OTOMOBİLLERDE KULLANILAN İZOLASYON MALZEMELERİNİN EMME KATSAYILARININ ÖLÇÜLMESİ ve UYGUN MALZEME KALINLIĞININ BELİRLENMESİ.

Transkript

1 OTOMOBİLLERDE KULLANILAN İZOLASYON MALZEMELERİNİN EMME KATSAYILARININ ÖLÇÜLMESİ ve UYGUN MALZEME KALINLIĞININ BELİRLENMESİ İbrahim AYDIN YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2008 ANKARA

2 İbrahim AYDIN tarafından hazırlanan OTOMOBİLLERDE KULLANILAN İZOLASYON MALZEMELERİNİN EMME KATSAYILARININ ÖLÇÜLMESİ ve UYGUN MALZEME KALINLIĞININ BELİRLENMESİ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Yrd. Doç. Dr. İhsan BATMAZ Tez Danışmanı, Makine Eğitimi Anabilim Dalı Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Makine Eğitimi Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. M. Sahir SALMAN Makine Eğitimi, Gazi Üniversitesi Yrd. Doç. Dr. İhsan BATMAZ Makine Eğitimi, Gazi Üniversitesi Prof. Dr. Mahmut İZCİLER Endüstriyel Teknoloji Eğitimi, Gazi Üniversitesi Prof. Dr. H. Serdar YÜCESU Makine Eğitimi, Gazi Üniversitesi Yrd. Doç. Dr. İbrahim SEFA Elektrik Eğitimi, Gazi Üniversitesi Tarih : 30 / 05 / 2008 Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Nermin ERTAN Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. İbrahim AYDIN

4 iv OTOMOBİLLERDE KULLANILAN İZOLASYON MALZEMELERİNİN EMME KATSAYILARININ ÖLÇÜLMESİ ve UYGUN MALZEME KALINLIĞININ BELİRLENMESİ (Yüksek Lisans Tezi) İbrahim AYDIN GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ HAZİRAN 2008 ÖZET Gürültü faktörü günümüz müşterisinin marka tercihinde çok önemli bir yer tutmaktadır. Tüm otomotiv ana ve yan sanayi üreticileri bunun farkına varıp yatırımlarını bu yönde geliştirmektedirler. Günümüzün değişen ihtiyaçları ve otomotiv firmaları arasındaki süregelen rekabet izolatörlerinde sürekli olarak gelişim içerisinde olmasını gerektirmektedir. İzolatörlerin ses emme katsayılarını belirlemek için değişik yöntemler kullanmak mümkündür. Bu çalışmada; otomobilin belirli bir bölgesinde kullanılmak üzere aynı kalınlık farklı yapısal özelliklerdeki beş adet izolatörün Empedans Tüpü kullanılarak ses emme katsayıları tespit edilmiştir. Bununla birlikte kalınlığın ses emme katsayısı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar malzemelerin yapısal özellikleri de göz önüne alınarak; birbirleri ile karşılaştırılmış, ayrıca iç gürültüde meydana getirdikleri değişiklikler incelenmiştir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Empedans Tüpü, Ses Emme Katsayısı, İzolatör Sayfa Adedi : 57 Tez Yöneticisi : Yrd. Doç. Dr. İhsan BATMAZ

5 v MEASUREMENT OF SOUND ABSORPTION COEFFICIENTS ON THE AUTOMOTIVE ISOLATION MATERIALS AND DETERMINING THE OPTIMUM MATERIAL THICKNESS (M. Sc. Thesis) İbrahim AYDIN GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY JUNE 2008 ABSTRACT Interior noise levels have a high effect for today s customers during choosing their new cars. Today automotive OEMs and suppliers noticed this property and recently give more attention on increasing the sound quality of produced vehicles. Current needs and the competition between automotive OEMs forces the producers to produce better isolation solutions. To characterize the isolation effect or isolators several ways can be used. In this study, sound absorption coefficients of five different isolators which consist different materials with the same thickness have been tested with an Acoustic Impedance Tube. In addition to this test the effect of the material thickness is investigated. Acquired results have been compared according to isolator material properties; also the effect of the isolator type on the internal noise levels is investigated. Science Code : Key Words : Impedance Tube, Sound Absorption Coefficient, Insulator. Page Number : 57 Adviser : Assist. Prof. Dr. İhsan BATMAZ

6 vi TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren Yrd. Doç. Dr. İhsan BATMAZ a, kıymetli tecrübelerinden faydalandığım Yük. Mak. Müh. Aytekin ÖZKAN a, değerli arkadaşım Özer Serat SEYMEN ile DTA Mühendislikten Yunus Emre EŞİYOK a ve bana her zaman destek olan aileme teşekkürü bir borç bilirim.

7 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...iv ABSTRACT...v TEŞEKKÜR...vi İÇİNDEKİLER...vii ŞEKİLLERİN LİSTESİ.....xi RESİMLERİN LİSTESİ...xiii 1. GİRİŞ TEMEL SES KAVRAMLARI Ses Sesin Terminolojisi Basınç ve Güç Temel Ses Parametreleri Sesin Yayılması Ses Basıncı Ses Basıncının Değişim Aralığı db Desibel Dönüşüm için basit kurallar SES ÖLÇÜMLERİ Ses Düzeyi Ölçüm Cihazı Ses Düzeyi Parametreleri Eşdeğer Sürekli Ses Düzeyi, (Leq) Leq Ölçümü... 11

8 viii Sayfa 3.5. Kısa Süreli Gürültü Ölçümünde Leq Ses Etkilenim Düzeyi (SEL) PRATİK SES ÖLÇÜMLERİ Mikrofonun Pozisyonu Dış mekanlarda mikrofonun konumu İç mekanlarda mikrofonun konumu Kullanıcının konumu Ses ölçüm cihazı ve kullanıcının ölçüme etkisi Kalibrasyon Akustik kalibrasyon SESİN FREKANS ANALİZİ Çeşitli Ses Kaynaklarının Frekans Aralığı Duyulabilir Ses Aralığı Dalgaboyu Dalgaboyu ve frekans Sesin Kırınımı Sesin Yayılımı Sesin Yansıması Çeşitli Gürültü Sinyalleri Ses Frekans Aralığı İşitme Sınırları... 23

9 ix Sayfa 6. ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Ses Emme Katsayısı Tespiti Empedans (Kundt) tüpü ölçümleri Yankılanma odası ölçümleri Ses İletim Katsayısı Tespiti Ses Yalıtım Katsayısı Tespiti Genel Uygulama Akustik Geçirgenlik Testi MATERYAL ve METOT Materyal Deney seti Testlerde kullanılan izolasyon malzemeleri ve yapısal özellikleri Metod Deneyin yapılışı Referans düzleminin tanımlanması Ses hızı, dalgaboyu ve empedans özelliklerinin belirlenmesi Mikrofon uygunsuzluğunun düzeltilmesi Yansıma faktörünün belirlenmesi Ses emme katsayısının belirlenmesi DENEY SONUÇLARI ve DEĞERLENDİRME Sonuçlar Değerlendirme KAYNAKLAR... 51

10 x Sayfa EKLER EK-1. Testlerde elde edilen frekanslara bağlı ses emme katsayıları...54 ÖZGEÇMİŞ... 57

11 xi ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 2.1. Ses gücü, şiddeti ve basıncı arasındaki bağıntılar... 4 Şekil 2.2. Sesin yayılmasında yay örneği.5 Şekil 2.3. Ses basıncının değişim aralığı..6 Şekil 2.4. Basınç değerlerinin db olarak hesaplanması 7 Şekil 2.5. Ses basıncı ve ses basınç düzeyi arasındaki dönüşüm kuralları...8 Şekil 3.1. Sinyalin tanımlanmasında kullanılan ses düzeyi parametreleri 9 Şekil 3.2. Eşdeğer sürekli ses düzeyinin matematiksel olarak hesaplanması.10 Şekil 3.3. Ölçüm yeterlilik süresinin Leq ile belirlenmesi..11 Şekil 3.4. Kısa süreli gürültü ölçümünde Leq karakteristiği.12 Şekil 3.5. Ses etkilenim düzeyinin hesaplanması...13 Şekil 4.1. Pratik ses ölçümlerinde mikrofonun yerden yüksekliği.14 Şekil 4.2. Ölçüm cihazı ve kullanıcının ölçüme etkisi 16 Şekil 5.1. Çeşitli ses kaynaklarının frekans aralıkları.17 Şekil 5.2. Farklı canlılar için duyulabilir ses aralığı...18 Şekil 5.3. Dalgaboyu ve frekans arasındaki bağıntı 19 Şekil 5.4. Sesin dalgaboyuna bağlı olarak engel karşısındaki davranışı.20 Şekil 5.5. Sesin dalgaboyuna bağlı olarak aralık karşısındaki davranışı 21 Şekil 5.6. Çeşitli sinyallerin zamana bağlı ses basınç eğrileri ve spektrumlarının.22 şematik gösterimleri Şekil 5.7. İnsan kulağının duyabileceği ses frekans aralığı ile infra ve ultra sesler...23 Şekil 5.8. İnsanın işitebileceği sesin sınırları ve acı eşiği...23 Şekil 6.1. Yankılanma odası ve bölümlerinin şematik gösterimi...28

12 xii Şekil Sayfa Şekil 7.1. Emme katsayı ölçümü için kullanılan empedans tüpleri...31 ve mikrofon pozisyonlarının şematik gösterimi Şekil 7.2. Mikrofonlar 0 ve 1 konumlarında iken ölçülen beyaz 34 gürültü spektrumu Şekil 7.3. Mikrofonlar 1 ve 2 konumlarında iken ölçülen beyaz 34 gürültü spektrumu Şekil 7.4. Mikrofonlar 5 ve 6 konumlarında iken ölçülen beyaz 35 gürültü spektrumu Şekil 8.1. EPDM + %20 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı...41 değişimi Şekil 8.2. PU + %27 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi..42 Şekil 8.3. PU + %20 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi..43 Şekil 8.4. PU + %30 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi..44 Şekil 8.5. PU + %25 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi..45 Şekil 8.6. İzolatörlerin karşılaştırmalı emme katsayıları (kalınlık: 20 mm)...46 Şekil 8.7. İzolatörlerin karşılaştırmalı emme katsayıları (kalınlık: 25 mm)...47 Şekil 8.8. İzolatörlerin karşılaştırmalı emme katsayıları (kalınlık: 30 mm)...48 Şekil 8.9. Taşıt iç gürültü toplam seviye eğrileri 48

13 xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 6.1. Keçe tipi ön göğüs izolatörü 25 Resim 6.2. Empedans tüpü ölçümleri için numuneden alınan kesit...26 Resim 6.3. ISO ve ASTM Standartlarına göre Empedans Tüpü örnekleri.26 Resim 7.1. Deney setinin genel görünümü.30

14 1 1. GİRİŞ Otomotiv sektöründe birçok amaç için değişik tipte izolatörler kullanılmaktadır. Günümüzün değişen ihtiyaçları ve otomotiv firmaları arasındaki süregelen rekabet izolatörlerin de sürekli olarak gelişim içerisinde olmasını gerektirmektedir. Üreticiler tarafından; motor, yol ve yapısal kaynaklı gürültülerin, sürücü ve yolcuları en az seviyede etkilemesi için izolasyon yeteneği yüksek fakat maliyeti düşük izolasyon malzemelerinin belirlenmesi hedeflenmektedir. Özellikleri bakımından çok çeşitlilik gösteren izolasyon malzemelerinin otomobillerin doğru bölgelerinde, doğru ebatlarda ve yoğunluklarda kullanılması müşterilerin tercihlerini değiştirmek açısından da çok önemlidir. Çünkü; taşıta uygulanan izolasyon paketinin mükemmel olmaması, otomobilin iç gürültü seviyelerinin önemli ölçüde artmasına neden olabilmektedir. Hatta yanlış malzeme seçimi ile yüksek maliyetler karşılığında yetersiz izolasyon elde edilmektedir. Bu ve benzeri sebeplerden ötürü izolasyon malzemelerinde fiyat ve kalite açısından optimum seviyeyi yakalamak, izolatör ve otomobil üreticileri açısından çok önemli bir hal almaktadır. Taşıt geliştirme sürecinde, izolatör kullanımındaki ana amaç olan akustik karakteristiklerin belirlenmesi NVH tasarımı açısından önemli bir aşamadır. Bu aşama için Empedans (Kundt) Tüpü sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada; otomobilin belirli bir bölgesinde kullanılmak üzere aynı kalınlık farklı yapısal özelliklerdeki beş adet izolatörün Empedans (Kundt) Tüpü kullanılarak karşılaştırılması yapılmıştır. Empedans Tüpü ölçümleri sonucu izolasyon malzemelerinin emme katsayıları tespit edilerek ideal izolasyon malzemesi ile dinamik testler gerçekleştirilmiş ve Empedans Tüpü ölçümlerinin sağlaması yapılmıştır. Tüm bu çalışmalar yapılırken izolatörler konusunda bilgi birikiminin arttırılması ve taşıt geliştirme safhalarında sürecin kısaltılması amaçlanmıştır.

15 2 2. TEMEL SES KAVRAMLARI 2.1. Ses Ses günlük hayatımızın vazgeçilmez bir parçasıdır. Konuşarak anlaşabilmemizi sağlarken, kimi zaman da bizi tehlikelere karşı uyarır. Ses aynı zamanda günlük hayatımızda kullandığımız cihazlar hakkında kalite değerlendirmesi yapabilmemizi de sağlar. Ses bazen gürültü olarak adlandırdığımız, istenmeyen veya rahatsız edici boyutuyla karşımıza çıkar. Rahatsızlık kavramı sadece sesin kalitesine değil, bizim bu olaya gösterdiğimiz tepkiye de bağlıdır. Örneğin bazı kişilerin hoşuna giden bir müzik türü, özellikle yüksek sesli ise, başkaları tarafından gürültü olarak nitelendirilebilir. Fakat şunu da belirtmek gerekir ki sesin rahatsızlık vermesi için her zaman yüksek seviyeli olması gerekmez. Bir plaktaki cızırtı, bir musluğun damlaması, veya bir kapının gıcırdaması bazen bir gök gürültüsü kadar rahatsız edici olabilmektedir. Ses seviyesinin gürlüğü hakkındaki değerlendirmemiz, günün hangi saatinde olduğumuza göre de değişkenlik gösterebilmektedir. Örneğin yüksek seviyeli bir gürültüye geceleyin, gündüze göre daha az tolerans gösterebiliriz [1]. Ses bazen de zarar verici ve yıkıcı olabilmektedir. Örneğin bir sonik patlama camları kırabilecek güce sahiptir. Fakat ses bize en büyük zararı, onu algılamak için yaratılmış olan mekanizmada - insan kulağında - hasara yol açtığında vermektedir Sesin Terminolojisi Ses, kulağın algılayabileceği basınç değişimi olarak tanımlanabilir. Sesle ilgilenen bilime AKUSTİK adı verilir ve bu bilim dalı, sesin üretilmesi, yayılması ve algılanması ile ilgili tüm alanları kapsar.

16 3 Teknolojinin gelişmesi ile orantılı olarak gittikçe artan gürültü, günlük yaşamımızın kaçınılmaz bir parçası haline gelmiştir. Bu yüzden gürültünün azaltılması ile ilgili önlemlerin alınması, gürültüyü hayatın bir parçası olarak kabullenmememiz için önemlidir [1]. Gürültüyü doğru biçimde değerlendirebilmek için güvenilir ses ölçümlerinin yapılması zorunludur. Ama gürültü ölçümlerine başlamadan önce ilgili terminoloji ve ses ölçümüne ait temel prensipler hakkında fikir sahibi olmak gerekmektedir Basınç ve Güç Sesin fiziksel özelliklerinden bahsetmeden önce, daha aşina olduğumuz başka bir fiziksel büyüklükle - ısı ile - arasındaki analojiden bahsedelim. Bir elektrikli ısıtıcı, örneğin bir radyatör, birim zamanda belli bir enerji (Joule/s) açığa çıkarır, yani belli bir güce (Watt = Joule/s) sahiptir. Bu, o radyatörün, çevresel etkenlerden bağımsız olarak, ne kadar ısı üretebileceğinin bir ölçüsüdür. Üretilen enerji, odanın sıcaklığını yükselterek ortama yayılır ve bu sıcaklık, basit bir termometre ile ölçülebilir. Fakat herhangi bir noktadaki sıcaklık sadece radyatörün gücüne ve noktanın radyatöre uzaklığına değil, duvarlar tarafından emilen ısıya ve camlardan veya kapıdan dış ortama iletilen ısıya da bağlı olarak değişir [2]. Bir ses kaynağı birim zamanda belli bir ses enerjisi (Joule/s) açığa çıkarır, yani belli bir güce (Watt = Joule/s) sahiptir. Bu, o ses kaynağının, çevresel etkenlerden bağımsız olarak, ne kadar akustik enerji üretebileceğinin bir ölçüsüdür. Üretilen enerji, odadaki ses basıncını yükselterek ortama yayılır. Fakat herhangi bir noktadaki ses basıncı sadece kaynağın gücüne ve noktanın ses kaynağına olan uzaklığına değil, duvarlar tarafından emilen ses enerjisine ve camlardan veya kapıdan dış ortama iletilen ses enerjisine de bağlı olarak değişebilmektedir [2].

17 Temel Ses Parametreleri Bir ses kaynağı tarafından P gibi bir ses gücü üretildiğinde, kaynaktan komşu hava moleküllerine doğru bir enerji akışı meydana gelmektedir. Bu şekilde enerji, gölde dalgaların büyüyen daireler şeklinde uzaklaşmasına benzer bir şekilde ortama yayılmaktadır. Yayılan bu enerjinin belli bir yönde birim zamanda birim alandan geçen miktarına ses şiddeti (I) adı verilir. Yayılmakta olan enerji, geçtiği her noktada ses basıncına sebebiyet vermektedir [3]. Üç temel parametreyi birbirine bağlayan formül şekil 2.1 de gösterilmiştir. Şekil 2.1. Ses gücü, şiddeti ve basıncı arasındaki bağıntılar r: Kaynağa olan uzaklık ρ: Havanın yoğunluğu c: Ses hızı Ses şiddeti ve ses basıncı uygun araçlar kullanılarak ölçülebilmektedir. Ses gücü, ölçülen ses basıncı veya ses şiddeti değerleri ve ölçülen yüzey büyüklüğü yardımıyla hesaplanabilmektedir.

18 5 Ses gücü, makinelerin çıkardıkları gürültüye göre sıralandırılmasında, ses şiddeti ise gürültü kaynaklarının tespitinde kullanılmaktadır. Gürültü kaynaklarının tahribat ve kötü etkileri için izlenmesi gereken en önemli parametre ise ses basıncıdır [1] Sesin Yayılması Bir yay sıkıştırıldığında, oluşan bu sıkışma yay boyunca ilerlemektedir (Yaydaki sıkışma ve genleşme olayı Şekil 2.2 de gösterilmiştir). Hava molekülleri sıkışıp genleştiği zaman da aynı olay meydana gelmektedir; sıkışma ve genleşme hareketi veya başka bir anlatımla basınç değişiklikleri hava içerisinde yayılmaktadır. Şekil 2.2. Sesin yayılmasında yay örneği 2.6. Ses Basıncı Diyapozon gibi bir ses kaynağı titreştiğinde, etrafında bulunan havada basınç değişiklikleri meydana getirmektedir. Havada oluşan bu basınç değişikliklerini, göle atılan bir taşın oluşturduğu dalgacıklara benzer şekilde yayılmaktadır [4]. Dalgalar, taşın suya girdiği noktadan yayılmaya başlar. Halbuki ilerleyen suyun kendisi değildir. Su sadece yüzeyindeki periyodik dalgaları oluşturacak şekilde aşağı

19 6 ve yukarı hareket etmektedir. Sesin havadaki yayılımı da buna benzemektedir. Taş, kaynağa; göl, havaya; dalgacıklar da ses dalgalarına karşılık gelmektedir [4]. Akustik basınç titreşimleri, yaklaşık değeri Pa olan ortam statik basıncının dalgalanmasına sebep olmaktadır Ses Basıncının Değişim Aralığı 20μPa ile 100Pa arasında değişen duyulabilir ses basınç değişimleri, statik hava basıncıyla karşılaştırıldığında oldukça düşük seviyelidir. 20μPa ortalama bir kişi tarafından duyulabilecek en düşük ses seviyesi olarak kabul edilmiştir ve bu yüzden duyum eşiği olarak anılmaktadır. 100Pa ise çok yüksek bir seviyedir ve acıya neden olabilmekte, bu sebepten dolayı da acı eşiği olarak adlandırılmaktadır [3]. Bu iki seviyenin birbirine oranı bir milyondan daha fazladır. Bu yüzden kullanılacak olan Pa cinsinden lineer bir skala, ölçüm sonuçlarının çok geniş bir aralıkta, çok büyük oranlarda değişmesine yol açmaktadır. Şekil 2.3. Ses basıncının değişim aralığı

20 7 Bunun yanı sıra kulağımız lineer değil, logaritmik artışlara karşı hassastır. Bu sebeplerden ötürü akustik parametrelerin tespitinde, ölçülen değerin bir referans seviyeye oranının logaritması olan desibel (db) ölçeği kullanılır. db ölçeğini kullanmanın faydası, daha önce çizmiş olduğumuz skalanın yanına db skalasını koyduğumuz zaman ortaya çıkmaktadır. Çok büyük sayılara ve geniş aralığa sahip olan lineer skala, işitme eşiğinden (0dB) başlayan ve acı eşiğinde (130dB) sonlanan daha basit bir skalaya dönüşmüş olmaktadır. Lineer ve logaritmik cetvellerin karşılaştırılması şekil 2.3 te görülmektedir [5] db Desibel Desibel cinsinden ses basınç düzeyi, Lp = 20 log (p/p0) olarak tanımlanmaktadır. Bu denklemde p ölçülen ses düzeyi (Pa cinsinden), p0 ise standart olarak kabul edilen referans ses düzeyidir (20μPa). Burada dikkat edilmesi gereken ses basıncı nın yanına, bir referansa göre belli bir düzeye sahip olduğunu belirten düzey kelimesinin eklenmesidir. Ses basınç düzeyinin sembolü Lp dir. İki ayrı basınç değerinin db cinsinden karşılığının hesaplandığı iki örnek şekil 2.4 te gösterilmiştir. Bu iki değerin bir başka özelliği de ses ölçüm cihazlarının kalibrasyonunda kullanılan değerler olmasıdır [6]. Şekil 2.4. Basınç değerlerinin db olarak hesaplanması

21 Dönüşüm için basit kurallar Ses ölçümleri ile ilgilenirken bazı basit dönüşüm kurallarını bilmekte fayda vardır. Bunlar arasında en sık kullanılanlar şekil 2.5 te gösterilmiştir. Şekil 2.5. Ses basıncı ve ses basınç düzeyi arasındaki dönüşüm kuralları

22 9 3. SES ÖLÇÜMLERİ 3.1. Ses Düzeyi Ölçüm Cihazı Ses ölçüm cihazı, ortamda bulunan gürültü düzeyini standart bir biçimde ekranında gösterebilen elektronik bir cihazdır. Bu cihaz: Mikrofon Mikrofon önyükselticisi RMS ve tepe değerlerini veren dedektörler Standartlaşmış zaman ağırlıkları ve Ekran dan oluşmaktadır Ses Düzeyi Parametreleri Şekil 3.1 de bir sinyali tanımlamanın birçok yolu görülmektedir. Bunların içinde en çok kullanılanlar Tepe (Peak) ve RMS değerleridir. RMS; değişik frekanslarda alınan ölçümlerin karelerinin ortalamalarının karekökünü ifade eder [7]. Şekil 3.1. Sinyalin tanımlanmasında kullanılan ses düzeyi parametreleri

23 10 Ortalama değer, sinyal hakkında çok fazla bilgi sağlamadığı için kullanılmamaktadır. Tepe değeri sinyalin ulaştığı en yüksek (pozitif veya negatif) değerdir. Tepe Faktörü ise bir sinyalin ne kadar sinüzoidal olduğunun bir ölçüsüdür (Örn. İçerisinde sadece birkaç tepe yer alan sinyalin tepe faktörü oldukça büyüktür.) [8] Eşdeğer Sürekli Ses Düzeyi, (Leq) Eşdeğer sürekli ses düzeyi, belirli bir T zaman aralığında ölçülen anlık ses basınç değerlerinin ihtiva ettiği toplam akustik enerjinin ölçüm süresine bölünmesi yoluyla elde edilen ve elektronik olarak hesaplanan ortalama RMS düzeyidir [9]. Leq bir başka anlatımla, ortamdaki değişken gürültü ile aynı akustik enerjiye sahip olan sabit ses düzeyi anlamına gelmektedir. Eşdeğer sürekli ses düzeyinin matematiksel olarak hesaplanmasında kullanılan formül şekil 3.2 de gösterilmektedir. Şekil 3.2. Eşdeğer sürekli ses düzeyinin matematiksel olarak hesaplanması

24 11 Burada: T : toplam ölçüm süresi p(t) : anlık ses basıncı p0 : referans ses basıncıdır (20 μpa). Genellikle, anlık ses basıncı A-ağırlıklı frekans fitresinden geçirildiği için Leq değerinin büyüklüğü db(a) şeklinde ifade edilir Leq Ölçümü Ölçümün başlangıcında Leq değeri sıfırdır ve hızla yükselerek gerçek sinyali takip etmeye başlar. Tüm ölçüm süresi boyunca ortalama hesapladığı için gittikçe daha az değişkenlik gösterir. Şekil 3.3 te de görüldüğü gibi Leq değerinde başlangıçta meydana gelen dalgalanmalar, zamanla gittikçe azalmaktadır. Sabite oldukça yakın hale gelen bir Leq değeri, ölçümün yeterliliğinin de bir göstergesidir. Sabite yaklaşan Leq değeri, bu noktadan sonra ölçümü devam ettirmeye gerek olmadığı anlamına gelmektedir [8]. Şekil 3.3. Ölçüm yeterlilik süresinin Leq ile belirlenmesi

25 Kısa Süreli Gürültü Ölçümünde Leq Şekil 3.4 te kısa süreli bir gürültünün meydana gelmesi halinde Leq değerinin nasıl değişeceği gösterilmiştir. Gürültünün başlangıcında ortalama enerji seviyesi yüksek olduğundan Leq değeri yükselecek fakat gürültü kaybolduktan sonra bu değer zamanla azalmaktadır [6]. Şekil 3.4. Kısa süreli gürültü ölçümünde Leq karakteristiği 3.6. Ses Etkilenim Düzeyi (SEL) Ses etkilenim düzeyinin çıkış noktası, uçakların kalkış ve iniş gürültülerinin tek bir değerle ifade edilebilmesinin sağlanmasıdır. Birden fazla SEL değerinin birleştirilmesi veya karşılaştırılması mümkün olmakla birlikte, Leq değerinin farklı ölçüm zamanlarını içerebilmesi sebebiyle bu tür bir uygulamada kullanılması uygun olmamaktadır. Ölçüm cihazlarında kaydedilen teknolojik ilerlemeler sayesinde SEL parametresi doğrudan doğruya cihaz üzerinden takip edilebilir bir hale gelmiş ve farklı noktalardaki gürültülerin birleştirilmesi veya karşılaştırılması amacıyla da kullanılmaya başlanmıştır [9]. Ses etkilenim düzeyi SEL, bir ölçüm süresince elde edilen toplam akustik enerjiye eşit akustik enerji içeren bir saniyelik sabit ses düzeyi olarak tanımlanabilmektedir.

26 13 Günümüzde birçok ölçüm cihazı bu parametreyi görüntüleyebilmektedir. Şekil 3.5 te de görüldüğü gibi SEL değeri, Leq parametresinin 10log (t/1s) gibi ( t: saniye cinsinden toplam ölçüm süresi) bir düzeltme faktörü ile normalize edilmesi yoluyla hesaplanabilmektedir [10]. Son bir tanımlama olarak SEL, ses basınç düzeyi - ölçüm zamanı grafiğinin altında kalan toplam alan olarak da ifade edilebilir. SEL parametresi her zaman için 1 saniyeye normalize edildiğinden ölçüm süreleri farklı olan olayların karşılaştırılabilmesinde de kullanılabilir. Şekil 3.5. Ses etkilenim düzeyinin hesaplanması Ses düzeyi ölçüm cihazları standart zaman ağırlıkları ve parametreleri ile donanmış entegre cihazlardır. Leq gürültünün belirli bir zaman aralığındaki enerjisinin ortalamasıdır ve en önemli gürültü parametrelerindendir.

27 14 4. PRATİK SES ÖLÇÜMLERİ 4.1. Mikrofonun Pozisyonu ISO 1996 uluslararası standardı, iç ve dış mekanlarda yapılan ses ölçümleri sırasında mikrofonun konumu ile ilgili yönlendirici bilgiler içermektedir. Her ne kadar mikrofonun yerleştirileceği pozisyon ölçümün amacına bağlı olarak değişkenlik gösterse de, şekil 4.1 de de gösterildiği gibi genel bir kural olarak gerek iç gerekse dış mekan ölçümlerinde mikrofonun yerden 1.2 ila 1.5 metre yüksekte olması gerekmektedir [11]. Şekil 4.1. Pratik ses ölçümlerinde mikrofonun yerden yüksekliği Dış mekanlarda mikrofonun konumu Dış mekanlarda yapılacak ölçümlerde, olası yansımaların etkisini en aza indirebilmek için mikrofonun en yakın yansıtıcı yüzeyden 3.5m uzakta olması tavsiye edilmektedir. Eğer bir binanın maruz kaldığı gürültü seviyesinin ölçülmesi amaçlanıyorsa, bu durumda mikrofonun ilgili cepheden 1 ila 2 metre uzaklığa yerleştirilmesi önerilmektedir. Trafik gürültüsü ölçümü bu duruma bir örnek teşkil edebilir.

28 İç mekanlarda mikrofonun konumu İç mekanlarda yapılacak ölçümlerde mikrofonun, duvarlar veya mobilyalar gibi yansıtıcı yüzeylerden 1 metre, pencerelerden ise 1.5 metre uzakta tutulması tavsiye edilmektedir [6]. Gerek iç gerekse dış mekan ölçümlerinden sonra, ölçüm raporunun hazırlanması sırasında mikrofonun pozisyonunun tarif edilmesi gerekmektedir Kullanıcının konumu Ölçümler sırasında ses ölçüm cihazı elle tutulmalı veya tripod üzerine yerleştirilmesi gerekmektedir. ISO 1996 standardı kullanıcıdan kaynaklanan yansımaların etkisinin nasıl en aza indirgeneceğine dair bilgiler içermektedir. Cihaz elde tutularak ölçüm yapılıyorsa, kol mümkün olduğu kadar açık tutularak (yaklaşık 1 metre) cihazın bedenden uzakta durması ve yan dönerek vücuttan kaynaklanabilecek yansımaların en aza indirgenmesi gerekmektedir. Cihazın tripod üzerine yerleştirildiği durumlarda, kullanıcının mikrofondan en az 0.5 metre geride ve 0.5 metre yanda bulunması tavsiye edilmektedir [12] Ses ölçüm cihazı ve kullanıcının ölçüme etkisi Ses ölçüm cihazının kendisi de gerçek ses alanını bozduğu için ölçümü bir miktar da olsa etkilemektedir. Şekil 4.2 de tripod üzerine yerleştirilen bir ses ölçüm cihazının (üstte) ve elde tutulan bir ses ölçüm cihazının (altta) ayrı ayrı ölçümü nasıl etkilediği gösterilmiştir.

29 16 Şekil 4.2. Ölçüm cihazı ve kullanıcının ölçüme etkisi 4.2. Kalibrasyon Ölçümlere başlamadan önce ses ölçüm cihazını kalibre etmek büyük önem taşımaktadır. Bu işlem cihazın çalışmasının bir kontrolu olmasının yanı sıra, yüksek hassasiyetle doğru sonuçların elde edilmesini ve daha önce yapılmış olan ölçümlerle de karşılaştırılabilirliği sağlamaktadır. Bu sebeple kalibrasyonun ölçümlerden önce ve sonra yapılması gerekmektedir [10] Akustik kalibrasyon Akustik kalibrasyon, mikrofonundan elektronik devrelerine kadar ölçüm cihazının her kademesini kontrol edebildiği için tercih edilmektedir. İki tip kalibratör mevcuttur: Pistonfon (hassas ölçümler için), Akustik kalibratör (diğer ölçümler için).

30 17 5. SESİN FREKANS ANALİZİ 5.1. Çeşitli Ses Kaynaklarının Frekans Aralığı Günlük hayatta duyabildiğimiz ses kaynaklarının frekans aralıkları oldukça fazla değişkenlik göstermektedir. Genç ve sıhhatli bir insan 20 ile Hz arasındaki sesleri duyabilmektedir. Bunun yanında, 1 ile 20 Hz arasındaki infrasesler ile ile Hz arasındaki ultrasesler diğer duyu organları tarafından algılanmakta olup, rahatsızlığa sebep olmaktadır [11]. Yukarıda verilen hiçbir örneğin tüm duyulabilir frekans aralığını kapsamadığına dikkat etmek gerekir. Bu durum şekil 5.1 de örneklendirilmiştir. Frekans aralığı ve frekans analizi bilgisine bu sebeple ihtiyaç duyulmaktadır. Şekil 5.1. Çeşitli ses kaynaklarının frekans aralıkları

31 Duyulabilir Ses Aralığı Şekil 5.2 de örnekte de görülebileceği gibi, sağlıklı ve genç bir insanın duyabileceği sesler 20 ile Hz aralığında yer almaktadır. Yaşlandıkça, insanların yüksek frekanstaki sesleri duyabilme yetenekleri azalma gösterir. Aşırı gürültüye maruz kalındığında işitme organımız düşük seviyeli sesleri daha zor duyabilecek şekilde zarar görebilmektedir. Bazen bu zararın boyutları belirli frekans aralığı ile de sınırlı olabilmektedir [13]. Şekil 5.2. Farklı canlılar için duyulabilir ses aralığı 5.3. Dalgaboyu Bir tüpün ucuna monte edilmiş bir hoparlör, yayılma hızı 344m/s olan ses dalgaları üretmektedir. Eğer hoparlörün üretmekte olduğu ses arı bir sinüs ise ses dalgası, tüp içerisinde birbirlerinden bir dalgaboyu uzaklıkla ayrılmış basınç maksima ve minima ları meydana getirmektedir.

32 Dalgaboyu ve frekans Dalgaboyu, ses hızı ve frekans şekil 5.3 te belirtilen formül ile birbirlerine bağıntılıdırlar. Hangi frekansın dalgaboyunun ne kadar olduğunu kabaca tahmin edebilmek faydalı olacaktır. 1 khz lik bir sinyalin dalgaboyu 34 cm ye yakındır. 20 Hz lik bir sinyalin dalgaboyu 17 m, ye yakındır. 20 khz lik bir sinyalin dalgaboyu 1.7 cm ye yakındır. Şekil 5.3. Dalgaboyu ve frekans arasındaki bağıntı 5.4. Sesin Kırınımı Sesin yayılma alanı içerisinde bulunan nesneler kırınıma yol açabilmektedir. Kırınımın etkisini hesaplayabilmek için engelin boyutlarının sesin dalgaboyuna oranını karşılaştırmak gerekmektedir [14].

33 20 Şekil 5.4 te sesin; dalga boyuna bağlı olarak, bir engel ile karşılaşması durumunda nasıl hareket edeceği gösterilmektedir. Engelin boyutları dalgaboyundan daha küçükse, sesin yayılmasına bir engel oluşturmamaktadır. Eğer engelin boyutları sesin dalgaboyundan fazla ise gölgeleme denilen ve aşağıda da şematik olarak gösterilen olay meydana gelmektedir. Şekil 5.4. Sesin dalgaboyuna bağlı olarak engel karşısındaki davranışı 5.5. Sesin Yayılımı Kırınma, sesin bir aralıktan geçerken yön değiştirmesi olayıdır. Şekil 5.5 te sesin dalgaboyuna bağlı olarak bir aralık ile karşılaşması durumunda nasıl hareket edeceği gösterilmektedir. Eğer aralığın genişliği sesin dalgaboyundan daha küçükse, ses bu aralığın çıkışında gerçek bir kaynakmış gibi davranacak ve her doğrultuda ses yaymaya başlamaktadır.

34 21 Aralığın genişliği sesin dalgaboyundan daha fazlaysa, bu durumda ses herhangi bir etkiye uğramadan yoluna devam etmektedir. Şekil 5.5. Sesin dalgaboyuna bağlı olarak aralık karşısındaki davranışı 5.6. Sesin Yansıması Ses, dalgaboyundan daha büyük engellere çarptığında yansıma meydana gelmektedir. Engelin ses yutum özelliği yok ise, yansıyan ses enerjisi gelen ses enerjisi ile hemen hemen aynı enerji düzeyinde olmaktadır. Çınlanım odalarının tasarlanmasında bu özellikten faydalanılmaktadır [15]. Ses yutma özelliği çok yüksek olan engellerde ise hemen hemen hiç yansıma meydana gelmediğinden yankısız veya sessiz odalarda bu tür malzemeler kullanılmaktadır.

35 Çeşitli Gürültü Sinyalleri Etrafımızdaki pek çok ses sinyali karmaşık yapıdadır. Frekans analizinin ilk olarak bize kazandırdığı, bir sinyalin hangi büyüklükteki hangi frekans bileşenlerinden meydana geldiğini göstermesidir [16]. Şekil 5.6 da çeşitli gürültü sinyallerine örnekler verilmiştir. Elde edilen frekans bileşenlerinin sayısı (spektrumdaki çizgi sayısı), analizin hassasiyetini belirleyen bir faktör olup genellikle kullanıcı tarafından belirlenebilmektedir. Şekil 5.6. Çeşitli sinyallerin zamana bağlı ses basınç eğrileri ve spektrumlarının şematik gösterimleri

36 Ses Frekans Aralığı Şekil 5.7. İnsan kulağının duyabileceği ses frekans aralığı ile infra ve ultra sesler Şekil 5.7 de de gösterildiği gibi sadece 20 ile Hz arasındaki sesler işitme sistemimiz tarafından algılanabilmektedir. 20 Hz in altındaki sesler Infra, Hz in üzerindeki frekanslardaki sesler ise Ultra sesler olarak adlandırılmaktadır [17] İşitme Sınırları Şekil 5.8. İnsanın işitebileceği sesin sınırları ve acı eşiği Bir insanın işitebileceği sesin limitleri ve acı eşiği şekil 5.8 de gösterilmektedir.

37 24 Düz çizgi ile belirtilen alt sınır, arı sesin duyulmaya başlandığı en düşük seviyeye karşılık gelmektedir. Yukarıdaki kesik çizgiler ise acı verme eşiğini belirtmektedir. Zarar görme riskine ait çizginin üzerinde belirli bir süre kalınması halinde kalıcı işitme kayıpları oluşabilmektedir. Bu kayıplar özellikle yüksek frekans bölgesinde meydana gelir ve sağ altta gösterilen kesik çizgiler gibi işitme eşiğinin bu frekanslarda yükselmesine yol açarlar [15]. Normal konuşma ve müzik için sınırlar da şekilde belirtilmiştir. Daha yüksek seviyelere ulaşabilmek için yükselticilere ihtiyaç vardır.

38 25 6. ÖLÇÜM YÖNTEMLERİ Otomotiv uygulamalarında yalıtıcı/emici olarak kullanılan malzemelerin akustik ve titreşim özelliklerinin belirlenmesine yönelik başlıca kullanılan parametreler ve kullanım şekilleri aşağıda özetlenmektedir Ses Emme Katsayısı Tespiti Empedans (kundt) tüpü ölçümleri Ses emme katsayısı ölçümlerinde kullanılan yaygın metot, empedans tüpünde yapılan ses şiddeti ölçümleridir. Ses emme katsayısı, basit olarak emilen dalganın kaynaktan gelen dalgaya oranı olarak tanımlanmaktadır. Resim 6.1. Keçe tipi ön göğüs izolatörü Empedans (Kundt) tüpü metodu, test edilecek malzemeden dairesel bir örnek kesilmesini gerektirmektedir. Resim 6.1 de görülebileceği gibi parça birçok değişik forma sahiptir ve normal koşullar altında parça 3 boyutta yüklere maruz kalmaktadır. Ancak; resim 6.2 de görülebildiği gibi, tüpte test edilen numuneden dairesel bir kesit alınması gereklidir ve bu sebeple numunenin üzerine gelen yük sadece tek yönlü olmaktadır [18].

39 26 Resim 6.2. Empedans tüpü ölçümleri için numuneden alınan kesit Resim 6.3 te ISO ve ASTM Standartlarına göre emme katsayısı ölçümlerinde kullanılacak Empedans Tüpleri görülmektedir. ISO standardına göre ses emme katsayısı yüksek frekanslar için küçük tüp (R 30mm) ile, düşük frekanslar için büyük tüp (R 60 ~ 100mm) ile test edilmektedir. Yapılan testler sonrasında düşük frekans ve yüksek frekans ölçümleri birleştirilir. Ortak frekans bölgesinde interporasyon yapıldığından süreksiz bir eğri elde edilmektedir [19] ASTM standardı ise; emme katsayısı ölçümleri için orta boy (R 64mm) tek tüp öngörmektedir. ISO Standardına göre yüksek ve düşük frekanslar için Empedans Tüpleri. ASTM Standardına göre orta boy Empedans Tüpü. Resim 6.3. ISO ve ASTM Standartlarına göre Empedans Tüpü örnekleri

40 27 Bitmiş üründe, malzeme kalınlığı genel olarak sabit olmamaktadır. Hâlbuki empedans tüpüne konan malzemenin kalınlığının sabit olması gerekmektedir. Üstelik malzeme kalınlığı değiştikçe, ses emme katsayısındaki değişim, tahmin edilemeyecek şekilde farklılaşmaktadır [20]. Malzeme yoğunluğu için de yukarıda bahsedilen kıstas geçerlidir. Yoğunluğun artmasının ya da azalmasının ses emme katsayısına etkisinin hangi yönde olacağı tahmin edilememektedir. Bu koşullar altında, empedans tüpü ölçümleri üretici firmaların ürün katalogu oluşturmaları açısından faydalı olabilmektedir Yankılanma odası ölçümleri Standart bir yankılanma odasında, test örneğinin en az 10 m 2 yüzey alanına sahip olmasını gerekmektedir. Bu nedenle kullanımı pratik olmamaktadır. Boyutları standart odanın üçte biri olan bir yankılanma odası, emme katsayısının ölçülmesi için en pratik çözümdür ama maliyeti empedans tüpüne göre yüksek olmaktadır. Bu odalarda kullanılabilecek max. test örneği boyutu 1.2 m 2 dir. Oda tasarımının ses dağılım homojenliğini sağlayacak şekilde yapılmaktadır. Bu odalara alfa-kabin ismi de verilmektedir. Ses emme katsayısının hesaplanmasında ölçüm metodu olarak yankılanma süresi temel alınmaktadır. Bu sebeple alfa kabinler, yansıma katsayısı ve empedans ölçümleri için kullanılamamaktadır [21]. Alfa kabinlerde yapılan ölçümler ile hem otomotiv üreticileri hem de izolatör tedarikçileri bitmiş ürünlerin akustik özelliklerini test edebilmektedir.

41 28 Alfa Kabin İzolatör Numunesi Emisyon Odası Ses kaynağı Şekil 6.1. Yankılanma odası ve bölümlerinin şematik gösterimi Alfa kabin yönteminde numune parça iki yankılanma odası arasına yerleştirilir. Şekil 6.1 de görüldüğü gibi, birinci odadan (emisyon odası) verilen bilinen (beyaz gürültü) sinyal ile ikinci odada (alfa kabin) ölçülen sinyal karşılaştırılarak fark hesaplanmaktadır Ses İletim Katsayısı Tespiti Bu testin de empedans tüpü ile numune malzemeler üzerinde yapılabilmesi mümkün olmaktadır. Ancak; emme katsayısı ölçümlerinde olduğu gibi malzeme üç yönlü yüklerle değil, tek yönlü bir yük altında iken ses iletim katsayısı tespiti yapılabilmektedir [22] Ses Yalıtım Katsayısı Tespiti Bu konudaki mevcut standartlardan ISO 140/III daha çok mimari uygulamalara yöneliktir. SAE J1400 ise otomotiv uygulamaları içindir. Yaygın kullanımı bulunmamaktadır.

42 Genel Uygulama Akustik Geçirgenlik Testi Çoğu otomotiv firması tarafından da yapılan genel uygulamada komple araç gövdeleri kısmi maskelemeye tabi tutulur. Bu yöntemde; oda içine çok sayıda hoparlör içeren bir motor sesi simülatörü yerleştirilerek, kaynaktaki ses ile izolatörün diğer tarafındaki ses arasındaki fark hesaplanmaktadır.

43 30 7. MATERYAL ve METOT 7.1. Materyal Deney seti Resim 7.1. Deney setinin genel görünümü Resim 7.1 de görülen deney setindeki başlıca elemanlar şunlardır: Empedans tüpü, ¼ mikrofonlar (Free field özellikli), Veri toplama cihazı (Scadas), Güç kaynağı (Dynacord), Diz üstü bilgisayar (LMS-Test Lab. yazılımı) BNC kablolar (Yalıtımlı).

44 31 Empedans Tüpü Şekil 7.1. Emme katsayı ölçümü için kullanılan empedans tüpleri ve mikrofon pozisyonlarının şematik gösterimi Çift mikrofon tekniği kullanılan emme katsayısı ölçümünde, empedans tüpü üzerindeki mikrofon yerleşimleri şekil 7.1 de gösterilmektedir. Deney için kullanılan Empedans Tüpünün fiziksel özellikleri ve mikrofonların pozisyonlarına göre çalışma frekansları aşağıda verilmektedir; Büyük tüpün uzunluğu 500 mm ve iç çapı 60 mm, Hoparlör çapı 4, gücü 20 watt (8Ω), çalışma frekansı aralığı 20 Hz ~ 8000Hz, Mikrofon 0 - Mikrofon 1 arasındaki mesafe: 170 mm (Çalışma Frekansı Aralığı 100 ~ 800Hz), Mikrofon 1 - Mikrofon 2 arasındaki mesafe: 45 mm (Çalışma Frekansı Aralığı 400 ~ 2500Hz), Mikrofon 2 - Numune arasındaki mesafe: 35 mm, Küçük tüpün uzunluğu 385 mm ve iç çapı 30 mm, Mikrofon 5 - Mikrofon 6 arasındaki mesafe: 22,5 mm (Çalışma Frekansı Aralığı 1600 ~ 6300Hz), Mikrofon 6 - Numune arasındaki mesafe: 40 mm.

45 Testlerde kullanılan izolasyon malzemeleri ve yapısal özellikleri Emme katsayısı tespiti için kullanılan test numunelerine ait yapısal özellikler aşağıdaki gibidir: Numune 1 (EPDM + %20 Keçe) Yoğunluk : 180 kg /m3 Sertlik : < 10 N Çekme Mukavemeti : > 100 kpa Numune 2 (PU + %27 Keçe) Yoğunluk : 110 kg /m3 Sertlik : >300 N Çekme Mukavemeti : > 85 kpa Numune 3 (PU + %20 Keçe) Yoğunluk : 75 kg /m3 Sertlik : > 120 N Çekme Mukavemeti : > 20 kpa Numune 4 (PU + %30 Keçe) Yoğunluk : 70 kg /m3 Sertlik : > 200 N Çekme Mukavemeti : > 75 kpa

46 33 Numune 5 (PU + % 25 Keçe) Yoğunluk : 90 kg /m3 Sertlik : > 220 N Çekme Mukavemeti : > 100 kpa 7.2. Metot Deneyin yapılışı Ölçümlere başlamadan önce 1/4 mikrofonlar kalibre edilmiştir. Ölçümler, mikrofonların belirtilen pozisyonlara yerleştirilmesiyle ve her pozisyon için belirtilen frekans aralığında yapılmıştır. Ölçümlerde mikrofonların uyumsuzluğunu gidermek için, mikrofonlar yer değiştirilerek iki farklı konfigürasyon kullanılmıştır. Test Lab yazılımı tarafından, tüpe 10V luk gerilime sahip beyaz gürültü sinyali gönderilmiştir. Beyaz gürültü teoride; tüm oktav bandına eşit enerji veren sinyali ifade etmektedir. Ancak gerçekte eşit enerji ile uyarabilmek mümkün olamamaktadır. Şekil 7.2 de; kaynaktan gönderilen beyaz gürültünün 1/3 oktav spektrumları, mikrofonlar empedans tüpü üzerinde 0 ve 1 konumlarında iken (100 ~ 800 Hz) ölçülen değerleri görülmektedir.

47 Pa Ses Basıncı (db) db db Ses Basıncı (db) Pa A L /3 Octave Oktav 1/3(Hz) Hz Şekil 7.2. Mikrofonlar 0 ve 1 konumlarında iken ölçülen beyaz gürültü spektrumu Şekil 7.3 te; kaynaktan gönderilen beyaz gürültünün 1/3 oktav spektrumları, mikrofonlar empedans tüpü üzerinde 1 ve 2 konumlarında iken (400 ~ 2500 Hz) ölçülen değerleri görülmektedir. Pa Ses Basıncı (db) db db Ses Basıncı (db) Pa A L /3 Octave Oktav 1/3 (Hz) Hz Şekil 7.3. Mikrofonlar 1 ve 2 konumlarında iken ölçülen beyaz gürültü spektrumu Şekil 7.4 de; kaynaktan gönderilen beyaz gürültünün 1/3 oktav spektrumları, mikrofonlar empedans tüpü üzerinde 5 ve 6 konumlarında iken (1600 ~ 6300 Hz) ölçülen değerleri görülmektedir.

48 35 Pa Ses Basıncı (db) db db Ses Basıncı (db) Pa /3 Octave Oktav 1/3 (Hz) Hz A L Şekil 7.4. Mikrofonlar 5 ve 6 konumlarında iken ölçülen beyaz gürültü spektrumu Her bir pozisyon için ölçüm süresi 45 saniye olacak şekilde 5 ayrı veri toplanmıştır. Ölçüm sonunda; mikrofonlar arasındaki transfer fonksiyonları çıkartılmış ve her frekans değerine karşılık gelen gerçek ve sanal değerler excell de oluşturulan hesaplamaya gönderilmiştir. Bu değerlerden yararlanarak faz açısı (Ф) hesaplanır. Faz açısı ve transfer fonksiyonu değerlerinden yararlanarak kalibrasyon faktörü (H C ) hesaplanır. Kalibrasyon faktörü, Test Lab programından ölçüm sonucu elde edilen transfer fonksiyonu değerlerine oranlanarak kalibrasyon hatasının ortadan kaldırılması amaçlanmıştır. Dalga numarası, her frekans değerine ve ses hızına göre hesaplanmıştır; Test numunesi ile uzak mikrofon arasındaki mesafe (x 1 ) ve dalga numarasına (k 0 ) bağlı olarak yansıma faktörü (r) için gerekli olan değer aşağıdaki gibi hesaplanmıştır;

49 36 Emme katsayısını (α) hesaplayabilmek için yansıma faktöründen (r) aşağıdaki gibi faydalanılır. Mikrofon pozisyonlarına göre çalışma frekansları değiştiği için (100 ~ 800Hz, 400 ~ 2500Hz ve 1600 ~ 6300Hz) üç farklı çalışma aralığında ölçümler alınmış ve sonuçlar birleştirilerek frekansa bağlı alfa değerlerinin grafikleri çıkarılmıştır. Arada kalan ve çakışan değerlerin ortalaması alınmıştır Referans düzleminin tanımlanması Test numunesinin yerleştirilmesinden sonra akustik özelliklerinin belirlenmesi için ilk aşama referans düzeyinin tanımlanmasıdır (x=0). Bu tipik olarak test numunesinin yüzeyi ile denk gelmektedir. Eğer test numunesi düz veya yanal bir yüze sahipse test numunesinin önünde bir miktar mesafe yer alacaktır. Referans düzleminden en yakın mikrofona olan bu mesafe empedans tüpünün boyu ile orantılı olmaktadır [23]. Sadece emme katsayısı ölçüldüyse referans düzey yerinin tam olarak belirlenmesi zorunlu değildir Ses hızı, dalga boyu ve empedans özelliklerinin belirlenmesi Ölçüme başlamadan önce ses hızı tüpteki havanın sıcaklığı da dikkate alınarak hesaplanmaktadır; Burada; T C 0 = Sıcaklık (K) = Ses hızı (m/s)

50 37 Ses hızı hesaplandıktan sonra dalga boyu hesaplanmaktadır; Havanın yoğunluğu aşağıdaki formül ile hesaplanmaktadır; Burada; T = Sıcaklık (K), P a T 0 P 0 = Atmosferik basınç (kpa), = 293 K = 101,325 (kpa), ρ 0 = 1,186 kg/m Mikrofon uygunsuzluğunun düzeltilmesi Çift mikrofon tekniği kullanılırken; prosedüre göre, kanalların uygunsuzluğuna karşın, transfer fonksiyonu bilgilerinin düzeltimi için kalibrasyon faktörü önceden belirlenmekte ya da kanallar yer değiştirilerek ölçümler tekrarlanmaktadır. Tek mikrofon tekniğinde; transfer fonksiyonunun tespit edilmesinde bilgilerin düzeltilmesine ihtiyaç duyulmamaktadır. Kalibrasyon faktörünün önceden belirlenmesi Bu işlem bütün birbirini takip eden ölçümler için geçerli düzeltmelerin ve özel bir kalibrasyon modelinin kullanıldığı bir prosedürdür. Aynı matematiksel işlemler kullanılarak, tüpteki numune üzerindeki güçlü akustik yansımaları engelleyebilmek için H I 12 ve H II 12 ölçülmektedir.

51 38 Transfer fonksiyonu H 12 II kullanılarak Kalibrasyon Faktörü (H C ) aşağıdaki gibi hesaplanmaktadır; Burada; H 12 I H 12 II = Transfer fonksiyonu (Mikrofonların ilk konumundaki), = Transfer fonksiyonu (Mikrofonların yer değişimi sonrası). Kalibrasyon faktörü, mikrofonların yer değiştirmesi ile tespit edilen transfer fonksiyonları yukarıdaki gibi hesaplandıktan sonra; ölçümün devamında, mikrofonlar ilk durumdaki konumlarına getirilerek ölçüme devam edilmiştir. Burada; Ĥ 12 ǿ Ĥ r Ĥ i = Doğrulanmamış transfer fonksiyonu, = Doğrulanmamış faz açısı, = Ĥ 12 nin gerçek kısmı, = Ĥ 12 nin sanal kısmı. Mikrofonlardaki uygunsuzlukları gidermek için aşağıdaki formül kullanılmaktadır;

52 Yansıma faktörünün belirlenmesi Yansıma faktörü aşağıdaki formül ile hesaplanmaktadır; Burada; r r r i x 1 ǿ r H I H R = Gerçek bileşen, = Sanal bileşen, = Test numunesi ile uzak mikrofon arasındaki mesafe, = Yansıma faktörünün faz açısı, = Gelen ses dalgasının transfer fonksiyonu, = Yansıyan ses dalgasının transfer fonksiyonu Ses Emme katsayısının belirlenmesi Ses emme katsayısı aşağıdaki formül ile hesaplanabilir;

53 40 8. DENEY SONUÇLARI VE DEĞERLENDİRME ISO normuna göre gerçekleştirilen deneylerde; ilk aşamada, aynı kalınlık (20 mm) fakat, farklı yapısal özelliklere sahip beş adet izolasyon malzemesinin testleri gerçekleştirilmiştir. İkinci ve üçüncü aşamada ise; her bir test malzemesinin kalınlığı önce 25 mm daha sonra da 30 mm ye çıkartılarak emme katsayısı değerleri tespit edilmiştir. Buradan hareketle; taşıt iç gürültü değerlerinde büyük etkiye sahip bir bölgedeki izolatör için, standart bir binek taşıtın güncel izolatör takılı durumu ve empedans tüpü sonuçlarına göre en iyi değeri sağladığını tespit ettiğimiz malzeme ile üretilmiş izolatör takılı durumu arasında karşılaştırmalı olarak iç gürültü seviyeleri incelenmiştir. Tüm bu deneyler sonucunda elde edilen değerler tablo olarak EK-1 de verilmiştir Sonuçlar Aşağıda her bir numune için farklı kalınlık değerlerine ait emme katsayısı değerleri hesaplandıktan sonra oluşturulan grafikler görülmektedir. Şekil 8.1 de numune 1 (EPDM + %20 keçe) için hesaplanan emme katsayısı eğrileri görülmektedir. Buna göre; normal koşullarda uygulama kalınlığı 20mm olan malzeme için, kalınlık değeri 25mm ye çıkartılarak yapılan testler sonucunda emme katsayısı değerlerinde, özellikle 400 ~ 2000 Hz frekans aralığında kayda değer bir iyileşme olduğu görülmektedir ~ 6300 Hz aralığında ise kalınlık artırımının hiçbir faydası olmadığı, emme katsayısı değerlerinin neredeyse ilk durum ile aynı kaldığı görülmüştür.

54 41 Öte yandan kalınlık 30mm ye çıkartılarak yapılan ölçümlerde emme katsayısı değerlerinin 400 ~ 5000 Hz aralığında bariz bir şekilde kötüleştiği görülmektedir. Buradan kritik malzeme kalınlığının aşıldığı sonucu çıkarılmaktadır. Değişen kalınlık değerlerine göre hesaplanan emme katsayısı değerlerine bakılarak, 1 numaralı numune için en uygun uygulama kalınlığının 25mm olduğu anlaşılmaktadır. 100% 90% 80% Emme katsayısı (α) 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 20mm 25mm 30mm Frekans (Hz) Şekil 8.1. EPDM + %20 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi Şekil 8.2 de numune 2 (PU + %27 keçe) için hesaplanan emme katsayısı eğrileri görülmektedir. Buna göre; normal koşullarda uygulama kalınlığı 20mm olan malzeme için, kalınlık değeri 25mm ye çıkartılarak yapılan testler sonucunda emme katsayısı değerlerinde, 630 ~ 2000 Hz frekans aralığında az da olsa iyileşme olduğu görülmektedir ~ 6300 Hz aralığında ise kalınlık artırımının hiçbir faydası olmadığı, emme katsayısı değerlerinin neredeyse ilk durum ile aynı kaldığı görülmüştür.

55 42 Kalınlık 30mm ye çıkartılarak yapılan ölçümlerde genel olarak emme katsayısı değerlerinin 400 ~ 6300 Hz aralığında ilk kalınlık değerine göre kötüleştiği görülmektedir. Özellikle 500 ~ 800 Hz aralığında neredeyse hiç emilim yapmadığı tespit edilmiştir. Değişen kalınlıklara göre hesaplanan emme katsayısı değerlerine bakılarak, 2 numaralı numune için 20mm ve 25mm kalınlık değerlerine sahip izolatörler birbirine yakın sonuçlar vermiştir. Bu durumda uygulama kalınlığı seçiminde maliyetler büyük rol oynayacaktır. 100% 90% 80% Emme katsayısı (α) 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 20mm 25mm 30mm Frekans (Hz) Şekil 8.2. PU + %27 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi Şekil 8.3 te numune 3 (PU + %20 keçe) için hesaplanan emme katsayısı eğrileri görülmektedir. Normal koşullarda uygulama kalınlığı 20mm olan malzeme için, kalınlık değeri 25mm ye çıkartılarak yapılan testler sonucunda emme katsayısı değerlerinde, 400 ~ 2000 Hz frekans aralığında iyileşme olmasına rağmen, 2000 ~ 6300 Hz aralığında ilk duruma oranla daha kötü sonuçlar verdiği görülmektedir.

56 43 Kalınlık 30mm ye çıkartılarak yapılan ölçümlerde genel olarak emme katsayısı değerlerinin 20mm ve 25mm lik durumlara göre kötüleştiği görülmektedir. Değişen kalınlıklara göre hesaplanan emme katsayısı değerlerine bakılarak, 3 numaralı numune için 25mm lik izolatör 400 ~ 2000 Hz aralığında 20mm lik izolatöre göre daha iyi sonuçlar verdiğinden bu aralık için daha uygun olmaktadır. 100% 90% 80% Emme katsayısı (α) 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 20mm 25mm 30mm Frekans (Hz) Şekil 8.3. PU + %20 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi Şekil 8.4 de numune 4 (PU + %30 keçe) için hesaplanan emme katsayısı eğrileri görülmektedir. Buna göre; normal koşullarda uygulama kalınlığı 20mm olan malzeme için, kalınlık değeri 25mm ye çıkartılarak yapılan testler sonucunda emme katsayısı değerlerinde, 400 ~ 4000 Hz frekans aralığında 20mm lik duruma göre daha iyi emme katsayısı değerleri verdiği görülmektedir ~ 6300 Hz aralığında ise kalınlık artırımının ters etki yaptığı, daha kötü emme katsayısı değerlerinin elde edildiği görülmektedir.

57 44 Kalınlık 30mm ye çıkartılarak yapılan ölçümlerde emme katsayısı değerlerinin 400 ~ 6300 Hz aralığında 20mm ve 25mm lik durumlara göre daha kötü sonuçlar verdiği görülmektedir. Değişen kalınlıklara göre hesaplanan emme katsayısı değerlerine bakılarak, 4 numaralı numune için en uygun uygulama kalınlığının 25mm olduğu anlaşılmaktadır. Çünkü neredeyse tüm frekans aralığında diğer kalınlık değerlerinden daha iyi emme katsayısı değerlerine sahip olduğu görülmektedir. 100% 90% 80% Emme katsayısı (α) 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 20mm 25mm 30mm Frekans (Hz) Şekil 8.4. PU + %30 keçe malzemenin kalınlığa bağlı emme katsayısı değişimi Şekil 8.5 te numune 5 (PU + %25 keçe) için hesaplanan emme katsayısı eğrileri görülmektedir. Buna göre; normal koşullarda uygulama kalınlığı 20mm olan malzeme için, kalınlık değeri 25mm ye çıkartılarak yapılan testler sonucunda emme katsayısı değerlerinde, 400 ~ 1600 Hz frekans aralığında 20mm lik duruma göre daha iyi emme katsayısı değerleri verdiği halde 1600 ~ 6300 Hz aralığında daha kötü sonuçlar verdiği