Odalarda Ses Yalıtımı

Ses yalıtımı, kapalı odalar içerisindeki seslerin oda sınırlarını aşmasını engellemek için yapılan çalışmadır. Bu çalışmada öncelikle sesin oda içerisindeki düzeyinin mümkün olduğunca düşürülmesi, daha sonra da düzeyi düşen bu sesin oda sınırlarından geri yansıtılması için gerekli önlemler alınır. Ses, en basit tanımıyla, hava basıncındaki çalkalanmaların insan kulağı tarafından tespit edilebilenleridir. Dalgalar şeklinde yayılan ses, oda duvarları ile karşılaştığında duvarın tipine bağlı olarak farklı şekillerde etkilenir.

BURAYA SESİN YUTULAN, YANSIYAN VE SIZAN KISIMLARINI GÖSTEREN RESİM KOY

Yukarıdaki figürde görüldüğü gibi duvara akseden sesin bir kısmı yutulmuş, bir kısmı geri yansımış ve bir kısmı da duvara sızmıştır. Ses yalıtımı asıl olarak duvara sızan enerji miktarını olabildiğince düşürmeyi hedefler. Bu şekilde ses oda içerisinde kalacaktır ve çevre mahallere ulaşmayacaktır. Ancak oda içerisindeki sesin birikerek odadaki ses düzeyinin artması istenmeyen bir sonuçtur. Özellikle alçak frekanslarda yalıtımı iyi yapılmış odalarda oda içerisinde biriken bas sesler sıkça sorun yaratmaktadır. Bu sebeple her yalıtım uygulaması beraberinde bir miktar da oda içi ses yutumu uygulaması gerektirir (bkz. Ses Yutucu Malzemeler). Ses yalıtımını anlamak için öncelikle sesin nasıl iletildiğini anlamak gerekir. Aşağıda sesin iletim yolları tarif edilmiştir.

Katı Yollu Ses İletimi

Katı bir cisimle karşılaşan ses dalgaları, cisim yüzeyine ulaştıkları noktada partikül hızlarını kaybeder ve cisme bir miktar kuvvet uygularlar. Bu kuvvet cismin esnemezliği ve ağırlığı ile ters orantılı olarak cismin hareketine sebep olur. Bu hareket de duvar içerisinde titreşimler şeklinde ilerler. Katı yollu iletimi hava yollu iletimden ayıran özellik, ses enerjisinin ortam değiştirerek havadan katıya geçmesidir. Bu, duvar içindeki hava boşluklarından sızan seslerden farklı olarak, sesin katı ortamda mekanik enerjiye dönüşmesi ile gerçekleşir. Katı cisme iletilen hareket miktarı, katının esnemezliği ve ağırlığına bağlıdır. Aşağıda bu prensibe bağlı olarak alınması gereken önlemlerin açıklaması verilmiştir.

Ağırlığın Arttırılması

Katı yollu iletimin düzeyi öncelikle katı cisme iletilen hareket miktarına bağlıdır ve daha ağır bir duvar, hareket ettirilebilmek için daha fazla kuvvete ihtiyaç duyacaktır. “Kuvvet = Kütle x İvme” formülünden yola çıkarak, kütlenin iki katına çıkmasının ivmeyi yarıya düşüreceği hesaplanabilir. Bu da ses yalıtımının 6 dB artması anlamına gelir. Bu yalıtım tüm frekans bandında gerçekleşecektir ve duvarın esnemezlik ve sızdırmazlık özelliklerinin de kütle ile beraber artacağı düşünülürse, 6 dB’den çok daha yüksek yalıtım sağlanacağı söylenebilir. Ancak ağırlığın arttırılması yoluyla yalıtım elde etmek oldukça masraflı olup yalnızca alçak frekans uygulamaları için uygundur.

Esnemezliğin Arttırılması

Katı cisimlerin ses basıncına karşı formlarını koruyarak bu sesleri geri yansıtabilmeleri, cismin şekil değiştirmeye karşı mukavemeti ile de ilişkilidir. Esnemezliği yüksek olan cisimler ses dalgalarının etkileri karşısında formlarını koruyarak sesin kuvvet iletimini engeller ve daha yüksek ses yalıtımı sağlar. Esnemezliğe örnek olarak aynı ağırlığa fakat farklı fiziksel özelliklere sahip iki malzemeyi ele alabiliriz. Örnek olarak, 1mm kalınlığında ve 1m² alana sahip çelik bir plakanın ağırlığı yaklaşık 8  kilogram olacaktır. Aynı ağırlıkta bir alçı panel ise 12mm kalınlığında olacaktır. Bu iki panel tek bir kenardan sabitlenip karşı kenardan eğilmeye çalışıldıklarında çelik panelin çok daha fazla hareket edeceği aşikârdır. Bunun sebebi malzemenin ince olması sebebi ile eğilmeye karşı mukavemetinin düşük olması, esnemezlik gösterememesidir. Esnemezlik çoğu zaman malzemenin fiziksel özellikleri kadar tasarımı ve boyutları ile de ilgilidir. Esnemezliğin sağlanması için plakalardaki desteklenmemiş açıklıklar düşük tutulmalı ve malzemenin yapısal olarak mukavim olmasına çalışılmalıdır.

Doğal Frekansların Tespiti

Kütle ve esneklik içeren tüm cisimler, belirli bir frekansta doğal titreşim yapmaya haizdir. Bunun en basit örneği de bir yay ucundaki kütle ya da gergin bir telin titreşim davranışıdır. Bu sistemler tahrik edilerek denge konumlarından uzaklaştırılmaları durumunda belirli bir frekans ya da frekanslarda titreşim hareketi yapacaktır. Bu frekanslara doğal frekanslar denir ve cismin kütlesi ile esnemezliğine bağlıdır. Cisimlerin doğal frekanslarındaki davranışları diğer frekanslardakinden oldukça farklı olup doğal frekanstaki titreşimler küçük kuvvetlerle yüksek genliklere çıkabilir ve çok kolay iletilir. Bu sebeple yalıtım çalışmalarında doğal frekansların tespit edilerek bu bölgedeki davranışların ayrıca ele alınması gerekir. Aşağıda bir cam panelin içerisinde laminasyonun olduğu ve olmadığı şekli ile iki farklı yalıtım grafiği verilmiştir. Cam panelin 2000Hz’teki doğal frekansından dolayı, laminasyon yapılmadığı durumda yalıtım oldukça düşüktür. Eklenen laminasyon bu doğal frekans bölgesinde sönüme sebep olarak ve yalıtım düzeyinin düşmesini engellemiştir.

Özellikle sertliği yüksek ve doğal sönüm içermeyen malzemelerde (metal, plastik, cam vb.) doğal frekanslardaki iletim son derece yüksektir. Bu sorunun aşılması için doğal frekans insan kulağının hassas olmadığı bölgelere kaydırılmalı ya da sönümleyici malzemeler eklenmelidir. Yukarıdaki cam örneğinde olduğu gibi insan kulağının hassas olduğu 2000Hz gibi bir frekanstaki doğal frekansın dikkate alınmaması, yalıtım düzeyinde çok ciddi düşüşlere sebep olacaktır.

Hava Yollu Ses İletimi

Sesin ortam değiştirmeden hava içerisinde yayılarak ilerlemesine hava yollu iletim adı verilir. Hava yollu iletime karşı alınan önlemler sesin iletilebileceği açıklıklar, havalandırma kanalları ya da pencereler gibi kısa yolların tespit edilmesi ve bu noktalardan ses geçişinin engellenmesine dayanır. Hava yollu iletimin engellenmesi için alınan önlemler aşağıdaki gibidir:

Sızdırmazlığın Arttırılması

Sesin yayıldığı ortam olan hava her noktaya nüfuz etmekte, tüm boşluklardan geçmekte ve mekanları birbirine bağlamaktadır. Hava geçişinin olduğu her noktada da belirli bir düzeyde ses geçişi olacaktır. Özellikle yüksek frekanslı sesler, yalıtım uygulamaları sırasında dikkate alınmayan küçük boşluk ve kanallardan kolaylıkla sızar. Bu sızıntılar, yalıtım düzeyinin hızla düşmesine sebep olur. Yalıtım düzeyinin ne kadar hızlı kaybedildiğine dair bir örnek “ses şiddeti x alan” formülü kullanılarak verilebilir. Aralarında 50dB yalıtımlı ve 5 m² alana sahip bir duvar bulunan iki oda varsayalım. Kaynak odada 100dB ses düzeyi bulunduğunu kabul edersek 5m² duvardan geçen toplam ses gücü birim olacaktır. Bu duvarda 5 cm boyutunda bir delik açılması durumunda ise bu delikten geçecek toplam ses gücü, birim olacaktır. Görüldüğü gibi 5cm² alandan geçen enerji miktarı, 50dB yalıtıma sahip duvarın tümünden geçen enerjinin 10 katı kadardır. Bu, 50dB yalıtımın aniden 40dB’e düşmesine sebep olacaktır. Duvar alanının 10.000’de biri kadar bir açıklık, 50dB olan yalıtım düzeyini 40dB’e düşürmüştür.

Alternatif Yolların Tespiti

Binalarda ses yalıtımı çoğu zaman laboratuarlardaki gibi kusursuz bir biçimde ayrılmış iki oda arasında değil, çok noktadan bağlanmış ve aralarında hava kanalları, tavan boşlukları gibi pek çok kısa yolun bulunduğu mahaller arasında gerçekleşmektedir. Bu sebeple yalıtım çalışmaları tek bir mimari detay üzerinden değil, birbirine paralel pek çok geçiş üzerinden incelenir.

Yukarıdaki resimde yan yana iki daire arasındaki ses geçiş yolları gösterilmiştir. Görüldüğü gibi ses yalnızca ara duvardan değil, iki odayı birbirine bağlayan tüm yollardan iletilme potansiyeli taşır. Havalandırma sistemi ya da ortak asma tavan bulunan ofis uygulamalarında ses geçişi için daha da fazla imkan ortaya çıkmaktadır. Bu sebeplerden ötürü, odalar arası yalıtım projenin kapsamlı incelemesi ve titiz bir çalışmayı gerektirir.

Titreşim Yalıtımı

Bu noktaya kadar verdiğimiz örneklerde odalar arası yalıtımı hava yollu ses yayan cihazlar için değerlendirdik. Ancak hoparlörler, fanlar ya da motorlar gibi fiziksel olarak hareket üreten ve bu hareketi de kendi gövdesinde titreşim olarak taşıyan cihazlar da ayrı bir tür yalıtıma ihtiyaç duyarlar. Bu cihazların ürettiği titreşimin binaya aktarılması, diğer mahallere katı yollu gürültü iletimine sebep olabilir. Titreşim yalıtımı genellikle malzemenin yapı ile ilk temas ettiği noktada yapılır. Bu şekilde daha titreşim binaya iletilmeden sorunun çözülmesi hedeflenir. Titreşim yalıtımının esası, malzemenin, kütlesine uygun esneklikte bir sistem tarafından taşıtılarak taşıyıcı yapı ile bağının kesilmesidir. Taşıyıcı sistem bir yay,  kauçuk ya da esnek bir plaka olabilir. Bu sistemin esnekliği, malzemenin ağırlığı ile beraber bir kütle-yay sistemi oluşturacak ve belirli bir doğal titreşim frekansına sahip olacaktır.

f: sistemin doğal frekansı

k: sistemin esnemezliği

m: sistemin kütlesi

Yalıtımın yüksek olabilmesi için, doğal frekansın cismin yaydığı titreşimlerin frekansından daha düşük olması beklenir. Formülden de anlaşıldığı gibi bunun için yüksek kütleli malzemeler ve son derece yumuşak yaylar gereklidir. Bu kombinasyon ise taşıyıcı sistemin ancak yüksek bir çökme mesafesi ile ağırlığı destekleyebilmesi ve düşük stabiliteye sahip olması anlamına gelir. Titreşim yalıtım sistemleri, titreşim enerjisinin soğurularak titreşim hareketinin genliğinin düşürülebilmesi için bir miktar da soğurma özelliği içermelidir. Bu, kauçuk gibi malzemelerde doğal olarak var olsa da kütle-yay sistemlerinde ek bir süspansiyon elemanı şeklinde ortaya çıkar. Soğurucu hareket miktarını düşürürken aynı zamanda yalıtım miktarını da azaltır. Bu sebeple mümkün olduğunca sınırlı oranda kullanılmalıdır. Tüm bu faktörler göz önüne alınarak en düşük çökme ile en yüksek yalıtımın elde edilmesi bir mühendislik çalışması oluşturur. Bu çalışma da ancak malzemelerin iyi tanımlanması ile mümkündür.