli oranda artmış olur.

Toplam yutuculuğun az ya da çok olması özellikle hacmin iç yüzeylerinin yutma çarpanlarına bağlı olarak hacimdeki yansışmış ses düzeyini etkilediği için, bu durum hacimde ses düzeyinin koşullara göre olumlu ya da olumsuz yönde etkilenmesine neden olur.

Kapalı hacimlerde yüzey gereçlerinden kaynaklanan gürültü düzeyindeki artış, 10-15 dB’e kadar çıkabilir. Hacim iç yüzeylerinden yansımalarla oluşabilecek gürültü düzeyi artışları, iç yüzey gereçlerde kullanılacak ses yutucu gereçlerle büyük oranda ortadan kaldırılabilir.

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.

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.

Sesin yutucu, yansıtıcı ve dağıtıcı yüzeylerden düzgün ve yayınık yansıması

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.

Değişik yüzey özelliklerine göre Dağıtma Çarpanları (δ)

BBC Stüdyolarında, dağıtıcılığı yüksek elemanların tavan yüzeylerinde kullanımı

Ses dağıtıcı gereçlerin duvarlarda kullanım örnekleri

Sesi dağıtıcı özellikteki gereçlerin tavan ve duvar yüzeylerinde kullanımı

Sesi dağıtıcı özellikteki gereçlerin tavan ve duvar yüzeylerinde kullanımı

Sesi dağıtıcı özellikteki gereçlerin tavan yüzeylerinde kullanımı

Stüdyolarda, ses dağıtıcı gereçlerin kullanım örnekleri

Sesi dağıtıcı elemanlar

SESİN YUTULMASI

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.

Sesin yutulması, ses enerjisinin başka tür bir enerjiye (ısı enerjisi) ya da ses dışı titreşimlere dönüşmesi demektir.

Çok yansıtıcı ve çok yutucu laboratuvarlar

gözenekli gereçlerde yutulma, titreşen levhalarda yutulma 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.

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.

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 vizkozitesi 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.

Değişik kesit özellikleri bulunan gözenekli gereçler ve frekanslara göre değişen yutma çarpanları

Gözenekli gereç örnekleri ve ses 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 0.75 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 0.15 0.29 0.52 0.59 0.25 İnce kumaş perdeler 0.06 0.10 0.30 5 mm kalınlıkta tabi elyaflı keçe (duvar üzerine) 0.12 0.18 0.55

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.

Gözenekli gereç örnekleri

Duvarda gözenekli gereç uygulaması

Tavanda ses yutucu gereç uygulaması

Tavan ve duvarda ses yutucu gereç uygulamaları

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.

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.

Titreşen levha özelliği gösteren gereçler ve frekanslara göre değişen yutma çarpanları

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, tesbit 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.

Titreşen levha özelliği gösteren gereçler ve yutma çarpanları 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 0.10 4 mm kalınlıkta sert elyaflı levhalar veya aynı ağırlıkta kontrplak levhalar, duvardan 50 mm uzakta 0.30 0.20 0.15 0.08 Normal boyutlarda pencere camı 0.35 0.25 0.18 0.12 0.07 Kapalı çift cam 0.03 0.02 0.05

Titreşen levhalarla oluşturulmuş bir duvar örneği

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.

Gözenekli gereç ve titreşen levha özelliği gösteren kesitlere örnekler Yutma çarpanları (%) Gereçler 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz NRC Arkasına gözenekli gereç konmuş delikli levhalar 0.50 0.70 0.90 0.60 Delikli özel akustik levhalar 0.30 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 0.10 0.08

Cam yünü levha üzeri kumaş kaplama

Ses yutucu gereçlere örnekler

Ses yutucu gereçlerin tavanda kullanımı

Ses yutucu gereçlerin tavan ve duvarlarda kullanımı

Ses yutucu gereçlerin tavan ve duvarlarda kullanımı

Ses yutucu gereçlerin tavanda kullanımı

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.

Rezonatör örnekleri

Süleymaniye Camii

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.

Rezonatör örnekleri

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.

Hacmin Toplam Yutuculuğunun Ses Düzeyine Etkisi Hacmin toplam yutuculuğu, hacmi kaplayan yüzey malzemelerinin yutma çarpanları ve bunların yüzey alanlarına, hacimde yer alan birimsel nesnelerin özelliklerine ve sayılarına, ayrıca hacmin büyüklüğüne bağlı olarak belirlenen bir büyüklüktür. Toplam yutuculuğun az ya da çok olması, hacmin yansışmış ses düzeyini etkiler.

Gürültü düzeyinde yüzey yutuculuklarından kaynaklanan değişim, hesaplanabilmektedir; GA = 10 log (A2 / A1) GA= İç yüzey gereçlerinin değişimi ile oluşan gürültü azalması (dB) A1, A2= Hacmin toplam yutuculuğu (sabine, m2)

Hacmin toplam yutuculuğu (A); hacmin iç yüzeylerinin toplam yutuculuğu (Ay), insan-eşya gibi nesnelerin toplam yutuculuğu (Ab) havanın yutuculuklarının (Ah) toplamından oluşur. A= Ay+Ab+Ah (sabine, m2)

Ay: Yüzeylerin toplam yutuculuğu (Sabine, m²) Ay= a1.S1+a2.S2+....an.Sn an: Her bir yüzeyin yutma çarpanı (%, frekansa bağlı) Sn: Her bir yüzeyin alanı (m²)

Ab: Birimsel nesnelerin toplam yutuculuğu (Sabine, m²) Ab= a1.n1+a2.n2+....an.nn an: Her bir nesnenin yutma çarpanı (%, frekansa bağlı) sn: Her bir nesnenin adeti (örneğin 5 insan, 5 sandalye vb.)

Ah: Hacmin havasının yutuculuğu (Sabine, m²) Ah= 4mV m: sıcaklığa ve bağıl neme bağlı çarpan. Havanın yutuculuğu büyük hacimler ve ince sesler için önem kazanır. Sıcaklığa ve bağıl neme bağlı olarak değişmekle birlikte, 200C ve %40 bağıl nem için “m” değerleri; 1000 Hz’de 0.0008; 2000Hz’de 0.0030 ve 4000Hz’de 0.0088 olarak alınır. V: Mekandaki havanın hacmi (m³)

Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması

Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması

Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması

Hacmin toplam ses yutuculuğunun arttırılması

Su ve neme dayanıklı melamin köpükten oluşturulmuş ses yutucu gereçlerin havuzlarda kullanımı