Architectural TechnologyArchitectural Acoustics

Part 2

Contents Auditorium acoustics (Hacim akustiği) Sound propagation (Sesin yayılması) Outdoor-İndoor sound propagation (iç ve dış mekanlarda

gürültü yayılımı) Reflection-absorbtion-diffusion (yansıma-yutulma-dağılma) Porous materials (gözenekli gereçler) Panel absorbers (titreşen levhalar) Resonators (rezonatörler) Diffusion of sound (sesin dağılımı)

Auditorium Acoustics The room in which we listen to sounds has an important influence on what we hear. Auditorium acoustics will identify some of the principal means currently available for judging the quality of an auditorium. However, the design of

such spaces is still considered an inexact science.

Hacim akustiği, hacim içindeki ses kaynağından çıkan seslerin, tüm dinleyicilerin kulaklarına en iyi koşullarda ulaşmasını sağlamaya çalışan akustik dalıdır

Hacim akustiğinde önemli olan konular

Ses kalitesinin sağlanması Konuşma ve müziğin anlaşılabilirliği Hacim içinde kullanılan yüzey

malzemelerinin akustik özellikleri ve yerleri Hacim içindeki tüm noktalarda sağlanmış

olması gereken yeterli ses düzeyi

Sound Propagation (Sesin yayılması)

Sound Propagation Outdoors

(Sesin açıkhavada yayılması)

Before starting to look at sound propagation indoors, let us study how sound behaves outdoors, under free field conditions.

Sound waves emitted from a point source propagate spherically - equally in all directions - from the source.

(Açık havada bir kaynaktan çıkan ses küresel dalgalar biçiminde yayılır.)

At a distance from the source, the same energy is distributed over a sphere. The greater the distance from the source, the larger the surface over which the energy is dispersed. This may be illustrated by studying a segment of the expanding sphere.

Kaynaktan çıkan sesin düzeyi, uzaklığın karesi ile orantılı olarak azalır.

The sound energy is dispersed over an imaginary sphere with a surface that grows in proportion to the square of the distance from a point source.

The surface of the sphere grows 4 times with each doubling of the distance from the source. The sound hence rapidly declines with the distance from the source. Each doubling of the distance from the point source yields a 6 dB reduction of the sound level.

Nokta kaynaklardan yayılan küresel ses dalgalarının büyüklüğü uzaklığın her iki katına çıkmasıyla 4 kat büyür. Bu da nokta kaynaktan her iki kat uzağa gidildiğinde ses düzeyinin 6 dB azalmasına neden olur.

Outdoor sound level calculation:Açık havada ses düzeyi

I = W / 4πr2 (dB)

W = Source power (Kaynak gücü) (watt or μwatt)

r = source-receiver distance (kaynak-alıcı uzaklığı) (m or cm)

Sound Propagation Indoors

(Kapalı hacimde sesin yayılışı)

The sound propagation in rooms is different from the sound propagation in free field. Sound in rooms is reflected from hard surfaces and influence the room acoustics.

Kapalı mekanlarda sesin yayılışı açık havaya göre farklılık gösterir. Kaynaktan çıkan ses ışınları hacim yüzeylerinde çok kereler yansırlar.

Indoors, the sound wave hits building construction surfaces before it is significantly attenuated. The sound field indoors is not spherical but depends on the geometry and the acoustical properties of these surfaces. The volume of the room and the distances between the sound source, the building construction surfaces and the listening point are also important.

Kapalı bir hacimde, kaynaktan çıkan ses ışınları, hacim iç yüzeylerinde pek çok sayıda yansıma yaparak bütün hacme yayılır. Bu gibi ortamlarda oluşan ses alanına, yayınık ses alanı adı verilir.

Reflection – Absorption – Transmission - Diffusion

When sound energy falls on the boundary of an enclosure, such as a wall or a ceiling, part of the energy is reflected back into the enclosure, a part is absorbed within the material of the boundary and converted into heat, and a part is transmitted throught the boundary element.

Ses ışını hacmin iç yüzeylerinden duvar ya da tavan gibi bir yüzey üzerine geldiğinde, yansıyarak tekrar hacme geri dönebilir, bir bölümü yüzey tarafından yutularak ısı enerjiine dönüşebilir, bir bölümü de arka hacme geçebilir.

SOUND ABSORPTION

All materials have some sound absorbing properties. Incident sound energy which is not absorbed must be reflected, transmitted or dissipated.

Sound absorption is defined, as the incident sound that strikes a material that is not reflected back. An open window is an excellent absorber since the sounds passing through the open window are not reflected back but makes a poor sound barrier. Painted concrete block is a good sound barrier but will reflect about 97% if the incident sound striking it.

Yutulan ses yüzeye giden ancak hacme geri yansımayan ses olarak tanımlanır. Örneğin açık bir pencereye giden sesin tümü yutulmuş kabul edilebilir ve geri yansımaz. Boyalı beton blok yüzey ise %97 yansıtıcılıkta olabilir. Bu da yüzeyin yutuculuğunun %3 olduğu anlamına gelir.

A material’s sound absorbing properties can be described as a sound absorption coefficient (a or α ) in a particular frequency range. The coefficient can be viewed as a percentage of sound being absorbed, where 1.00 is complete absorption (100%) and 0.01 is minimal (1%).

Bir yüzeyin yutuculuk özelliği yutma çarpanı (a ya da α) ile tanımlanır.%100 yutuculuktaki bir hacmin yutma çarpanı 1, %1 yutuculuktaki bir hacmin yutma çarpanı %0.01’dir.

BASIC CATEGORIES OF SOUND ABSORBERS (Ses yutucu malzemeler)

There are three basic categories of sound absorbers: (Ses yutucu türleri)

Porous materials commonly formed of matted or spun fibers; panel (membrane) absorbers having an impervious surface mounted over an airspace; and resonators created by holes or slots connected to an enclosed volume of trapped air. The absorptivity of each type of sound absorber is dramatically (in some cases) influenced by the mounting method employed.

Porous materials (Gözenekli gereçler)

Common porous absorbers include carpet, draperies, spray-applied cellulose, aerated plaster, fibrous mineral wool and glass fiber, open-cell foam, and felted or cast porous ceiling tile. Generally, all of these materials allow air to flow into a cellular structure where sound energy is converted to heat. Porous absorbers are the most commonly used sound absorbing materials Porous materials are usually most efficient at absorbing high frequencies..

Gözenekli gereçler içinde pek çok sayıda kılcal borular, delikler ya da çok ince aralıklar bulunan ve bundan ötürü oldukça hafif olan organik ya da inorganik gereçlerdir. Bu kılcal borular ya da aralıklar dış havaya açıktırlar ve hava ile doludurlar.

Porous materials (Gözenekli gereçler)

Gözenekli gereçler, perde ve halı gibi bazı özel kullanışlar dışında mimari mekanların iç yüzeylerinin kaplanmasında kullanılmaya her zaman elverişli değillerdir.

Genellikle, yumuşak ve aşınmaya dayanıksız olduklarından özellikle duvar kaplaması olarak kullanılabilmeleri, delikli levhalar, kafesler ve benzeri koruyucuların arkasına yerleştirmek gibi bazı tedbirlerin alınmasına bağlıdır.

Bu durumda, yalnızca öndeki koruyucunun boşluklarından geçen ses erkesinin gözenekli gerece ulaşabilmesini ve belli oranda yutulabileceğini unutmamak gerekir.

Kullanıldıkları yerler

Ayrıca, yapı bünyesinde gözenekli gereç özelliği gösteren taş yünü ve cam yünü esaslı malzemelerin kullanımı da yaygındır.

Bu gereçler, koruyucu elemanlar ile birlikte yapı yüzlerinde kullanılabildiği gibi,

Kullanıldıkları yerler

kaplama levhalarının arka yüzlerinde ve

sandviç sistem bölme elemanlarında gürültü denetimine yönelik olarak uygulanırlar.

Zaman ve dayanıklılık

Bir başka önemli nokta da, gözenekli yapma tavan levhaları ve genellikle gözenekli gereçlerin, badana, boya, cila ve benzeri uygulamalarla gözeneklerinin dış havaya açık uçlarının tıkanmasıdır. Böyle bir durumda, gözenekli gerecin bir anlamının kalmayacağı açıktır.

Ayrıca, gözenekli gereçlerin akustikle ilgili değişik kullanılışlarında, bunların basınç altında sıkışarak, rutubetlenerek, ıslanarak ya da benzeri şekillerde gözeneklilik özelliklerini yitirmemelerine dikkat etmek gerekir.

Malzemenin kalınlığı gözenekli gerecin yutuculuğunu arttırır ve daha geniş frekans alanında sesi yutmasını sağlar.

The thichness and absorbtion coeffifient of the felt

2) Panel Absorbers:

Typically, panel absorbers are non-rigid, non-porous materials which are placed over an airspace that vibrates in a flexural mode in response to sound pressure exerted by adjacent air molecules. Common panel (membrane) absorbers include thin wood paneling over framing, lightweight impervious ceilings and floors, glazing and other large surfaces capable of resonating in response to sound. Panel absorbers are usually most efficient at absorbing low frequencies.

Ses enerjisinin bir levhayı titreştirmesiyle bir iş yaptığı yani belli bir oranda sarfedildiği düşünülebilir.

Bir levhayı titreştiren ses enerjisi, levhanın tesbit yerlerindeki sürtünmeler, levhanın şekil değiştirmesiyle ilgili iç sürtünmeler, levhanın arkasında bulunan hava tabakasıyla ilgili sürtünmeler ve benzeri ile sonunda ısı enerjisine dönüşür.

Titreşen levhalar, bütün benzer sistemlerde olduğu gibi, öz frekanslarına yakın frekanslardaki sesleri en büyük oranlarda yutarlar.

Titreşin levhalar, boyutları ve gereç cinsleri bakımından, öz frekansları oldukça alçak frekanslarda olan parçalardır.

Bu nedenle titreşen levha özelliği gösteren gereçler kalın sesleri ince seslerden çok daha fazla yutarlar.

Titreşen levhalara örnekler Yapılarda mimari yapımsal parçalar olarak

kullanılan titreşin levha özelliği gösteren elemanlar;

lambriler, tavan kaplama levhaları, kirişlemeli esnek döşemeler, bağdadi zemine sıva, pencere camları, çeşitli panolar vb)

Değişik kesit özellikleri bulunan titreşen levha özelliği gösteren

gereçler ve frekanslara göre değişen yutma çarpanları

Bir levhanın titreşebilmesi

Bir levhanın fazla ses yutabilmesi için, kolay titreşime girebilmesi gereklidir.

Yani levhanın titreşmeye karşı direnci az olmalıdır.

Titreşen levhaların ses yutma çarpanlarını yükseltmek için, bunları ufak parçalara bölmek ve kolay titreşebilir şekilde tesbit etmek gerekir.

Levhaları katı tesbit etmemek gereklidir.

Levhalar hangi frekansları yutar?

Herhangi bir sistem serbest titreşime sokulduğu zaman öz frekansları işitilir.

Yani, örneğin bir pencere camına, bir bardağa, bir kapıya vurulduğu zaman bunların öz frekansları işitilir.

Bu frekanslar, bu sistemlerin yutma çarpanlarının en fazla olduğu frekanslardır.

Levhalar nasıl kullanılmalı? Levhaların öz frekansları, boyut, kalınlık, rijitlik, yoğunluk, tesbit

biçimi gibi pek çok faktöre bağlıdır.

Öyleyse bir titreşen levhada, frekanslara göre düzgün yayılmış bir yutuculuk sağlamak için bunlarda değişiklik yapmak gerekir.

Yani aynı hacimde farklı özellikleri olan titreşen levha özelliğindeki gereçleri bir arada kullanmak akustik açıdan sesin tüm frekanslarda birbirine yakın oranlarda yutulabilmesi için daha olumlu olur.

This fact has been learned repeatedly on orchestra platforms where thin wood paneling traps most of the bass sound, robbing the room of “warmth.”

A panel absorber is made like this:

Sound striking the plywood front panel causes it to vibrate. The fiberglass then damps that vibration.

These acoustic panels were installed under the peaked ceiling in the author's home recording studio to avoid focusing sound in the room to the area under the peak.

Combine absorptive materials with porous and panel absorbers.

Panel absorbers on the ceiling for noise control for industrial buildings.

Gözenekli gereç ve titreşen levhanın birarada kullanılması

Titreşen levhalarda da yay görevi gören sisteme sönümletici bir unsur katılması hem frekans seçiciliğini azaltır, hem de sistemin yutma çarpanını büyütür.

Bu bakımdan titreşen levhaların arkasındaki boşluklara gözenekli gereçler koymakta yarar vardır.

Özellikle, kitlesi az yani ince ve hafif levhaların arkasına gözenekli ses yutucular konulması sesin yutulmasında büyük yararlar sağlar.

Gözenekli gereç ve titreşen levhanın birarada kullanılması

Hem gözenekli gereç hem de titreşen levha özelliği

gösteren malzemelerin 6 frekans için yutma çarpanları

3) Resonators:

Resonators typically act to absorb sound in a narrow frequency range. Resonators include some perforated materials and materials that have openings (holes and slots). The classic example of a resonator is the Helmholtz resonator, which has the shape of a bottle. The resonant frequency is governed by the size of the opening, the length of the neck and the volume of air trapped in the chamber.

Rezonatörlerde Yutulma

Günümüz yapılarında gözenekli gereçler ve titreşen levhalar kadar sıklıkla kullanılmasa da akustik açıdan oldukça önemli yutuculuk özellikleri olan rezonatörler, yapı bünyesinde ve çoğunlukla tavan ve duvarlarda gömülü olarak yer alırlar.

Küp ya da testi biçiminde ve ağızları iç mekana açık olarak konumlandırılan bu gereçler oldukça yüksek yutuculuk ya da yansıtıcılık değerlerine çıkabilirler.

Samples of the resonators

Resonatörler ses yutuculukları

Combine materials

Different materials absorb different amounts of this energy at different frequencies. When considering room acoustics, there should be a good mix of high frequency absorbing materials and low frequency absorbing materials.

Her malzemenin farklı frekanslarda farklı yutma çarpanları vardır. Bir hacmin akustiğini oluştururken farklı yutuculuklardaki malzemelerin belli oranlarda kullanılmasıyla uygun akustik çözümler ortaya konur.

Absorbtion coefficients of some materials

Diffusion (scattering) Diffuse reflection occures when the surface roughness

length is larger than the acoustic wavelength.

Yüzeyin pürüzlülüklerinin gelen ses ışınının dalga boyundan uzun olması durumunda yayınık yansıma oluşur.

Diffusers

Scattering coefficient (Dağıtma çarpanı)

Anechoic chamber with high absorptive materials