KLtMA/HAVALANDIRMA SİSTEMLERİNİN SES KONTROLÜ

Transkript

1 KLtMA/HAVALANDIRMA SİSTEMLERİNİN SES KONTROLÜ MAK. MÜH. ISMAIL SAK (FİTA TEKNİK AŞ.) 21 NİSAN 1994

2

3 3. KLİMâ /HAVALANDIRMâ SİSTEMLERİNDE SES KONTROLÜ Tesisat mühendisliğinde insan konforunun sağlanması açısından en önemli faktörlerden biri de uygun akustik çevrenin yaratılmasıdır. Ses kontrolünün amacı, insanlara aktivitelerine uygun olarak, yaşadıkları ortamda rahatsız olmayacakları bir ses seviyesinin sağlanmasıdır. İklimlendirme tesislerinin binadaki akustik çevre üzerine çok önemli etkileri vardır. İklimlendirme sayesinde tamamen kapalı ve sızdırmaz pencereler kullanmak suretiyle dış gürültünün içeri girmesi büyük ölçüde önlenir. Hatta havaalanı yakınlarındaki okul, otel gibi binalarda iklimlendirme yapılmasının ana nedeni budur. Öte yandan izole edilen dış zarf sayesinde bina içindeki dış kaynaklardan gelen ses seviye si azaltılırken, sistemin kendisinden doğan sesin yaşanılan hacimlerde rahatsız edi ci seviyede olmaması gerekir. Binanın çeşitli bölümlerindeki akustik tasarım özelliklerinin sağlanması, çeşitli kaynakların ses çıkış değerlerinin sınırlandırılması ve kaynaktan dinleyiciye ses geçişinin belirlenmesi ; iklimlendirme tesisatı söz konusu olduğunda tesisat mü hendisinin sorumluluğundadır. TEMEL TÂRÎF VE KAVRAMLAR : Ses elastik bir ortamın titreşimidir ve esas olarak bir basınç olayıdır. Havada doğan ses, ortalama atmosferik basınç etrafında hava basıncının değişimi veya tit reşimidir. Bu basınç dalgalanmaları ortamın karakterine bağlı bir hızla yayılırlar. Ses bir basınç olayı, olduğu kadar aynı zamanda bir enerji olayıdır. Sesin doğması ve yayılması bir enerji gerektirir. Sesin Frekansı : Titreşim veya dalgalanmaların bir saniyedeki sayısıdır. Sesin Şiddeti : Sesin şiddeti veya yoğunluğu ses dalgalarının birim alanındaki enerjisi olarak tarif edilir. Ses şiddeti kaynaktan itibaren masefinin karesi ile ortalı azalır ve basınca duyarlı cihazlarla ölçülebilir. Saf tonlar, rastgele ses ve kompleks ses : Tek bir frekansda verilen sese saf ton, belirli bir tonu olmayan seslere (su sesi gibi ) rastgele ses, saf tonlar ve rastgele seslerin bir arada bulunduğu seslerede kompleks ses denir ki, doğadaki seslerin hemen hepsi bu karakterdedir. Oktav Bantları : Ses kontrolü çalışmalarında herhangi bir kompleks ses bileşenle rine ayrılarak incelenir. En geçerli yol ses frekanslarını (16-2. Hz arası) oktav bantlarına bölmektir. Bir sesin bir oktav üstü o sesin frekansının iki katı frekansta olan sestir. Duyulabilir ses aralığı geleneksel olarak 8 oktav bandına bölünmüştür. Her bir oktav bandı, o bandın ortasındaki ses frekansı ile sembolize edilir. OKTAV BANDI FREKANS ARALIĞI 45/9 9/18 18/ /71 71/14 14/28 28/56 56/112 ORTA FREKANS Tablo: 1 Ses Güç Seviyesi ( Lw ) : Bu seviye esas olarak ses kaynağından yaya lan toplam akustik gücü ifade eder. Güç seviyesi (db ) verilir. Matematiksel olarak Lw = 1 log (W/Wo) db -Sikh-

4 Wo = 1 watt değerindedir ve referans güç seviyesidir. Bu değer doğrudan ölçü lemez. Tamamen kaynağa bağlı bir değerdir, alman yolla değişmez. Ses Basınç Seviyesi (Lp ) : Bu seviye söz konusu bir yerdeki ses basıncını belir 1er veya o yerdeki müsade edilebilecek ses basınç seviyesini ifade eder. Lp = 1 log ( p 2 /p ) = 2 log (p/p o ) db P referans basıncı 2^ Pa değerindedir. İki ses kaynağını karşılaştırmak için ses basınç seviyelerini karşılaştırmak yet mez. Çünkü bu değer aynı zamanda mesafeye bağlıdır. Bunun için ses güç seviyeleri karşılaştırılmalıdır. İki Sesin Toplanaasx : Ses seviyeleri db cinsinden ifade edildiklerinden ar itme tik toplama işlemi yapılamaz. Gerekli matematik işlemler uzun olduğu için iki sesin toplanması Tablo : 2 yardımı ile yapılabilir. Toplanacak iki seviye arasından db cinsinden fark ve üzeri Topia^. seviyeyi bulmak üzere üst ses seviyesine eklenecek db sayısı Tablo: 2 Sönün : Sesin bir kanal veya kapalı bir hacim içerisinde hareketi boyunca ses enerjisindeki azalmaya sönüm denir. Sönüm = 1 log (We/W-^) db We = Girişteki ses enerjisi (Watt) SES KRİTERİ K&ÎLERÎ : W, = Çıkıştaki ses enerjisi (Watt) İnsan kulağına aynı etkiyi yapan sesler, frekansa karşılık ses şiddeti eksen takımında işaretlenirse Şekil : 3,1 deki eğriler elde edilir, insan kulağı bütün frekanslara aynı şekilde duyarlı olmadığı için farklı frekanslarda fş^rklı ses şiddetleri aynı etkiyi bırakmaktadır. İnsan kulağı yüksek frekanslara < aha duyarlıdır. Dolayısı ile ses seviye si kriterlerini tek bir şiddette vermek doğru değildir. Örneğin bir büroda ses basınç seviyesi 45dB değerini geçmesin diye bir kriter vermek eksik olmaktadır. halde kriter, frekansa bağlı olarak verilmelidir. Ses seviyelerini ifadede en çok kullanılan yöntem * NC eğrileri (ses kriteri eğrileri) olarak bilinir. Şekil : 3.2 Bu eğrilerin belirlenmesinde Şekil : 3.1 de belirlenen eşit ses yüksekliği değişimi esas alınmıştır. Buna göre genel bir büro hacminde NC 4 seviyesi sağlanması yeterli dir denildiğinde, bütün duyulur frekans aralığında ses seviyesinin aşmaması gereken değerler oktav bandı esasına göre belirlenmiş olur. Buna göre çeşitli binalarda kabul edilebilir. Ses seviyeleri belirlenmiştir. 214

5 Kabul edilebilir ses seviyelerini bilmeleri halinde mühendisler cihazların ses gücü seviyeleri değerlerini kullanarak yaşanan hacimdeki ses seviyelerini istenen düzeyde tutmayı başarabilirler. Şekil : 3.4 iklimlendirme sistemlerinde ana ses kaynaklarını ve sesin ana geçiş yollarını göstermektedir. A halinde yol sadece odayı içerir. Bu durumda ses kont rolü, sadece tasarım amaçlarına uyan menfez, vs. gibi çıkış elemanlarının seçimi ve bunların bir şekilde montajından ibarettir. B halinde klima santralında doğan ses, kanallarla taşınır. Sesin kanallardan geçişi halinde ; kanalların kendisinde sonümleyicılerde ve kanal kaplamalarında ses sönümlenirken, bazı elemanlarda ses üretilir. Fanda üretilen ses büyük ölçüde hava debisi ve fan basıncı ile fan tipi ne^ bağlıdır. Kanallardaki ses üretimi ise hava hızına bağlıdır. C hali katı per delerden sesin geçişini temsil eder ve mimarın sorumluluğundadır. D hali ise tit resim geçişi ve yapıdan doğan sesleri içerir. Tam bir tasarım bu hal için çok karmaşıktır. 215

6 Fan Ses Gücünün Belirlenmesi : Belirli bir uygulama için seçilmiş fanın çalışması sırasında üretiği ses gücü, en iyi üreticisinin onaylanmış test şartlarında elde edilmiş gerçek test datası ile belirlenir. Böyle bir bilgi yoksa çeşitli fanlara ait farklı çalışma şartlarındaki ses güç seviyesi Şekil : 3.5 e göre yaklaşık yön temle belirlenebilir. Kanal Elemanlaruıdaki Hava Akış Sesi : Bir kanal sisteminde fanlar ana ve en önem li ses kaynağı olmakla birlikte, tek ses kaynağı değillerdir. Sessiz bir kanal sistemi için dirsek, branşman, ayrılma, damperler, karışım üniteleri gibi eleman lardan hava akışı sırasında üretilen sesleri de dikkate almak gerekir. Akustik olduğu kadar aerodinamik sebeplerle genel prensip olarak kanallarda akış düzgün olmalı, ani kesit ve yön değiştirmelerden kaçınılmalıdır. İkinci önemli konu, ka nal elemanlarının birbirine yakın yerleştirilmemesidir. Bu durumda birinci eleman da doğan türbülans ve distorsiyon sönümlenmeden akış ikinci elemana ulaşır ve burada aşırı gürültüye neden olur. Böyle durumlarda akışı düzenleyici kanatçıklar yerleştirilmelidir. Kanallardaki Ses SönlMi : Kanallardaki sönüm; branşman ayrılmalarda, kanal boyun ca, dirseklerde ve kanal çıkışındaki yansıma ile meydana gelir. Branşman ayrılma noktasında ses gücünde meydana gelen azalma, ayrılmadan önceki ve ayrılan koldaki kanal kesitleri veya hava debileri ile orantılıdır. Bir branşman ayrılma halinde o branşmandaki ses gücü seviyesini bulmak için, fan ses gücü seviyesinden ne mik tarda bir azalma yapılması gerektiği Tablo : 4 de verilmiştir. Tabloda, branşman daki hava debisinin toplam fan debisine oranı % olarak verilmiştir. Herhangi bir ses izolasyonu yapılmamış düz kanallarda meydana gelen sönüm Tablo : 5 de verilmiştir. Düz kanallardaki sönüm düşük frekanslarda daha fazla dır. Tablo : 5 deki f s f boyutu ; dikdörtgen kesitli kanallarda küçük boyutu gösterir. Yuvarlak kanallardaki sönüm pratik olarak ihmal edilebilir. 216

7 Kanallardaki dirseklerde ses geri yansıtılır, böylece ses gücü seviyesinde bir azalma olur. Bu etki özellikle dik dirseklerde önemlidir. Tablo : 6 da dirseklerde meydana gelen sönüm verilmiştir. Yine, dairesel kesitli dirsek lerdeki sönüm ihmal edilebilir. Bir kanalın bir odaya ani açılması görünmez bir ses yansıtıcı engel gibi rol oynar. Özel likle düşük frekanslarda bu etki daha önemli dir. Bu etki nedeni ile menfezden odaya daha az miktarda ses enerjisi yayılır. Tablo : 7 de çıkış yansıması değerleri sönümlenen db miktarı olarak oktav bandına göre verilmiştir. Bir odada ses basınç dalgaları dinleyiciye iki yol ile ulaşır. 1- Direkt olarak, ses kaynağından olan mesafenin karesi ile azalır ve direkt ses basınç seviyesi olarak bilinir. 2- da yüzeylerinden ve odada bulunan eşyalardan yansıyarak, ki odanın boyutları na ve yankılanma zamanına bağlıdır ve yankılanan ses basınç seviyesi olarak bili nir. Direkt etkide; dinleyici ile kritik ses kaynağı arasındaki mesafeye göre Tablo : 8 de mesafe faktörü verilmiştir. Eğer bu mesafe belirli değil ise 1,5 m kabul edile bilir. Direkt etkideki yayılım faktörü veya yön faktörü ise Tablo : 9 dan alınabilir. Bu tablodaki yerleşim tiplerinden hangisi odadaki kritik ses kaynağının konumuna uyuyor ise, o tip için verilen çizelgeden yayılım faktörü frekans bandına göre -okunabilir. Bu değer pozitiftir. Mesafe faktörü ile yayılım faktörünün toplamı direkt etkiyi verir. 217

8

9 Kanal Sistemlerinde Sönümlensıesi Gerekli Sesin Hesabı : Fan tarafından üretilen akustik enerjinin kanal sisteminde ve odada sönümlenmesi sonucu odadaki dinleyiciye ulaşan ses basınç seviyesinin hesabı, anlatılan bil gılerm ışığında yapılabilir. Odadaki bu ses basınç seviyesi seçilen ses krite rini aşıyorsa bu durumda sistemde ses absorber! kullanmak gerekir. Ses absorbe rının seçimi için önce gerekli ilave sönüm hesaplanmalıdır. Bu hesap bir örnek üzerinde açıklanacaktır. Örnek Problem : Yukarıda görülen şekildeki kanal sisteminde kritik hacim üç anemostadın besle diği konferans salonudur. Merkezi santralda fanın debisinin 1. m7h, basma yüksekliği 7 mmss değerindedir. Eksenel kanatlı fanın ses güç seviyesi imalat çı firma tarafından verilmemiştir. Bunun için litaratiire dayanarak seçim yapı lacaktır. Konferans salonunda istenen ses basınç seviyesi kriteri NR 35 olarak istenmektedir. Salonda kritik çıkış, ortadaki anemostat olup, kritik nokta bu ağızdan 5 m uzakta kabul edilmiş t ir. Kanal sisteminin usulüne uygun olarak ya pıldığı ve kanal sisteminde ses üretilmediği kabul edilecektir.istenilen ses seviyesinin sağlanabilmesi için gerekli susturucu seçimini yapınız. Bu amaçla yapılan hesapların özeti ve sonuçları yandaki hesaplama föyünde verilmiştir. 219

10 Hesaplama Föyü MUŞTEr«PRCJE OKTA v BAND \ MERKEZ FREKANS; 63 " k Ak 8k "O < ACXLAMA FAN i TİPİ ; Eksene! kanaîh SİSTEM ; Kanal içi ses geç. Kanai/Dtr. Kana; Gen. x Yuk 8 > 6 Uzun/Açı Tip Dikdörtgen ! a h Şekil: 3.5 b Tablo 5. L* 3.7 Kanal 6 x Dikdörtgen h Tablo 5 L= 5.7 Kana! 6 x Dikdörtgen \ b Tablo 5U 5.75 D.rse«6 x 6 Dirsek 6 x 6 Çıkış yansıması 3 mm Yuvarlak Yuvarlak ' 13 j i ı İ 3 3 i 3 3 D b c Tablo 6 Tablo 6 Tablo?, 7 cm 2 Toplam kanal sönümü Sistemi terk eden ses güç seviyesi d e b + c a-d Çıkış; terk eden yüzde (branşman ayni.) i -9-9,-9 f Tablo 4. % 15 debi Çıkıştan olan mesafe Yön faktörü h Tablo $, 5 m Tablo 9. Tip C, 7 cm 2 Toptarr, di'ekî faktörler i i f + g + h Direk: ses bas-nç seviyesi Odaya ulasan yüzde İ k e + i Tablo 4. % 45 debi Oda hac~.: faktörü \ Tablo 1 *"x2x3=6ö nv Yarîk: : ar. -3 zamanı -aktörü + 1 -i m Tablo fl ve 42 Konf Salon. Topiam.snk'lanma faktörü -17 Al n k + I+ m YanKia^e-i ses basınç sevıyes e-n Komb ; ne ses basınç seviyesi Kr.ter Gerekli e< sönüm _ p Q r Tablo 2 ı!e-o + j NR35 p-q + 3 Seçilen e* sönüm Kanal Sisten&erinde Sörataleyicilerin Tasarımı: Ses gözenekli bir maddenin yüzeyine çarptığı zaman malzemenin küçük gözenekleri içindeki havayı titreştirir. Gözeneklerdeki akış direnci ise ses enerjisinin bir kısmının ısıya dönüşmesine neden olur.yutulan sesin gelen sese oranına yutma katsayısı denir ve ses yutucu malzemeler yutma katsayıları ile ifade edilir. Yutucu malzemelerin seçiminde aşağıdaki noktalar dikkate alınmalıdır. 1-5 Hz değerinin altındaki frekanslarda yutma için 5-3ırnı kalınlıkta malzeme kullanılmalıdır. İnce malzemeler sadece yüksek frekansları yutarlar. 2-7 Hz altındaki frekanslarda yutma perfore yüzeyler kullanılarak artırılır. 3- Malzemenin altında bırakılacak bir hava tabakası yutma katsayısını önemli ölçüde artırır. 22

11 İçten Kaplama Yapılmış KanaUardaki Sönüm: Kanal kaplanması, ses yutulması ve ısı yalıtımı olmak üzere çifte fonksiyonlu olarak tasarlanabilir. 1-5 mm kalınlıkları arası genellikle ısı yalıtımı için elverişlidir. Böyle ince malzemelerin ses yutması ise özellikle düşük frekanslarda çok sınırlıdır. Şekil: 3.6 da frekansa göre ses yutma katsayısı değişimi verilmiştir. Kaplamaya bağlı olarak ortaya çıkan sönüm yaklaşık olarak aşağıdaki ampirik ifade ile hesaplanabilir. Sönüm = 1,5 (P/A)c* 1,4 db/m Burada; P: Kaplı kanalın iç çevresi (m) A: Kanalın iç kesit alanı (m 2 ) oc: Kaplamanın ses yutma katsayısıdır. Şekil: 3.7 deki iki şekilde kanal uzunluğunun metresi başına farklı absorbent (cam yünü) kalınlıkları için ve kaplı yüzeyler arasındaki değişen mesafeler için beklenen potansiyel sönüm gösterilmiştir. Bu eğrilerden görüleceği gibi kaplı yüzeyler arasındaki mesafe büyürse yüksek frekanslı sesler sönümlenmeden geçerler Paket Tipi Sönimleyiciler: Paket tipi sönümleyiciler, geniş bir frekans aralığında yüksek bir sönüm gerektiğinde ve sönüm için kullanılabilecek kanal uzunluklarının, kısıtlı olduğu hallerde özellikle elverişlidirler. Bu tür sönümleyiciler dikdörtgen veya yuvarlak formda olabilirler. Esas olarak Şekil: 3.8'de görüldüğü gibi metal bir dış kabuk ve perfore levhalardan oluşan çeşitli iç geçiş düzenleme lerinden ibarettirler. Bu perfore metal iç düzenlemelerin üzeri daha yüksek yoğunlukta, inorganik, fiberli ses yutan malzeme ile kaplanmıştır. Hava geçişleri ve yutucu elemanlar aerodinamik ve akustik olarak farklı sönüm ve farklı basınç düşümleri yaratacak şekilde tasarlanmışlardır. Sönümleyici seçimleri imalatçı firmaların hazırladıkları abaklara göre yapılır. -2.XI-

12