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
Download

usis-Yapı Fiziği-Hacim Akustiği 2. bölüm (yansıma-yutulma