Architectural Technology VArchitectural Acoustics

Part 1

Contents Introduction to the course (Derse giriş) Building physics factors (Yapı fiziği etkenleri)

Architectural acoustics (Mimari akustik) Architectural lighting design (Mimaride aydınlatma tasarımı)

Sound fundamentals Sound (Ses) Frequency (Frekans) Sound level (Ses düzeyi) Sound level calculations (Ses düzeyi hesapları) How sound perceived by human (İşitsel algılama) Loudness-dBA (Seslilik) Timber of sound (Tını)

This presentation contains building physics factors (architectural acoustics and lighting design) in architecture.

Bu ders kapsamında yapı fiziği etkenlerinden “mimari akustik” ve “aydınlatma tasarımı” konularını içermektedir.

BUILDING PHYSICS FACTORS

YAPI FİZİĞİ ETKENLERİ

Architectural Acoustics

Mimari Akustik

Architectural lighting Design

Aydınlatma Tasarımı

Heat and humidityIsı ve Nem

Building pyhsics factors as sound, lighting, colour, temperatures, humidity, air movements have an important role on our living quality.

Akustik, aydınlatma, renk, ısı, nem ve hava hareketleri gibi yapı fiziği etkenleri yaşam kalitemiz üzerinde önemli rol oynar.

A deficiency in one of these physical factors can spoil the balance of the environment; equally so, surroundings which contain disturbing social or psychological aspects can be uncomfortable.

Bu yapı fiziği etkenlerinden herhangi birinin eksikliği çevresel koşulların dengesini bozarak bizi olumsuz yönde etkiler, konfor koşullarının yetersizleşmesine neden olur.

Architectural acoustics is the science of controlling sound within buildings.

Mimari akustik yapılarda türlü açılardan ses denetimini sağlamayan bilim dalı olarak tanımlanabilir.

Architectural Acoustics

Mimari Akustik

Room acousticsHacim akustiği

Noise controlGürültü denetimi

Room acoustics describes how sound behaves in an enclosed space.

Hacim akustiği kapalı bir hacimde ses alanı ve sessel kalitenin nasıl olması gerektiğini tanımlar.

Noise control:Noise control is an active or passive means of reducing sound emissions.

Gürültü denetimi kısaca, gürültü oluşum ve yayılmasını aktif ya da pasif olarak azaltmak konularını içeren bir bilim dalı olarak tanımlanır.

Architectural lighting design is a

field within architecture that concerns itself

primarily with the illumination of architecture. Aydınlatma tasarımı mimari mekanların

aydınlatılmasına yönelik bir bilim dalıdır.

Sound Fundamentals

SoundWe usually mean audible sound, which is the sensation (as detected by the ear) of very small rapid changes in the air pressure above and below a static value.

Sesİnsan kulağı tarafından algılanabilen hava basıncında meydana gelen küçük değişimler ses olarak tanımlanır

Sound Fundamentals

Sound in air is produced by the vibration of a surface, such as a loudspeaker diaphragm, moving the air molecules back and forth. This causes an alternating condensing and rarefaction of the air molecules, creating pressures slightly above and below atmospheric pressure.

Ses hoparlör diyaframı gibi bir yüzeyin ya da bir nesnenin titreşimi ile hava moleküllerinin ileri geri hareketi sonucunda ortaya çıkar. Bu titreşim atmosferik hava basıncında küçük alçalma ve yükselmelere neden olur.

These pressure fluctuations create a wave which travels through the air, similar to waves moving across the surface of water.

Akustik basınçta oluşan bu dalgalanma hava ortamında iletilir. Bu olay suya atılan bir taşın oluşturduğu dalga hareketine benzer.

Sound Fundamentals

Sound Fundamentals

When we hear a sound, air vibrates against our eardrums causing them to vibrate also. These vibrations are detected and analysed by our brains.

Atmosferik basınçta oluşan değişimler kulak zarımızı titreşmeye zorlar ve bu titreşim beynimiz tarafından analiz edilerek ses olarak algılamamızı sağlar.

Sound Fundamentals

Although it is usually air that acts as the transmitting medium, sound can be transmitted by other media, e.g. water, building structures.

Ses çoğunlukla havada yayılmakla birlikte su, farklı maddeler ve yapı taşıyıcı sistemi gibi farklı ortamlarda da yayılır.

Sound Fundamentals Sound travels through the air as a sound wave. A

sound wave consists of a disturbance moving out from a source to surrounding places with the result that energy is transferred from one place to another.

Sound motion through the air.

Sound FundamentalsThere are three components of sound (Sesin üç bileşeni vardır);

frequency, amplitute and timbre(frekans, yeğinlik ve tını)

Frequency (Frekans):

The number of pressure variations per second is called the frequency of sound, and is measured in Hertz (Hz). The normal hearing for a healthy young person ranges from approximately 16 Hz to 20000 Hz (20 kHz).

Saniyedeki titreşim sayısına frekans denir ve birimi Hertz (Hz)dir.Sağlıklı bir yetişkinin frekans algılama aralığı yaklaşık 16 Hz ile 20000 Hz (20 kHz) arasındadır.

Sound FundamentalsSome sounds in frequency domain

(frekans alanı içindeki bazı sesler)

16-16000 Hz arası oktav bantlarda

Sound FundamentalsSound Levels and DecibelThe definitions of sound levels and decibel are related to the amplitude of the signal. The absolute value of the sound intensity (I) can be described in Watts per square meter or W/m².

Ses düzeyi ve desibel sesin yeğinliği(büyüklüğü) ile ilgilidir. Ses yeğinliği (I) m2 başına watt (W/m²) cinsinden tanımlanır.

Sound FundamentalsAudible sounds:

These values give about 2-3 dB sound level, and represent the human threshold of hearing (the lowest level that can be perceived). The threshold of pain or feeling (the level which causes pain in the ears) is about 120 dB as shown in the drawing.

Duyulanma aralığı:

Grafikte de görüldüğü gibi insan kulağının alt duyulanma eşiği ~2-3 dB, üst duyulanma (acı eşiği) ise 120 dB’dir.

Sound Fundamentals

Examples of sound pressures (μPa) and sound pressure levels (dB)

(Ses basınçları (μPa) ve ses basınç düzeylerinden(dB)örnekler

Sound Fundamentals

Examples Sound Pressure Level Lp dBSPL

Jet aircraft, 50 m away 140 Threshold of pain 130 Threshold of discomfort 120 Chainsaw, 1m distance 110 Disco, 1 m from speaker 100 Diesel truck, 10 m away 90 Kerbside of busy road, 5 m 80 Vacuum cleaner, distance 1 m 70 Conversational speech, 1m 60 Average home 50 Quiet library 40 Quiet bedroom at night 30 Background in TV studio 20 Rustling leaf 10 Threshold of hearing 0

Sound FundamentalsSound level calculations(Ses düzeyi hesapları)

Adding Sound Levels (Ses düzeylerinin toplanması)

If the sound levels from two or more sound sources have been measured separately, and you want to know the combined sound pressure level of the sound sources, the sound levels must be added together. However, due to the fact that dBs are logarithmic values they cannot just be simply added together.

Sözkonusu ses düzeyleri bir ya da birden fazla ses kaynağından geliyorsa ve toplam ses düzeyini bilmek istiyorsak bu ses düzeylerini toplamamız gerekir.dB birimi logaritmik bir büyüklük olduğundan bildiğimiz aritmetik toplamla değil logaritmik toplama yöntemi ile toplanır.

Sound FundamentalsSound level calculations

Since any level expressed in decibels is based on the logarithm of a ratio, it is not possible to add levels arithmetically. If two lawn movers each produce a sound pressure level of 60 dB, their combined level is 63 dB-definitely not 120 dB!

Logaritmik büyüklük olan dB aritmetik olarak toplanmaz. Örnekteki birbirinin aynısı 60 dB ses üreten iki çim biçme makinesinin oluşturduğu toplam ses düzeyi 63 dB’dir (Kesinlikle 120 dB değildir)

Combination of decibels by tables If the sound level of the sound sources are equal(Ses düzeyleri aynı ise toplam ses düzeyi)

Number of sound sources (n) total level (dB)1 N (level of one sound source)2 N+33 N+54 N+65 N+76 N+87 N+8,58 N+99 N+9,510 N+10n N+ 10 log n

Sound Fundamentals

If the sound level of sound sources are different

(Ses düzeyleri farklı ise ses düzeyleri toplamı Level difference of sounds (dB) Level to be added (dB)

0 3

1 2,5

2 2,1

3 1,8

4 1,5

5 1,2

6 1,0

7 0,8

8 0,6

9 0,5

10 0,4

Sound Fundamentals

Start combining by; lower & closer values(toplamaya düşük ve birbirine yakın olan değerlerden başlanması önerilir)

When you make calculation by using the tables, in general it is a good practice to combine levels which have lower values first, particularly if there are a number of them and one level is much higher than the others.

Sound Fundamentals

Sound Fundamentals

Sound level calculations

For example if the levels 40, 40 and 43 dB are to be added, 40+40=43, and 43+43=46 dB. That is, increasing the acoustic energy by two times equals a 3 dB increase, and by four times, a 6 dB increase.

40, 40 ve 43 dB’in toplamını bulmak için önce küçük ve birbirine yakın (aynı) değerleri toplarız, 40+40=43 dB. Çıkan değeri de 43 dB ile topladığımızda 43+43=46 dB elde ederiz. Akustik enerjiyi iki katına çıkardığımızda 3 dB, dört katına çıkardığımızda 6 dB artış olmaktadır.

Level difference (dB) Add to the highest level (dB) 0 – 1 3 2 – 4 2 5 – 8 1 9 – 10 0.5

a more practical table for sound sources having different level (farklı düzeyleri toplamaya yönelik pratik tablo)

Sound Fundamentals

Sound level calculations

Another way to add dBs is to convert the individual dB values to linear values, add those together, and convert back to dB using the following equation(dB toplamının diğer bir yöntemi logaritmik olan dB değerlerinin aşağıdaki eşitlikle lineer değerlere çevrilmesi ile gerçekleştirilebilir.) :

Sound FundamentalsSound level calculations

Subtracting Sound Levels(Ses düzeylerinde çıkartma)

Sometimes it is necessary to subtract the background noise from the total SPL.

(Bazı durumlarda ses düzeyinden ortamın fon gürültüsü düzeyini çıkartmak gerekebilir)

Sound FundamentalsSubtracting Sound Levels

Decibel subtraction is accomplished in the same manner, expect the antilogs are subtracted instead of added. (Desibellerin çıkartılması işleminde de aynı yöntem kullanılır. Lineer değerlere dönüştürülmüş olan dB değerleri birbirinden çıkartılır.)

For example, the background noise level is 40 dB and the total level with the compressor operating is 45 dB. The level of the compressor alone is determined by;Örneğin fon gürültüsü 40 dB olan bir hacimde bulunan bir kompresörün toplam oluşturduğu düzey 45 dB ise, kompresörün tek başına gürültüsü kaç dB’dir.

Lc = 10 log (1045/10 -1040/10 ) dB= 10 log (31.623 -10.000) dB= 10 log (21.623) dB

= 43.3 dB

Sound Fundamentals

How sound is perceived by human?(Sesin algılanması)

Eventually most problems in architectural and environmental acoustics must consider the phenomenon of human hearing. When sound is received by a person there is a transformation from the phsycal aspects of sound to the psychological.

Most people will find that their hearing is most sensitive around 1-4 kHz and that it is less sensitive at high and low frequencies.

İnsan kulağının sese karşı karşı duyarlılığı yüksek frekanslarda daha fazladır. Bu duyarlılık 3500-4000 Hz’de üst düzeydedir.

Sound FundamentalsHow sound is perceived by human? Ses insan tarafından nasıl algılanır?

Loudness then, is the magnitude of the sensation experienced by someone hearing a sound. Seslilik insanın işitsel algılama büyüklüğü olarak tanımlanabilir.

Intensity is a measurable, physical quantity. Loudness depends not only on the intensity of a sound but also the sensitivity of the listener's ears Yeğinlik fiziksel olarak ölçülebilen bir büyüklüktür. Seslilik sadece sesin yeğinliğine değil aynı zamanda kişinin kulak duyarlılığına bağlıdır.

Sound Fundamentals How sound is perceived by human?

The shape of your hearing response curve probably depends on loudness. For most of us, the curve is flatter at higher sound levels

Grafikte görülen eş duyulanma eğrileri insan kulağının sese karşı duyarlılığın göstermektedir. Eğriler yüksek ses düzeylerinde düzleşmektedir.

Sound FundamentalsdBAThe most widely used sound level filter is the A scale, which roughly corresponds to the inverse of the 40 dB (at 1 kHz) equal-loudness curve. Using this filter, the sound level meter is thus less sensitive to very high and very low frequencies. Measurements made on this scale are expressed as dBA.40 Eş duyulanma eğrilerine denk gelen A ağırlıklı ses düzeyi filtresi en sık kulanılan skaladır. Bu eğri değerleri kullanılarak insan kulağının alçak ve yüksek seslerdeki duyarlılıkları lineer ölçülen ses düzeylerine uyarlanır.

Sound FundamentalsTimbre of sound (Sesin tınısı)

Sounds may be generally characterized by frequency, loudness, and quality. Sound "quality" or "timbre" describes those characteristics of sound which allow the ear to distinguish sounds which have the same pitch and loudness. Timbre is then a general term for the distinguishable characteristics of a tone. Timbre is mainly determined by the harmonic content of a sound and the dynamic characteristics of the sound.

Bir sesin ne sesi olduğunu anlayabilmemize yarayan ses bileşenine tını denir. Aynı notayı aynı düzeylerde çalsalar bile bir kemanın tınısı bir piyanodan farklıdır ve bu fark bizim müziğin hangi kaynaktan çıktığını anlamamıza neden olur.

Sound FundamentalsTimbre of sound

(Sesin tınısı)

Timber of sound is consisted by the fundamentals and harmonics.The nth harmonic = n x the fundamental frequency.

(Sesin tınısı temel ses ve uyumlularının bileşiminden oluşur)