YAPI FİZİĞİ 2 HACİM AKUSTİĞİ Prof. Dr. Neşe Yüğrük Akdağ Yıldız Teknik Üniversitesi Yapı Fiziği Bilim Dalı

Transkript

1 YAPI FİZİĞİ 2 HACİM AKUSTİĞİ 1. Bölüm Prof. Dr. Neşe Yüğrük Akdağ Yıldız Teknik Üniversitesi Yapı Fiziği Bilim Dalı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 1

2 MİMARİ AKUSTİK YAPI AKUSTİĞİ/NOISE CONTROL (-Gürültü Denetimi- Sessizleştirme-) HACİM AKUSTİĞİ/ROOM ACOUSTICS Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 2

3 YAPI AKUSTİĞİ/NOISE CONTROL (-Gürültü Denetimi- Sessizleştirme-) Bireylerin yaşadıkları ortamlarda (açık havakapalı mekan) gürültünün olumsuz etkilerini ortadan kaldırmak amacıyla alınması gereken önlemlerin ele alındığı MİMARİ AKUSTİK BÖLÜMÜ Yapı Akustiği olarak adlandırılır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 3

4 Hacimleri etkileyen gürültü kaynaklarına örnekler Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 4

5 HACİM AKUSTİĞİ/ROOM ACOUSTICS İşitsel algılamanın önemli olduğu mekanlarda, kaynaktan çıkan seslerin en iyi şekilde dinleyicilere ulaşmasını sağlamak üzere gereken önlemlerin ele alındığı MİMARİ AKUSTİK BÖLÜMÜ Hacim Akustiği olarak adlandırılır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 5

6 Aspendos theatre, Antalya.(161,180 AD) Teatro Olimpico, Vicenza (1580) Grosser Musikvereinssall; Vienna (1870) Berlin Philarmony (1963) Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 6

7 Christchurch Town Hall Philharmony Hall, Munich Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 7

8 Lenape Middle School Auditorium (USA) Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 8

9 İnönü Üniversitesi Oditoryumu Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 9

10 SES-İŞİTSEL ALGILAMA İnsan kulağında işitsel duyulanma yaratan maddesel ortam titreşimlerine SES denir. Bir başka deyişle ses, içinde iletildiği ortamın elementlerinin esnek bir titreşimi, bu ortamda yayılan devirsel basınç değişimleridir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 10

11 Ses titreşimleri dalga hareketi ile yayılır. Ses, maddenin üç hali olan katı, sıvı ve gazlarda yayılabilen bir enerjidir. Yine de, insan kulağının sesi algılaması büyük bir sıklıkla hava aracılığı ile gerçekleştiğinden sesin havada yayılması önem kazanır. Hava, gelişigüzel doğrultularda sürekli olarak hareket halinde bulunan çok sayıda molekülden oluşur. Hava hareketi, temelde sıcaklığa, ve atmosfer basıncına bağlı olmakla birlikte akımlar ve rüzgarlardan da etkilenir. Ses dalgaları söz konusu türden hareketlerden tümüyle bağımsız olarak hava molekülleri gruplarının birbiri ile uyumlu hareketlerinden oluşur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 11

12 Titreşen bir nesne, statik denge konumundan ayrıldığında, önündeki havayı iter ve sıkıştırır. Aynı anda, titreşen nesnenin arkasında ani bir basınç azlığı oluşur ve hava arkadaki bu boşluğu hızla doldurur. Bu yolla havadaki basınç değişimleri uzak noktalara iletilir ve hava, ses dalgaları olarak bilinen devinime sokulmuş olur. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 12

13 Ses dalgalarının oluşumu Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 13

14 SESİN YAYILMA HIZI Sesin yayılma hızında; Ortamın özgül ağırlığı, Ortamın esneklik katsayısı önem taşır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 14

15 Değişik ortamlarda sesin yayılma hızı Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 15

16 SESİN BİLEŞENLERİ İncelik-Kalınlık, Azlık-Çokluk Tını Bileşen: Bir bütünün birbirinden bağımsız olarak değişebilen bölümleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 16

17 SESİN İNCELİĞİ-KALINLIĞI İnce ya da tiz ses örnekleri; çocukların sesi, kısa tellerden, ince metallerden çıkan sesler, sivrisinek sesi. Kalın ya da bas ses örnekleri; bas, bariton gibi erkek sesleri, kontrbas gibi büyük boyutlu çalgıların ya da uzun tellerin sesi. İlgili büyüklükler; Frekans (Hz) Periyod (sn) Dalga boyu (cm,m) Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 17

18 Frekans (Simge: f, Birim: Hertz (Hz)) Frekans, saniyedeki titreşim sayısıdır. İnsan kulağının algılayabildiği titreşimler 16 Hz ile Hz arasında kalan titreşimlerdir. Frekans yükseldikçe ses incelir Hz çok kalın Hz kalın Hz orta kalınlıkta Hz ince çok ince Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 18

19 Ses on oktavdır. (Oktav: bir büyüklüğün öncekine göre iki katına çıktığı ya da sonrakine göre yarıya indiği adımlar için kullanılır) Hz (10 oktav) Mimari akustikte genelde 125 Hz-4000 Hz arasında kalan altı oktav bant kullanılır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 19

20 Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 20

22 SES BİÇİMLERİ Sesler düzenli (yani, frekansı-notası- belirlenebilen), ya da düzensiz (devirselliği olmayan) titreşimlerden oluşabilir. Fiziksel açıdan düzensiz sesler gürültü olarak adlandırılır. GÜRÜLTÜ genelde, frekans ve düzey dağılımları gelişigüzel olan, az ya da çok sayıda frekans bileşeninden oluşur. Düzenli sesler yalın ve karmaşık olmak üzere iki grupta ele alınabilir. YALIN sesler, tek frekanstan oluşmuş seslerdir ve genelde yapay olarak elde edilebilirler. Genelde ses kaynaklarının çıkardığı sesler birden fazla frekansı içerir. Notası belirlenebilen, aralarında belli uyum kuralları bulunan frekans topluluğundan oluşan sesler ise MÜZİKAL seslerdir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 22

23 Ses Biçimlerinin Grafik Gösterimi Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 23

24 Gürültü kaynakları spektrum (frekans dağılımı) örnekleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 24

25 Elektrik süpürgesi spektrum örneği Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 25

26 DEVİR SÜRESİ Simge: T, Birimi: sn Bir titreşimin süresine devir süresi denir. T= 1/f (sn) T: Devir süresi F: frekans (Hz) İnce sesler çabuk titreşimli (devir süresi kısa), kalın sesler yavaş titreşimli (devir süresi uzun) seslerdir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 26

27 DALGA BOYU Simgesi: ; Birimi: cm, m Titreşim hareketinin yayılışı sırasında, bir devir süresi içinde gittiği uzaklığın adıdır. :c/f :Dalga boyu (m) c: sesin yayılma hızı (m/sn) f: frekans (Hz) Kalın seslerin dalga boyu uzun, ince seslerin dalga boyu kısadır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 27

29 Bir hoparlör tarafından oluşturulan yalın ses dalgaları Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 29

30 Sesin İnceliği-Kalınlığı ile ilgili büyüklükler Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 30

31 SESİN AZLIĞI-ÇOKLUĞU Sesin azlığı - çokluğu, öncelikle sesin oluşmasına yol açan enerjinin büyüklüğüne bağlıdır. Basit bir yaklaşımla, fazla enerjinin yol açtığı sesin daha yüksek olacağı söylenebilir. Ancak bu noktada, Türkçe de olayları tanımlamada kullanılan sıfatların birbirine karışması sorunu ile karşılaşıldığına dikkati çekmek gereklidir. Konuşma dilinde yüksek ses, yeğinliği - şiddeti fazla olan, alçak ses ise, az olan sesleri tanımlamada kullanılmaktadır. Oysa sesin başka bir özelliği, inceliği - kalınlığının belirlenmesinde de yüksek, alçak sıfatlarından yararlanılır. Bu ayrımı belirgin biçimde ortaya koyabilmek için sıfatları tek başına kullanmaktan kaçınmak gereklidir; yüksek ses demek yerine daha belirleyici biçimde yüksek frekanslı ses anlatımı ile sesin ince olduğu; yüksek düzeyli ses anlatımı ile ise, sesin çok olduğu açıkça vurgulanmalıdır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 31

32 Sesin azlığı-çokluğu ile ilgili büyüklükler Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 32

33 SES DÜZEYİ (db) Akustik olayların, kuramsal olarak incelenmesinde akustik basınç, ses yeğinliği ve ses gücünden yararlanılır. Ancak uygulamada, özellikle de ölçmelerde bu büyüklüklerin düzey cinsinden kullanılması daha uygun olur. Düzey, verilen bir büyüklüğün aynı cinsten bir referans büyüklüğe oranının logaritmasının 10 katıdır. Düzeyin birimi desibel (db) dir. Akustik basınç, ses gücü ve ses yeğinliği düzey cinsinden ifade edildiğinde sırasıyla; ses basınç düzeyi, ses gücü düzeyi, yeğinlik düzeyi olarak anılır. Mimari akustikle ilgili konularda büyük bir sıklıkla ses basınç düzeyi belirlemelerinden yararlanılır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 33

34 DÜZEY Düzey (db) = 10log (x/x 0 ) n X = Referans büyüklük cinsinden ortamdaki mevcut değer x 0 = Referans büyüklük (örn. ses basıncı için 0,0002 μbar) n= akustik basınç için 2, güç ve yeğinlik için 1 alınır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 34

35 Değişik ses kaynaklarının ses (akustik) basınçları ve ses basınç düzeyleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 35

36 Toplam ve frekansa bağlı ses düzeyleri Ses düzeyleri oktav ya da 1/3 oktav olarak, ya da işitilebilir frekans alanındaki toplam ses düzeyi olarak belirlenebilir (ölçülebilir ve/ya da hesaplanabilir). Ses Kaynağı Lin. Toplam Karayolu gürültüsü 25m. uzakta diesel lokomotif Tipik jet uçağı gürültüsü Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 36

37 Ses düzeyi hesapları Düzey logaritmasal bir büyüklük olduğundan, db cinsinden değerlerle aritmetik işlem yapılamaz. Bu nedenle işlemler, ya db değerlerinin aritmetik büyüklüklere çevrilmesiyle, ya da basit olarak, bu iş için hazırlanmış çizelgelerden yararlanılarak gerçekleştirilir. Toplam düzey = 10log 10 [10 L1/ L2/ Ln/10 ] Ln = Her bir kaynağın ses düzeyi (db) Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 37

38 Ses düzeyleri eşit kaynakların toplam ses düzeyleri N = Bir ses kaynağının ses düzeyi (db) n = Kaynak sayısı Ses kaynağı sayısı n Toplam düzey (db) N N+3 N+5 N+6 N+7 N+8 N+8.5 N+9 N+9.5 N+10.. N-10 log n Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 38

39 Ses düzeyleri farklı kaynaklar için yüksek düzeyli kaynağa eklenecek değerler İki sesin düzey farkı (db) Yüksek düzeyli olana eklenecek değer (db) Basitleştirilmiş çizelge Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği

40 İşitsel Algılama İnsan kulağının frekansa göre duyarlılık değişimlerinin sesin düzeyi ile değişmesi, gerek değerlendirmelerde gerekse de ölçmelerde önemli güçlüklere yol açmaktadır. Özellikle ölçmelerde, tümü ile insan kulağı gibi çalışabilen ölçme aletlerinin geliştirilmesinin güçlüğü, hatta olanaksızlığı, konuya sınırlamalar getiren kabulleri gerekli kılmıştır. İnsan kulağının yalın ses duyarlılığının değişimleri eşit duyulanma ya da fon eğrileri ile belirlenmiş durumdadır. Fon, bir sesin işitsel yeğinliğine eşdeğer bir duyulanma yaratan 1000 frekanslı yalın sesin db cinsinden fiziksel yeğinliğinin sayısal değeridir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 40

41 FON(EŞ DUYULANMA) EĞRİLERİ Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 41

42 Ağırlıklı Ses Düzeyleri Fon eğrileri üç temel bölgeye ayrılarak, dba (40 Fon), dbb (70 Fon) ve dbc (100 Fon) ağırlıklı düzeyler geliştirilmiştir. Ağırlıklı düzeylerin frekans karakteristikleri eşit duyulanma eğrilerinin hemen hemen tersidir. Bunlar başlangıçta değişik ses basınç düzeyi bölgelerinde kullanılmak üzere tasarlanmış olmakla birlikte günümüzde, A ağırlıklı ölçme sonuçlarının öznel değerlendirmelere B ve C den daha iyi uyum sağladığı gözlendiğinden, A ağırlığı düzeyden bağımsız olarak hemen her tür ses için kullanılmaktadır. Günümüzde artık en basit ses düzeyi ölçerde bile A ağırlığı fonksiyonu, yani dba ölçme olanağı vardır. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 42

43 Eşdeğer Sürekli Ses Düzeyi, Leq (dba) Eşdeğer sürekli ses düzeyi, ölçme ya da gözlem süresinde, zaman içinde düzeyi değişen sesle aynı akustik enerjiye sahip olan durağan sesin A ağırlıklı düzeyi olarak tanımlanır. Leq (dba), ülkemizde yürürlükte olan Gürültü Kontrol Yönetmeliği de dahil, pek çok ulusal ve uluslararası yönetmelik ve standartta kullanılan önemli bir birimdir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 43

44 Ağırlıklı ses düzeyi belirlemelerinde kullanılan standartlaştırılmış ağırlık eğrileri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 44

45 Belli bir gürültünün Ağırlıksız ve A ağırlıklı tayfsal dağılım değerleri Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 45

46 İstatistiksel Düzey, L10, L50, L90 vb. İstatistiksel düzey, belli bir ses düzeyinin aşıldığı zaman yüzdesidir. Ln, zaman içinde düzeyi değişen seslerin ya da birden fazla kaynağın gürültülerinin yığışımlı dağılım cinsinden tanımlanmasıdır. Kimi ülkelerde L10, trafik gürültüsünün belirlenmesinde kullanılr. Bu değerin uzak ve yakın plan gürültülerinin birbirinden ayırdedilmesinde de önemli yararları vardır. L10, yakın plan, L90 ve L95 durağan arka plan gürültüsünün ölçülmesinde kullanılır. Zaman içinde değişimde değişimi az olan ya da hiç olmayan seslerde Leq ile istatiksel düzeyler birbirine çok yakın çıkar. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 46

47 Toplam ve Frekansa Bağlı Ses Düzeyleri Ses düzeyleri oktav ya da 1/3 oktav olarak, ya da işitilebilir frekans alanındaki toplam ses düzeyi olarak belirlenebilir (ölçülebilir ve/ya da hesaplanabilir). Çizelge 1.6 da, bir kaç kaynak için spektruma bağlı ve toplam ses düzeyleri, mimari akustikte genelde kullanılan 6 oktav bant için örneklenmiştir. Ses Kaynağı Lin. Toplam Karayolu gürültüsü 25m. uzakta diesel lokomotif Tipik jet uçağı gürültüsü Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 47

48 Tını Genellikle ses kaynaklarının çıkardığı sesler tek frekanslı (yalın ses) değildir. Örneğin piyanonun bir tuşuna basıldığı zaman çıkan ses, bir temel sesle birlikte, onun bazı uyumluları, yani doğal olarak temel sesle birlikte çıkan ve onunla aralarında, belli uyum kuralları bulunan sesler topluluğudur. Bu topluluğa karmaşık ses denir. Karmaşık sesler; konuşma, gürültü gibi düzensiz, ya da müzik sesleri gibi düzenli seslerden oluşabilir. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 48

49 SESİN TINISI BİR SESİN NE SESİ OLDUĞUNU ANLAMAMIZA YARAYAN SES BİLEŞENİ Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 49

50 YALIN SES Bir sesin tınısı yani karakteristiği yoksa YALIN SES tir. Tek frekanstan oluşur. Siren sesi, telefon sesi, diapozon sesi gibi Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 50

51 UYUMLULAR Bir tel nasıl titreşir? (Bu titreşimlerin hepsi birden olur) Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 51

52 TEMEL SES VE UYUMLULARIN FREKANSI 2.titreşimde telin boyu kısalır, ses incelir. 3.titreşimde telin boyu daha kısalır, ses daha da incelir Temel ses (1.Uyumlu) Frekansı :1000 Hz 2.Uyumlu Frekansı : 2000 Hz 3.Uyumlu Frekansı : 3000 Hz 4.Uyumlu Frekansı : 4000 Hz Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 52

53 Uyumluların özellikleri Temel sese göre Dalga boyları kısadır Temel sese göre Frekansları yüksektir Temel sese göre Düzeyleri düşüktür Temel sesin 7-8 uyumlusu olabilir Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 53

54 Düzenli Ses Temel Sesin Frekansında algılanır Temel Sesin Düzeyinde algılanır Uyumlular, düzenli sesin frekans ya da düzeyini etkilemezler Uyumlular, karmaşık sesin ne sesi olduğunu yani karakteristiğini anlamamıza katkıda bulunurlar Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 54

55 TEMEL SES-DÜZENLİ SES-UYUMLULAR İki ucu açık borular ve benzeri ses kaynakları Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 55

56 TEMEL SES-DÜZENLİ SES-UYUMLULAR Tek ucu açık borular ve benzeri ses kaynakları Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 56

57 YALIN SES DÜZENLİ SES Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 57

58 Grafik gösterme biçimleri 1) DALGA EĞRİLERİ 2) FREKANS TAYFI 3) TAYFSAL YAZI Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 58

59 DALGA EĞRİLERİ Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 59

60 FREKANS TAYFI Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 60

61 TAYFSAL YAZI Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 61

62 TAYFSAL YAZI Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 62

63 OTOMOBİL GÜRÜLTÜSÜ FREKANS TAYFI Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 63

64 Yalın ses ile düzenli ve düzensiz karmaşık seslerin grafik gösterimleri. Yapı Fiziği II-Hacim Akustiği 64