4. SESİN SERBEST ALANDA YAYILMASI
4.3 SES YAYILMA YOLUNDA ETKİ EDEN FAKTÖRLER
4.3.4 Homojen Olmayan Atmosferde Sesin Kıvrılması
4.3.5.1 Bariyer Etkisinin grafikten okunarak değerlendirilmesi 109
Bariyer etkisinin en sağlıklı biçimde değerlendirilebilmesi için ilgili bariyerin her açısı ile ilgili kırılmanın göz önünde tutulması gerekir. Bariyer etkisinin basitleştirilerek anlatılmak istenirse tek yönlü kırılma için aşağıdaki şekil ve grafik kullanılabilir.
Şekil 4.28 : Tek yönlü kırılma için ilgili açı ve bariyer yüksekliği değerlerinden bariyer azalımının belirlenmesi (HARRIS C. M., 1957)
4.3.5.2 Bariyer Etkisinin Matematiksel Olarak Hesaplanması
Ses bariyeri olarak büyük ve yoğun objeler ses yayılımı doğrultusunda akustik gölge bölgesi oluşumuna sebep olabilirler. Bu tip objeler duvar, bina, çatı veya zemin sistemi olabilir. Ses bu akustik gölge bölgelerine kırılım ile ve bariyer azalımı olan Dz ile ulaşabilirler. Azalım miktarı ilk olarak frensel sayısı ile tanımlanmıştır. Fresnel sayısı:
2z
N =
λ
(4.50)(ISTVAN L.VER and LEO L. BERANEK,2006)
z= Kaynak- bariyer- alıcı arasındaki bariyer etkisi ile artan yol uzaklığı. (Kaynaktan Bariyer engeli göz önünde tutularak sesin ulaşması için en kısa yol).(Bariyerin bir köşesi veya bariyerdeki birçok kenar göz önünde tutulmalıdır.)
λ= Dalga boyu, λ=c/f
Aşağıdaki şekilden de anlaşıldığı üzere β açısı arttıkça z değeri azalır
Şekil 4.29 : Kaynak ile alıcı arasındaki açısal değerlendirmeler (ISTVAN L.VER and LEO L. BERANEK,2006)
z=0 olduğu durumlarda bariyer azalımı küçük olmakla beraber yaklaşık olarak 5 dB değerini almaktadır. Böyle bir azalımın sebebi olarak akustik gölge bölgesi oluşumudur. Detaylı bir araştırma dâhilinde bir çalışma yapılacak olursa, modelleme yapılması ve ışın takip modeli ve kırılım modeli üzerine yoğunlaşılması gerekir. Bu sistemler bize bariyer azalımını bulmamıza yardım etmektedir.
Şekil 4.30 : Bariyer azalımının fresnel sayısı verisi ile grafikten tanımlanması (ISTVAN L.VER and LEO L. BERANEK,1992)
Şekil 4.30’da farklı bariyer tiplere göre nokta kaynak bariyer azalımı ve çizgi kaynak bariyer azalımı verilmektedir. Daha koruyucu olmak gerekirse nokta nokta grafiği net çizgi grafiğine göre tercih edilir. Fresnel katsayısı olan N birimsizdir. λ metre olarak dalga boyunu tanımlamaktadır. C1 ve C2 sabitleri nokta ve çizgi kaynağa göre ve de düzenli ve koruyucu opsiyonlarına göre değişmektedir.
Bir nesnenin eleme engeli olabilmesi için yüzey yoğunluğu en az 10 kg/m2 olmalı, büyük çatlakları ve açıklıkları bulunmayan kapalı bir yüzeye sahip olmalıdır. Rüzgâr yönünde ses yayılımı için, üst kenarın üzerindeki kırılmanın etkisi, dB cinsinden aşağıdaki eşitlikle hesaplanmalıdır.
Abar= Dz − Agr> 0, dB (4.51) Burada;
Dz = Bariyer azalımı
Agr= Zemin emilimi Düşey kenarın etrafındaki kırılma ise aşağıdaki eşitlikle hesaplanmalıdır.
Şekil 4.31 : ISO 9613-2 standartında, bir engelin üst kenarı üzerinde ve düşey kenarın etrafındaki kırılmanın şekilsel anlatımı
Standard bariyer azalımı yaklaşık olarak aşağıdaki formülde belirtilen şekilde hesaplanır.Bu hesaplama şekli en çok kullanılan ve en geçerli olan formüldür. (ISTVAN L.VER and LEO L. BERANEK,2006)
(
1 met)
Z 2
D =10 log 3 2NC C K+ dB 20 dB<
(4.53) C2=1 olduğu zaman için(
met)
Z 1 2
D =10 log 3 2NC C K+ dB 25 dB<
C2>1 olduğu zaman için Burada;
N= Fresnel sayısı
C1 = Zemin yansımasını gösteren bir faktördür ve 20’ ye eşittir. Özel durumlarda, zemin etkileri, zahirî kaynaklarla ayrı ayrı dikkate alındığında C2 40’tır.
C2=1 değerini sadece tek yönlü kırılma göz önüne bulundurulduğunda verilebilir. İki veya daha çok köşede kırılma söz konusu ise eşitlik 4.54 kullanılır.
Kmet= Kmet tanımlaması meteorolojik düzeltme faktörüdür. Aşağı yönde rüzgâr kıvrılması olduğu zaman göz önünde tutulur.(down-wind ray) Kmet eşitlik 4.55 yardımı ile hesaplanır.
2 2 2
5
1
e
C
1 5
3 e
⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠λ
+
=
λ
+
(4.54)(ISTVAN L.VER and LEO L. BERANEK,2006)
Burada;
e= kırılma köşesindeki ilk kırılma noktası ile son kırılma noktası arasındaki uzunluk farkı, Birimi metredir. Çift kırılma için Şekil 4.31’e bakılmalıdır.
SS SR met
d d d
1
K exp
2000 2z
⎛ ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠= −
(4.55)(ISTVAN L.VER and LEO L. BERANEK,2006) Burada;
dss= Kaynak ile kırılım köşesi arasındaki uzaklık farkı dsr= son kırılım ile alıcı arasındaki uzaklık farkı d=Bariyer harici yol uzaklığı
z= Kaynak- bariyer- alıcı arasındaki bariyer etkisi ile artan yol uzaklığı. Eşitlik 4.56 ve 4.57 yardımı ile hesaplanabilir.
ISO 9613-2 standardı artan yol uzaklığını hesaplamak için gerekli olan verilerden formülsel yaklaşımı vermektedir. Kaynak- bariyer- alıcı arasındaki bariyer etkisi ile artan yol uzaklığı, tek kırılma ve çift kırılma durumuna göre farklı formüllerle hesaplanmaktadır.
Şekil 4.32 : ISO 9613-2’de belirtilen tek kırılma için yayılma uzunluk farkının belirlenmesindeki geometrik büyüklükler
Tek kırılma z değerinin hesaplanması için eşitlik 4.56 kullanılır.
Burada;
d ss =Kaynaktan ilk kırılma kenarına kadar olan mesafe, m, d sr =İkinci kırılma kenarından alıcıya kadar olan mesafe, m,
a= Kaynak ve alıcı arasındaki engel kenarına paralel olan bileşen mesafesi, m’dir.
Şekil 4.33 : ISO 9613-2’de belirtilen çift kırılma için yayılma uzunluk farkının belirlenmesindeki geometrik büyüklükler
Çift kırılma z değerinin hesaplanması için eşitlik 4.57 kullanılır.
Z= [(dss + dsre)2 + a2 ] ½ - d (4.57) Burada;
d ss =Kaynaktan ilk kırılma kenarına kadar olan mesafe, m, d sr =İkinci kırılma kenarından alıcıya kadar olan mesafe, m,
a= Kaynak ve alıcı arasındaki engel kenarına paralel olan bileşen mesafesi, m’dir. Bu konuda anlatılan tüm formüller ve teorik yaklaşımlar ses yayılırken atmosferdeki kırılım parametresi durumlarından olan a>0 olduğu koşullarda gerçekleşmektedir. Bu durum sonsuz bariyerlerde uygulanabilir veya sınırlı bariyerlerde birden üçe kadar tüm köşeler göz önünde bulundurulmalıdır.
4.3.6 Yansıtıcılar ve Yankılaşım
Herhangi bir büyük obje olarak bir duvar, çatı,bina veya yol işareti ses yolu üzerinde düz bir yüzey olarak bulunabilir. Bu yüzey blokların alanları en az frensel yarıçapı olan √ dso değerini sağlaması yansıtıcı olarak değerlendirilmeleri için yeterlidir. ISO 9613-2 standardında anlatılanlar doğrultusunda daha spesifik olarak tanımlarsak yansımanın gerçekleştiği yüzeyin en küçük boyutu aşağıdaki formülü sağlaması gerekmektedir.
min SO OR 2 L cos 1 1 d d λ β > + (4.58) Burada;
β= Yansıyan yüzeydeki sesin geliş açısı
dSO= Kaynaktan yansıtıcı yüzeye gelen sesin yol uzunluğu
dOR= yansıtıcı yüzeyden yansıyan sesin alıcıya kadar gelirken aldığı yol uzunluğu Yansımaları zahiri kaynak olarak değerlendirilerek dSO ve dOR verilerine ulaşılabilir.
Şekil 4.34 : Yüzeyde oluşabilecek yansımalar için belirtilen Imin (ISTVAN L.VER and LEO L. BERANEK,2006)
Yansıma katsayısı olan R<1 yansıtıcı, zahiri kaynaktan gelen ses gücü düzeyini -10log(R) dB azaltmaktadır. Bina yüzeyi sebebiyle oluşan dağılan yansımalar sesin gökyüzüne doğru saçılmasına sebep olur. Bu durum 1 veya 2 dB yansıma kaybına sebebiyet vermektedir.