GÜRÜLTÜ 6.1 Giriş İnsan çevresini ciddi bir şekilde tehdit eden önemli bir problem de "gürültü" dür. Gürültüyü arzu edilmeyen seslerin atmosfere yayılması şeklinde ele almak uygundur. Son zamanlarda iş yerlerindeki makineleşme, oto yollarının yaygınlaşması ve trafik yükünün artması hava yolu taşımacılığının yaygınlaştırılması gürültüyü, çevre kirlenmesi ve korunması ile ilgili önemli bir problem haline getirmiştir. Bunun için de toplumda gürültü seviyesini belirli seviyelerde tutmak, gürültüyü kaynağında azaltmak üzere kanunî ve idarî düzenlemelere geçilmiştir. Çevremizdeki ses tipleri kuş cıvıltılarından, jet gürültülerine kadar çok değişiktir. Gürültü genellikle istenmeyen, veya devamına tahammül edilemeyen seslerdir. Gürültünün esasını ses teşkil ettiğinden ses hakkında kısaca bilgi verilmesi uygun görülmüştür. Gürültü ölçümlerinin gayesi, mevcut gürültünün daha önce belirlenmiş kriterlerle mukayese edilerek, kabul edilebilirliği hakkında bir karara varılmasının temin edilmesidir. 6.2. GÜRÜLTÜNÜN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ Gürültünün "arzu edilmeyen sesler" şeklinde tarif edildiği daha önce belirtilmişti. Ses ise moleküllerin mekanik titreşimi sonucu meydana gelir ve dalga hareketi ile atmosfere yayılır. 6.2.1. Titreşim ve Dalga Herhangi bir madde hareket eder veya titreşirse, sahip olduğu enerjinin küçük bir parçası ortama ses şeklinde yayılarak kaybolur. Partiküller denge durumundan sadece sonsuz küçük bir mesafede, Şekil 6.1'de gösterildiği gibi, ses dalgalarının yayılma yönünde titreşirler. Şekil 6.1. Tek bir devir esnasında bir parçacığın hareketi
Ardışık partiküller arasında transfer edilecek olan hareket için geçen zaman ve dolayısıyle titreşimin yayılma hızı, ortamın elastisitesine bağlı olarak: (6.1) şeklinde ifade edilir. Burada k bir sabit, E ortamın elastisite modülü ve p ortamın yoğunluğudur. 20 C sıcaklık ve normal şartlar altında, sesin atmosferdeki yayılma hızı 344 m/sn'dir. Atmosferde ses hızının sabit olması halinde dalga boyu, iki ardışık sıkışma veya gevşeme arasındaki zaman olarak tariflenebilir. Bu sıkışıp gevşemelerin birim zamandaki sayısı titreşimin frekansını meydana getirir. Buna göre dalga boyu; şeklinde ifade edilir. Burada; X dalga boyu, T ardışık iki sıkışma arasındaki zaman, v sesin havadaki yayılma hızı, f titreşimin frekansıdır. Normal şartlardaki ses hızı için dalga boyu ile frekansı arasındaki nomogram Şekil 6.2'de gösterilmiştir. (6.2) Şekil 6.2. Normal şartlarda dalga boyu frekans değerleri 6.2.2. Sesin Kuvveti, Enerji Yoğunluğu ve Şiddeti Her gürültü kaynağının bir karakteristik ses kuvveti vardır. Bu ses basıncı kaynağın fiziksel özellikleri yanında, maruz kalanlann mesafesi, sıcaklık, hız gradyanı gibi diğer çevre şartlarına bağlıdır. Bunun için de gürültülerin mukayese ve sıralamasında çok kullanılan mutlak bir ölçüdür. Ortamın birim hacminin ihtiva ettiği akustik enerji herhangi bir gürültü ortamının temel parametresidir. Enerji yoğunluğu ses basıncına bağlı olarak (6.3) denklemi ile ifade edilir. D enerji yoğunluğu, P ses basıncıdır. Diğer parametreler daha önce tarfılendiği_ gibidir. Şiddet, sesin yayıldığı ortamın birim alanından, dalga yayılma yönüne dik doğrultuda birim zamanda geçen akustik enerji olarak tariflenir. Çeşitli akustik ortamlar için farklı değerler alır. Ses dalgalarının sadece kaynak doğrultusundan geldiği serbest bir ortam için: (6.4)
şeklinde ifade edilir. I sesin şiddetidir. İdeal yankının meydana geldiği bir odadaki gibi, yaygın bir ortam için sesin herhangi bir yönden gelmesi mümkündür. Bu durumda net şiddet sıfırdır. Bununla beraber sadece bir yönden gelen ve bir düzlemin birim alanından geçen sesin şiddeti: şeklinde ifade edilir. Burada pv'ye ortamın karakteristik akustik impedansı adı verilir. 20 C'deki hava için bu değer 407 kg/m 2 -sn 2 'dir. 6.2.3. Kaynak Tipleri Gürültü kaynaklan fiziksel olarak: a) Düzlem kaynak b) Nokta kaynak c) Çizgi kaynak olmak üzere 3 grupta ele alınabilir. Gürültü kontrolü çalışmalarında düzlem kaynaklara çok nadir rastlandığından sadece nokta ve çizgi kaynak hakkında bilgi verilmiştir. i. Nokta Kaynak Gürültü kaynaklarının boyutları gürültüye maruz kalanlara olan mesafelerine nazaran küçükse böyle kaynaklar nokta kaynak olarak düşünülebilir. Sanayi kuruluşlarının, hava meydanlarının ve trafikte seyreden her bir vasıtanın gürültüleri bu gruba dahil edilebilir. İdeal bir nokta kaynak Şekil 6.3'de gösterilmiştir. Nokta kaynakta meydana gelen ses enerjisi bütün yönlerde eşit olarak dağılır. Şekil 6.3. Bir nokta kaynaktan yayılan ses dalgalan Kaynaktan uzaklaştıkça ses dalgalarının enerjisi daha geniş küre yüzeylerine yayılır (şekil 6.4). Şayet ortamda enerjinin kaybolmadığını düşünülürse, bütün enerji yarıçaplı küre kabuğuna taşınır. Böylece sesin şiddeti bu küre kabuğunun alanına bölünerek; şeklinde ifade edilebilir. (6.6)
ii. Çizgi Kaynak Çizgi kaynak türbülanslı bir akışkanı taşıyan boru veya ara mesafeleri yakın olan bir dizi nokta kaynağın tamamı olarak gözönüne alınabilir. Bu gruba otoyolları ve demiryolları ile bir seri makinanm yanyana bulunduğu fabrikalar dahil edilebilir. Şekil 5.6'daki sonsuz uzunlukta ve birim boydaki enerjisi sabit olan bir çizgi kaynağın belirli bir parçasını göz önüne alalım. Şekil 6.4. Bir nokta kaynaktan yayılan ses Böylece bir çizgi kaynağın ses dalgalan sadece bu çizgiye dik istikâmette yayılır. Çizgiden eşit uzaklıkta bulunan her hangi iki nokta aynı dalga yüzeyi üzerinde bulunur ve aynı özelliğe sahiptir. Burada dalgalar eksenleri çizgi kaynak olan aynı merkezli silindirik yüzeyler meydana getirir. Kaynağın birim boyundan serbest bırakılan enerji birim zamanda silindirik yüzeylerde aynı mesafeyi kateder. Verilen bir yarıçap için sesin şiddeti kaynağın bu kısmı tarafından neşredilen enerjinin silindirik yüzeye bölünmesi ile: şeklinde ifade edilir. Nokta ve çizgi şeklindeki kaynaklardan yayılan gürültülerin mesafe ile azalması Şekil 6.6 da gösterilmiştir. Mesafe iki misline çıktığı zaman gürültünün şiddeti nokta kaynaklarda 6 db, çizgi kaynaklarda ise 3 db azalır. Şekil 6.5. Çizgi kaynaktan ses dalgalarının yayılması.
6.3. GURULTUNUN ATMOSFERDE YAYILMASI 6.3.1. Giriş Atmosferde yayılan gürültünün şiddetinin mesafe ile azaldığı daha önce belirtilmişti. Bunun yanında, hava ve sıcaklık gradyanları, çalkantı ve ortamın viskozitesi de gürültünün yayılmasına ciddi bir şekilde tesir eder. Ortamın viskozitesi gürültünün frekansını azaltır ve yayılma güzergâhını değiştirir. Gürültü kontrol ve ölçmeleri, daha çok insanların yaşadığı yer yüzeyinde yapılmaktadır. Bunun için kaynakla gürültüye maruz kalanlar arasındaki engeller dolayısıyla meydana gelen absorbsiyon ve yansımalar, gürültü kontrolü bakımından önemli bir yer tutar. Bunlar mutlaka nazarı dikkate alınmalıdır. 6.3.2. Rüzgârın Tesiri Atmosfer normal şartlar altında gerçek bir akışkan olduğundan, akışkanların bütün özelliklerine sahiptir. Havanın viskoz bir ortam dolayısıyla yer yüzeyinde hava moleküllerinin hareketi sıfırdır ve burada sınır tabakası teşekkül eder. Bu kaynaktan neşredilen gürültü dalgaları belirli bir atmosfer tabakasına geldiğinde, değişik yönlerde ve değişik yüksekliklerde farklı hızlara sahip olabilir (Şekil 6.6). Şekil 6.6. Farklı hızlara sahip tabakaların sınırında gürültü dalgalarının yayılması Yeryüzeyindeki bir gözleyiciye göre rüzgârın etkisi Şekil 6.7 de gösterilmiştir. Bu durumda rüzgârın yönüne göre, kaynağın bir tarafında gürültünün şiddeti artarken diğer tarafında ölü bir bölge ortaya çıkmaktadır.
Şekil 6.7. Sınır tabakasında gürültü dalgalarının kırılması 6.3.3. Sıcaklığın Tesiri Gürültü dalgalarının atmosferdeki hızı hava sıcaklığı ile artar. Halbuki atmosferde hava sıcaklığı yükseklikle azalır. Yükselen gürültü dalgaları düşük sıcaklıktaki bir atmosfer tabakasına girerse yayılma hızını kaybeder ve ses dalgaları iki tabakanın sınırında kırılır. Neticede rüzgarsız bir havada yer yüzeyinden yükselen gürültü dalgaları hız gradyanmın büyüklüğüne bağlı olarak bükülür ve kaynaktan belirli mesafelerde ölü noktalar teşekkül etmeye başlar. Bununla beraber, inversiyon tabakasının meydana geldiği hallerde, atmosferde hava sıcaklığı yükseklikle arttığından gürültünün yayılma hızı da yükseklikle artar ve ölü noktalar teşekkül etmez (Şekil 6.8). 6.3.4.Gürültünün Absorbsiyonu Gürültünün yayıldığı ortamdaki maddeler gürültüyü meydana getiren ses dalgalarının yansıması veya yutulması bakımından önem taşır. Bazen yeryüzünde bulunan tabiî engeller (bitki örtüsü vs.) önemli derecede azaltır. Bu azaltma yüksek frekanslı gürültü dalgalarında daha etkilidir. Aynı zamanda engellerin yüzeyde meydana getirdikleri etkili pürüzlülük de önemlidir. Meselâ küçük çimenlerin meydana getirdiği azaltma küçük olmakla beraber, yüksek çayırların veya mısır bitkilerinin tesiri gürültü şiddetini 100 metrede 20 db azaltacak kadar yüksektir. 6.3.5. Yansıma.ve Absorbsiyon Gürültü dalgaları bir yüzeye rastladığında enerjinin bir kısmı geri döner, bir kısmı yüzey içine nüfuz eder, bir kısmı da yüzey tarafından absorbe edilir. Bu parçaların büyüklüğü yüzey tipine bağlıdır. Gürültü kaynağı ile gürültüye maruz kalanlar arasında çeşitli engellerin bulunması, gürültünün ölçülmesini ve kontrolünü güçleştirir. a) N ormal
Şekil 6.8 (a). Sıcaklığın yükseklikle değişimi b) Sıcaklık inversiyonu c) Ses"kanalı7 -t : ------------------------------. ---- _ ----- *.-*. jekil 6.8. (b). Gürültünün normal ve inversiyon halindeki atmosferde yayılması Absorbsiyonun ve nüfüziyetin küçük olduğu yüzeyler akustik bakımından sert yüzeylerdir. Yatay ve sert bir düzlemdeki gürültü dalgalarının yansıması Şekil 6.9 da gösterilmiştir. Şekil 6.9. Gürültünün yansıması. Yüzeylerin ses dalgalarını absorbe etmesi, etkili pürüzlülük, porozite ve fleksibilite gibi malzemenin çeşitli özelliklerine bağlıdır. Yüzeylerin absorbe etme özelliği 0 ile 1 arasında değişen absorbsiyon katsayısı ile ifade edilir. Ab-sorblama özelliği fazla olan malzemeler gürültü kontrolünde büyük ölçüde kullanılır.
6.4. GÜRÜLTÜNÜN ÖLÇÜSÜ ve GÜRÜLTÜ KRİTERLERİ 6.4.1. Gürültü Dalgalarının Özellikleri Bütün ses dalgaları belirli fiziksel parametrelerle karakterize edilir. Bunlar basit olarak ses sinyallerinin frekans ve genliği (amplitüd) olarak ifade edilir. Genlik ve frekansın sabit olması halinde olaylar basit olarak ifade edilir. Genlik ve frekansın sabit olması halinde olaylar basit olarak ele alınabilirse de, bu parametrelerin zamanla değişken olması gürültü ile ilgili hadiseleri karmaşık hale 6.3.4. Ses dalgalarının en basit şekli, sinüzoidal olarak yayılan değişken gen-likli (amplitüd) ve sabit frekanslı olanıdır. Bu basit ses dalgaları Şekil 6.10 da gösterilmiştir. Gürültü dalgalarının amplitüdlerine ait çeşitli ölçüler de aynı şekilde gösterilmiştir.
Frekans Şekil 6.11. Gürültü sinyalleri a) Sinüzoidal, b) Birleşik iki sinüzoidal. d) Rastgele gürültü. c) Kare dalga,