MAK 4026 SES ve GÜRÜLTÜ KONTROLÜ -...

MAK 4026 SES ve GÜRÜLTÜ KONTROLÜ

6. Hafta

Oda Akustiği

Sesin Oda İçerisinde Yayınımı

• Akustik olarak sesin odada yayınımı için,

sesin dalga boyunun hacmin boyutlarına

göre oldukça küçük olması gerekmektedir.

• Sesin odada

yayınımı

sırasında alıcıya

iki farklı ses

ulaşır:

1) Direkt Ses 2) Yansıyan Ses

Hava Yutumu (Air Absorption) • Ses hava içerisinde yayınırken enerjisi yutulur.

Yutulan enerji, sesin frekansına ve havadaki

nem miktarına bağlıdır. Hava sıcaklığı da

yutumu etkiler. Şekilde, 20C deki hava

yutumunun frekansla artışı ve nem oranı ile

değişimi görülmektedir. Düşey eksen m ile

gösterilen ve birimi (1/metre) olan havanın enerji

yutum sabitidir.

• 1000 Hz’in altındaki frekanslar için hava yutumu

önemli olmayıp ihmal edilebilir.

Havanın enerji

yutum sabiti

Yüzey Yutumu (Surface Absorbtion)

• Ses, ortamdaki yüzeylerden yansıması sırasında da

yutuma uğrar. Sesin yutulma miktarı yüzeyin ses

yutma katsayısı ile orantılıdır.

• Ei enerjisine sahip ses dalgası, bir yüzeye

çarptığında yansıyan enerji miktarı:

)1(EE ir

olarak ifade edilir. Burada, α:ses yutma katsayısıdır.

Malzemelerin Ses Yutma Katsayıları

• Malzemelerin ses yutma katsayılarını ölçmek

için durağan dalga metodu, yankı odası metodu

gibi farklı yöntemler kullanılabilir.

• Ses yutma katsayısı frekansa göre değişir.

• Tablo’da farklı malzemelerin frekansa göre

değişen ses yutma katsayıları verilmiştir.

• Şekil’de ise bir köpük malzemesinin ses yutma

katsayısının frekansa göre değişim grafiği

verilmiştir.

Frekans (Hz)

Se

s y

utm

a k

ats

ayıs

ı

Bir köpük

malzemenin

ses yutma

katsayısı

Yankı Süresi

• Yankı süresi bir odanın ses enerji tüketim özelliğini

gösteren önemli bir parametredir.

• Akustik tasarımcılar, odaların kullanım amaçlarına

göre sesin en uygun şekilde anlaşılabilirliğini

sağlamak için genellikle yankı sürelerini esas

alırlar.

• Oda içerisinde bir ses kaynağının çalıştığını

düşünelim. Kaynaktaki ses yayınımı kesildiğinde

oda içerisindeki ses, odanın enerji yutum özelliğine

bağlı olarak zamanla azalacaktır. Bu durumda

odadaki sesin sönümü, yankı süresi ile ifade edilir.

Yankı Süresi

• Standart olarak, oda içerisindeki bir ses kaynağının veya

anlık bir sesin yayınımı kesildikten sonra oda içerisindeki ses

basınç düzeyinin 60 dB düşme süresi olarak tanımlanır. Bu

süre literatürde RT60 veya T60 ile gösterilir.

•Frekansa göre

değişiklik gösterir.

•Yankı süresi,

ölçülen odanın

hacmi ile doğru,

oda içerisindeki

malzemelerin

sönümüyle ters

orantılıdır.

* Paris’teki ünlü tarihi katedral

** Katedrallerde çalınan, klavye yardımıyla yönlendirilen bir enstrüman

Yankı sürelerinin

etkileri

Ölü Ses, duyma güçlüğü ve bass seslerin

duyulamaması

Yankı süreleri için ampirik yaklaşımlar

• Odaların akustik tasarımları sırasında yankı sürelerini

tahmini olarak belirleyebilmek için çeşitli ampirik

yaklaşımlar kullanılır.

• Bu yaklaşımlar genellikle odaların ortalama ses yutma

katsayılarını baz alarak frekansa bağlı yankı süreleri

verirler.

• Ortalama ses yutma katsayısı, oda içerisinde bulunan

her bir yutucunun ses yutma katsayıları (i) ve yüzey

alanları (Si) cinsinden şu şekilde belirlenir:

i i

i

i

i

S

S

Yankı süreleri için ampirik yaklaşımlar

1. Sabine Yaklaşımı:

Ortalama ses yutma katsayısının düşük olması

durumunda (≤0,2), Sabine yaklaşımı

kullanılabilir. Sabine, bir odadaki sesin sürekli

olarak azaldığını kabul eder.

2. Eyring Yaklaşımı

Eyring yaklaşımı daha yüksek yutum özelliğine

sahip odalar için uygundur. Eyring, bir odadaki

sesin yansımalarla birlikte kesikli olarak

azaldığını kabul eder.

Yankı Süresi

V: Oda hacmi (m3)

A: Oda yüzeylerinin ses yutum alanı (m2) (metrik Sabine)

Si: i. Yüzeyin alanı (m2)

Eyring Formülü

Sabine Formülü

0,161: Ampirik bir sabit (s/m)

( )Sabine ln 1 Eyring

60

i ii

0,161VT (s)

A

A S S

60

0,161VT (s)

Sln(1 )

Yankı Süresi-Hava Yutum Etkisinin

Eklenmesi

• Odanın çok büyük olması durumunda havanın

ses yutma etkisinin de hesaba katılması gerekir.

• Sabine yaklaşımına göre

• Geniş odalarda 1000 Hz’in altında ve küçük

odalarda havanın, yankı süresine etkisi ihmal

edilebilir.

60

0,161VT (s)

A 4mV

Oda Sabiti • Sabine yaklaşımına göre:

• Oda sabitinin küçük değerleri fazla yankıyı, büyük

değerleri ise az yankıyı ifade eder.

• Denklemden görüleceği gibi, oda içindeki toplam

yutma yüzey alanı veya ortalama ses yutumu

katsayısının artırılması oda sabiti değerini yükseltir.

• Yutma yüzey alanının yükseltilmesi oda boyutlarını

artırarak gerçekleştiriliyorsa hacim artışı nedeniyle

yankı süresinin de artacağı göz önünde

bulundurulmalıdır.

• R>5000 (Serbest alan koşulu sağlanmaktadır)

SR

1

Yankı Sürelerine Örnekler

• Değişik amaçlar için kullanılan salon ve odalarda

en iyi işitme olanağını verecek yankı süreleri

Şekil’de verilmiştir.

• Bu eğriler 500 Hz için belirlenmiştir.

•

• Farklı frekanslardaki yankı sürelerini bulmak için

Tf/T500 oranını veren Şekil kullanılır.

•

• T500 , 500 Hz’deki yankı süresi, Tf istenilen

frekanstaki yankı süresidir.

500 Hz’de değişik odaların yankı süreleri

Diğer frekanslardaki yankı sürelerinin

belirlenmesi için Tf/T500 Oranları

Bir Odanın Normal Modları

• Bir odada, bir boruda tek yönde oluşabilen durağan

dalga, üç yönde oluşabilmektedir.

• Bu olay, oda boyutlarına ve sesin frekansına bağlı

olarak gelen ve yansıyan dalganın aynı fazda

oluşarak birbirlerini güçlendirmesi ve bir rezonans

durumu ortaya çıkarmasıdır.

• Bir odanın normal titreşim modları;

•nx, ny, nz = tamsayılar 0,1,2,…,∞

•lx, ly, lz: oda boyutları

•c: ses hızı

22 2yx z

nx y z

nn ncf

2 l l l

Örnek - 1

10 m x 5 m x 2.4 m boyutlarındaki bir odanın

yüzeylerinin ses yutma katsayısı 0,05’dir.

a. Yankı süresini hesaplayınız.

b. Odanın 50 m2 lik yüzeyine ses yutma

katsayısı 0,9 olan bir malzeme

yerleştirildiğinde odanın yankı süresini

hesaplayınız.

Not: Hava yutumunu ihmal ederek, Sabine

yaklaşımını kullanınız.

Örnek - 1 - çözüm

Odanın hacmi: 3V 10 5 2,4 120 m

Odanın yüzey alanı: ( ) 2S 2 10 5 10 2,4 5 2,4 172 m

i i

i

i

i

S50 0,9 (172 50) 0,05

S 172

0,297

a.

b.

60

60

0,161V 0,161 120T

A 172 0,05

T 2,25s

60

60

0,161V 0,161 120T

A 172 0,297

T 0,378s

Şartlandırılmış Özel Akustik Odalar

• Makine, cihaz veya ekipmanların akustik

karakteristiklerinin belirlenebilmesi için ölçümlerin,

şartlandırılmış özel akustik odalarda

gerçekleştirilmesi gerekir.

• Şartlandırılmış odalar, teorik koşulların, pratik

olarak sağlandığı odalar olarak da ifade edilebilir.

• Bu odalar:

1. Yankısız (Çınlamasız) – Yarı Yankısız oda

(Anechoic, Semi-anechoic room)

2. Yankı odası (Reverberation room)

3. Kaynak ve Alıcı odası (Source and Receiver room)

Yankısız Odalar • Yankısız odalar özel duvar

yapıları sayesinde odanın

içerisindeki ses kaynağından

gelen sesi (yaklaşık) tam olarak

yutan odalardır.

• Odanın dışından gelen sesleri

engellemek amacıyla çok iyi

yalıtılmalıdır.

• Bu tipteki odalar akustik serbest

alanı simule ederler.

• Akustik serbest alanda kaynaktan

olan uzaklık iki kat arttığında ses

düzeyinde 6 dB’lik azalma

beklenir.

Yankısız Odalar • Yankısız odaların karakteristikleri frekansa bağlı olarak değişir.

• Yankısız bir odada ses ölçümü yapılabilecek en küçük frekans sınır frekansı (cut-off frequency) olarak isimlendirilir.

• Sınır frekansı değeri öncelikle uzak alan koşullarını sağlayacak şekilde oda boyutları tarafından belirlenir.

• R oda uzunluğu, L kaynak uzunluğu olmak üzere,

• Noktasal ses kaynakları (Lmax <<) için:

• R>>

• Yayılı ses kaynakları (Lmax >>) için:

• R/>> (L/ )^2

koşullarını sağlayan en küçük frekans (f= c/) odanın “sınır frekansı” olarak belirlenir.

Yankısız ve Yarı-Yankısız Odalar İki çeşit yankısız oda tipi mevcuttur.

1. Yankısız oda

2. Yarı-Yankısız oda

• Yarı-yankısız odaların, yankısız odalardan tek farkı zeminin

yansıtıcı özellikte olmasıdır.

• Bu nedenle yarı-yankısız odalarda kaynaktan olan uzaklık iki

kat arttığında ses düzeyinde 6 dB’lik azalma sağlanamaz.

• Yandaki tabloda bir odanın

yankısız veya yarı-yankısız

olması için kaynaktan olan

uzaklık iki kat arttığında

müsaade edilen ses düzeyi farkı

gösterilmektedir.

Yankısız ve Yarı-Yankısız Odalar

• Yankısız odaların tüm iç yüzeyleri, yarı-yankısız odaların ise taban dışındaki yüzeyleri, kanat/kama (fin/wedge) biçimi verilmiş ses yutucu malzemeler ile kaplanır.

• Bunun amacı, serbest alan koşulunu sağlayacak şekilde yutucu yüzey alanını artırmaktır.

• Kamaların uzunluğu, odada ölçüm yapılacak en düşük frekansın dalga boyunun en az 1/4’ü kadar olmalıdır.

• Odanın “sınır frekansının” belirlenmesinde ikincil etken kama boyutudur.

Yankısız ve Yarı-Yankısız Odalar

1

λL veya W veya H T 2 (metre)

2

Belirli boyutlardaki ses kaynakları için kullanılacak yankısız, yarı yankısız

odaların boyutları yaklaşık olarak şu şekilde hesaplanabilir:

• Yankısız odalar için:

T1: Ses kaynağının maksimum uzunluğu veya

yüksekliği veya derinliğidir.

• Yarı-Yankısız odalar için maksimum yükseklik:

2

λH T 2 (metre)

2

T2: Ses kaynağının maksimum yüksekliğidir.

• Bu tip odaların titreşim ve ses yalıtımının sağlanması

için genellikle oda içinde oda (room in room) yapılır.

Yankısız ve Yarı-Yankısız Odalar

Yankısız ve Yarı-Yankısız Odaların

Kullanım Alanları

• Ses kaynaklarının ses gücü düzeylerinin

belirlenmesi

• Ses kaynaklarının yönselliğinin

belirlenmesi

• Ses kaynaklarının ses basınç düzeylerinin

ölçülmesi

• Standartlara uygun olarak yapılan diğer

ölçümler

Yankı Odaları • Yankı odaları sert, paralel olmayabilen duvar yapıları

ve gerektiğinde eklenen özel yansıtıcı donanımları ile

durağan dalga oluşumlarını minimize ederek, odanın

içerisindeki ses kaynağından gelen sesin tamamen

yansıtılması ilkesine göre tasarlanır.

• Yankı odalarında “yayılı alan teorisinin” sağlandığı

kabul edilir.

• Odanın dışından gelen sesleri engellemek amacıyla

çok iyi yalıtılmalıdır.

Bu tipteki odalar

akustik yankı alanını

simule ederler.

Yankı odalarında

ses basınç düzeyinin

düşmesi beklenmez.

Yankı Odaları

• Ölçümü yapılan ses kaynağına en yakın olan yüzeyin

(zemin olması muhtemeldir) ses yutma katsayısı (α)

0.06’dan büyük olmamalıdır.

• Oda içerisinde kalan diğer

yüzeyler yüksek seviyede

yansıtıcı özellikte

olmalıdırlar.

Yayılı Alan Teorisi

Oda akustiğinde en çok kullanılan teorik modellerden

biri yayılı alan teorisidir. Bir oda içerisindeki ses

alanının yayılı olduğunu söylemek için odanın şu

şartları sağlaması gerekir:

1. Oda içerisindeki ses basınç düzeyi (uygulamada

ortalama değer) değişmemelidir.

2. Sesin şiddeti (yeğinliği) alıcının konumuna göre

değişmemelidir.

Yayılı alan teorisi, uygulamada yalnızca yankı

odalarında yaklaşık olarak sağlanmaktadır.

Yankı Odaları Bu tip odaların özellikleri:

• Alt sınır frekansı odanın hacmine göre değişir.

• Oda hacminin büyüklüğünde de bir sınır vardır. Sesin

hava içerisindeki yutumu ve yüksek frekanslarda da

ölçüm alınması gerekliliğinden dolayı oda hacminin

300 m3’ten büyük olması istenmez.

• Oda içerisindeki ses kaynağının hacmi, oda hacminin

%2’sinden büyük olmamalıdır.

Alt sınır frekansı [Hz] Hacim [m3]

100 200

125 150

160 100

200 70

Yankı Odaları

Oda içerisindeki yankı süresi odanın

hacminin (V, m3), toplam yüzey alanına

(S, m2) oranından büyük olmalıdır.

(T60 > V/S).

Bir yankı odasında yeterli miktarda

yayılı alan sağlanması için

bağıntısından hesaplanan bir alt sınır

frekansının üzerindeki frekanslarda ölçüm yapmak gereklidir.

mind

>1m

>1m

>0.5 m

Mikrofon

Kaynak

Sabit Yansıtıcı

Dönel yansıtıcılar

Bir yankı odası ve kaynak mikrofon uzaklıkları

Yankı Odalarının Kullanım Alanları

• Ses kaynaklarının ses gücü düzeylerinin

belirlenmesi

• Malzemelerin ses yutma katsayılarının ()

belirlenmesi

Kaynak-Alıcı Odaları

• Bu odaların tasarımı

sırasında yankı odaları

örnek alınır.

• Bu nedenle bu odalarda

da yayılı alan teorisi

geçerlidir.

• Bu iki oda ortak bir yüzey

içerir ve test edilecek

numune bu ortak yüzeyin

bir kısmına monte edilir.

• Malzemelerin iletim kaybı,

gürültü azaltımı ve eklenti

kaybı değerleri ölçülebilir.