Kapalı Hacimlerde Kaynak ve Hacme Bağlı Etkenler

Kapalı bir hacimde kaynaktan belli uzaklıkta bir alıcının algıladığı ses düzeyi temel olarak, kaynak ile alıcı arasındaki uzaklığa, ses kaynağının ses gücü düzeyine, ses kaynağının alıcı doğrultusundaki ses yönelim katsayısına, yüzey yutuculuklarına ve hacmin toplam yutuculuğuna bağlıdır.

Bundan ötürü, kapalı hacimlerde gerçekleşen ses ile ilgili fizik olaylarda sesin düzeyini belirleyen etkenler;

• Ses kaynağına bağlı etkenler, • Hacme bağlı etkenler

olarak gruplanabilir. Bu bölümde, ses kaynağına bağlı etkenlerin dışında hacme bağlı etkenlerden özellikle toplam yutuculuğun gürültü düzeylerine etkisi incelenmiştir.

Toplam yutuculuk – gürültü düzeyi ilişkisinin incelenmesinde, öncelikle sesin yayılmasında açık alan ve kapalı hacim koşulları arasındaki temel ayrımların açıklanması önem taşır. Kuramsal olarak bir ses kaynağının açık alanda ya da kapalı bir hacim içinde bulunması, akustik yönden farklı ses ortamlarının oluşmasına neden olmaktadır. Açık alanda, zeminden ve sesin iletim yolu üzerinde bulunabilecek diğer nesnelerin yüzeyinden oluşabilecek yansımalar göz ardı edilirse kaynaktan çıkıp doğrudan alıcıya ulaşan dolaysız ses erkesi,

alıcıda algılanan ses düzeyini oluşturur. İdealize edilmiş bu durumda (açık alan koşulu) sadece kaynaktan alıcıya doğrudan iletilen dolaysız ses etkilidir ve bu koşuldaki ses alanı

doğrultulu ses alanı olarak tanımlanır.

Açık alan koşullarında, noktasal olarak tanımlanabilecek bir ses kaynağından yayılan sesin kaynaktan belirli uzaklıklarda oluşturduğu ses düzeyi, havanın yutuculuğu, zeminden olan yansımalar, atmosferik etkenler gibi yere ve zamana bağlı etkiler göz ardı edilebilirse, yayılan ses erkesi uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak azaldığı için kolayca hesaplanabilir. Ses kaynağının frekans yapısının düz olmadığı durumda bu hesaplamanın frekans ölçeğinde yapılması gerekmektedir.

Ses kaynağının ilgili frekanstaki ses gücü düzeyi, o frekansta kaynak-alıcı doğrultusundaki yönelim katsayısı ve kaynak-alıcı uzaklığı bilinmesi gereken değişkenlerdir. 63 Hz – 8000 Hz aralığını kapsayan frekanslarda hesaplama yapıldıktan sonra alıcı noktasındaki toplam ses düzeyi ağırlıksız ya da A-ağırlıklı olarak bulunabilir. ( Irvine, Richards, 1979)

Lp = Lw + 10*log(Q / 4*π*r2_{) (4.1)}

Lp: Alıcıda oluşan ses düzeyi (dB)

Lw: Kaynağın ilgili frekanstaki ses gücü düzeyi (dB) Q : Kaynağın ilgili frekanstaki yönelim katsayısı r : Kaynak – alıcı arası uzaklık (m)

Kapalı hacimlerde ise, kaynağın yakın çevresinde etkili olan doğrultulu ses alanının dışında hacmin büyük bir bölümünde yansışmış ses alanın varlığından söz edilebilir. Kuramsal olarak yayınık ses alanı, kapalı hacimlerde ses düzeyinin noktadan noktaya değişmediği bir alanı tanımlamaktadır. Bu nedenle kapalı hacimlerde alıcıda oluşan ses, kaynaktan çıkıp doğrudan alıcıya ulaşan doğrultusu belli olan dolaysız ses ile hacmin yüzeyleri arasında peş peşe gerçekleşen yansımaların sonucu olarak bütün hacmi dolduran ve her doğrultudan alıcıya ulaşan yansışmış ses bileşeninden oluşmaktadır. Kimi durumlarda, yutuculuğu düşük çatı, duvar yüzeyi gibi yansıtıcı yüzeylerden gerçekleşen ilk yansımalar dolaysız ses düzeyine katkı yapabilir. Herhangi bir kapalı hacimde yansışmış ses düzeyi yüzey yutuculuklarına, nesnelerin yutuculuklarına ve havanın yutuculuğuna bağlıdır. Ses alanının yayınık olması koşuluyla kapalı bir hacimdeki toplam ses düzeyi ses kaynağının ses gücü düzeyine bağlı olarak hesaplanabilmektedir.

Havanın yutuculuğu, yüksek frekanslar olan 1000, 2000, 4000 ve 8000 Hz için söz konusudur ve ‘m’ katsayısına bağlıdır. Bu katsayı havanın sıcaklığına ve bağıl neme bağlı bir büyüklüktür. Gerçekte ses yutucu bir gerecin ses yutuculuğu, ses dalgasının yüzeye çarpma açısına bağlı olarak değişir, bununla birlikte hesaplamalarda kullanılan ses yutma çarpanları ortalama değer olarak verilir.

Lp = Lw + 10*log(4 / R + Q / 4*π*r2_{) (4.2)}

Lp: Alıcıda oluşan ses düzeyi (dB)

Lw: Kaynağın ilgili frekanstaki ses gücü düzeyi (dB); 10 log10 [W / 10-12] Q : Kaynağın ilgili frekanstaki doğrultululuk katsayısı

r : Kaynak – alıcı arası uzaklık (m) R: Hacim sabiti

Şekil 4.1 20° C için bağıl neme bağlı ‘m’ katsayısının değişik frekanslar için değerleri. (Cyril, H.,(Ed), Marsh, William, 1998)

Bu denklem, farklı hacim sabiti değerleri için grafik olarak oluşturulmuştur. (Şekil…) Hacim sabiti değerinin sonsuza yaklaşmasıyla birlikte, açık alan koşullarında olduğu gibi Lp – Lw

değerinin uzaklığın iki kat artışı için 6 dB’lik bir azalma gösterdiği görülür. R değerinin çok küçülmesiyle birlikte hacimdeki yansışımın arttığı ve kaynağın yakın bölgesine kadar Lp – Lw

değerinin değişmediği görülür. (Irwin, J.D., Graf, E.R., Industrial Noise and Vibration Control, 1979)

Şekil 4.2 Kaynaktan uzaklığa bağlı olarak hacim sabiti değişkenine (R) bağlı ses basınç düzeyi – ses gücü düzeyi ayrımları( Irvine, Richards, 1979)

R = S x ā / (1 – ā) (4.3)

At = Ay + Ab + Ah

Ay / S = ā

R : Hacim sabiti. At : Toplam yutuculuk S : Toplam yüzey alanı (m2) ā : Ortalama yutma çarpanı

Yüzeylerin yutuculuğu : Ay = S1a1 + S 2a2 +S 3a3 +……..+ S nan

Birimlerin yutuculuğu : Ab = N1a1 + N 2a2 +N 3a3 +……..+ N nan

Havanın yutuculuğu : Ah = 4*m*V

Dolaysız ses düzeyi, gürültü kaynağından uzaklaşıldıkça azalarak yansışmış ses düzeyinin altına düşer. Dolaysız ses ile yansışmış sesin düzey olarak eşitlendiği durumda gürültü kaynağından olan uzaklık, kritik uzaklık olarak tanımlanır ve rc olarak gösterilir. Üretim

hacmi içinde toplam yutuculuğun arttırılması, kritik uzaklık sınırı içinde bulunan alıcı noktasındaki ses düzeyini azaltmada pek etkili olmaz, ancak makineye göre kritik uzaklık sınırı dışında bulunan çalışanlar için toplam yutuculuğun büyüklüğüne bağlı olarak gürültü düzeylerinin azaltılması söz konusu olabilir. Bu durumda üretim hacmindeki makinelerin yerleşim düzeni ve çalışanların gürültülü makinelere göre konumları toplam yutuculuk

Lp – Lw : Ses bas ınç düze yi – ses gü cü düze yi far kı

artışının sağlayacağı gürültü azaltımında belirleyicidir. Bir gürültü kaynağı için kritik uzaklık sınırı, o kaynak için dolaysız ses düzeyinin yansışmış ses düzeyine eşitlenmesi yoluyla bir denklem yardımıyla hesaplanabilmektedir. (Crocker, Kessler, 1982)

4 / R = Q / 4π rc 2 (4.4)

R: Hacim sabiti rc : Kritik uzaklık

Q : Doğrultululuk katsayısı

Şekil 4.3 Toplam yutuculuk artışıyla birlikte kritik uzaklık sınırının genişlemesi ve toplam ses düzeyindeki azalmalar. (Crocker, Kessler, 1982)

4.1.2 Üretim Hacimlerinde Gürültü Düzeylerinin Öngörülmesinde Kullanılan