Endüstriyel Gürültü

Frekans

Frekans, ses kaynağındaki bir noktanın denge konumundan saniyedeki ayrılma, denge noktasından geçerek ilk yer değiştirmeye zıt yönde maksimum yer değiştirme ve tekrar denge konumuna gelme sayısıdır. Diğer bir deyişle frekans, tam bir hareket çevrimidir (Şekil 1-4). Her çevrim için gereken zaman dalga periyodu olarak bilinir ve basitçe frekansın karşılığıdır.

Şekil 1-4. Bir hava molekülünün tam bir hareket çevrimindeki göreceli konumları.

Frekans adım olarak algılanır. İnsanlar için duyulabilir frekans aralığı 20 Hz ile 20,000 Hz arasındadır. Günlük seslerin çoğu çeşitli kaynakların ürettiği frekansların bir karışımını içerir. Bir ses frekansının bileşimi sesin spektrumu olarak adlandırılır. Frekans spektrumu gürültünün yol açtığı baş ağrısının seviyesinde belirleyici bir faktör olabilir; yüksek frekanslı gürültü genellikle düşük frekanslı gürültüye göre daha baş ağrıtıcıdır. Aynı zamanda dar frekans bantları veya saf tonlar (tek frekanslar) geniş banlı gürültüye göre işitme açısından daha zararlı olabilir.

Dalga boyu

Dalga boyu, bir dalganın ardışık iki bölümündeki iki benzer nokta arasında ölçülen mesafesidir. Diğer bir deyişle dalga boyu, bir ses dalgasının bir çevrimde kat ettiği mesafedir. Yunan harfi lamda () dalga boyunu ifade etmek için kullanılır ve feet ya da metre cinsinden ölçülür (Şekil 1-3-A).

Dalga boyu sesin önemli bir özelliğidir. Örneğin, bir engelin boyutundan çok daha büyük bir dalga boyuna sahip ses dalgaları bu engelin varlığından çok az etkilenir; ses dalgaları engel etrafında bükülecektir. Sesin engellerin etrafındaki bu bükülmesi kırılma olarak adlandırılır.

Sesin dalga boyu engelin boyutuna göre küçükse (böyle bir dalga boyu yüksek frekanslı seslerle üretilir) ses, yansıtılacak ya da bir çok yöne saçılacak ve engel bir gölge oluşturacaktır. Fiilen, bazı sesler gölge içine kırılır ve ses önemli ölçüde yansıtılır. Kırılma sonucu, düşük frekanslı sese (uzun dalga boyu) karşı bir siper olarak az kullanılan bir duvar oluşur, ancak bu duvar yüksek frekanslı sese (kısa dalga boyu) karşı etkili bir engel olabilir (Şekil 1-5).

Şekil 1-5. Düşük ya da yüksek frekanslı gürültüyü taşıyacak siper şeklindeki bir engelin etkileri.

Hız

Dalganın ardışık bölümlerindeki benzer basınç noktalarının belli bir noktayı geçiş hızı ses hızı olarak adlandırılır. Ses hızı daima dalga boyu ile frekansın çarpımına eşittir:

c = f 

Formülde c = ses hızı (feet ya da metre/saniye); f = ses frekansı (Hertz);  = dalga boyu (feet ya da metre).

Sesin hızı yayıldığı ortamın kütle ve elastik özelliklerine bağlıdır. Havada 72 F’ da ses hızı yaklaşık 344 m/sn’ dir (1,130 ft/sn.). Sesin etkileri genellikle yankı ve şimşek çakması ile gök gürültüsü arasındaki gecikme şeklinde gözlenir.

Homojen bir ortamda ses hızı frekansa bağlı değildir; yani, böyle bir ortamda tüm frekanslardaki sesler aynı hızda hareket eder. Farklı bir ortamda hareket ettiğinde ses hızı ortam yoğunlaştıkça ve sıkıştırılabilirliği azaldıkça artar. Örneğin, ses hızı suda yaklaşık 1,433 m/sn., ağaçta 3,962 m/sn., çelikte ise 5,029 m/sn.dir. Bu nedenle ses, son olarak havadan son alıcının kulağına iletilmeden önce bir çok ortamdan iletilebilir.

Ses basıncı

Ses, Havanın karışmasından kaynaklanan atmosferik basınçtaki hafif ve hızlı değişimdir. Normal konuşma sesleri bir pound/inç karenin yalnızca birkaç milyonda biri kadar ses basıncında olmasına rağmen insan kulağının yüksek duyarlılığı nedeniyle kolayca duyulabilir. İşitmemize zarar verebilen gürültüler pound/inç karenin yalnızca birkaç binde biri kadardır.

En sık rastlanan sesler, denge basınç değerine göre ölçülen hızlı, düzensiz bir dizi pozitif basınç değişimleri (sıkıştırma) ve negatif basınç değişimlerinden (seyreltme) oluşur. Ses basınç değişiminin ortalama değerini ölçecek olursak, bunun sıfır olduğunu buluruz, çünkü negatif seyreltme kadar pozitif sıkıştırma vardır. Dolayısıyla, Ses basıncının ortalama değeri faydalı bir ölçü değildir. Seyreltme etkilerinin sıkıştırma etkilerine ilave edilmesini (çıkartılması yerine) sağlayan bir ölçü bulmamız gerekmektedir.

Karekök ortalama (rms) ses basıncı böyle bir ölçüdür. rms ses basıncı her andaki ses basıncı değişiminin karesini alarak bulunur. Karesi alınmış değerler daha sonra toplanarak zamana göre ortalaması alınır. rms ses basıncı bu zaman ortalamasının kare köküdür. Kare alma işlemi tüm negatif ses basınçlarını pozitif kare değerlere dönüştürdüğü için rms ses basıncı faydalı, sıfır olmayan bir ses dalga büyüklüğü ölçüsüdür. Ses basıncı ölçümünde kullanılan birimler: mikro paskal (Pa); newton/m2 (N/m2); mikro bar (bar); ve dyne/cm2 (d/cm2). Bu birimler arasındaki ilişkiler şöyledir: 1 bar = 1 d/cm2 = 0.1 N/m2 = 0.1 Pa.

Desibel ve ses basınç seviyesi

Ses olarak algılanan en zayıf ses basıncı küçük bir nicelik olmasına rağmen ses olarak algılanan ses basınç aralığı oldukça geniştir. Oldukça sessiz bir yerde çok iyi işitme duyusuna sahip bir kişi tarafından duyulabilen en zayıf ses işitme eşiği olarak bilinir. 1,000 Hz referans seste işitme eşiği 20 Pa (0.0002 bar) ses basıncına eşittir. Ağrı eşiği ya da ağrı olmadan algılanabilen en yüksek ses yaklaşık 10 milyon kat daha büyüktür. Bu nedenle mutlak skala yerine göreceli bir ses basınç skalası kullanmak daha uygundur.

Bu amaçla, elektriksel iletişim mühendisliğinde bir ölçü birimi olarak kullanılan bel kullanılmaktadır. Desibel (dBA) ses ölçümünde tercih edilen birimdir ve genellikle algılanabilen minimum ses yükseklik farkıdır. Desibel, ses gücü ile orantılı niceliklerin seviyesini ölçmek için kullanılır. Niceliklerin seviyesi ile desibel arasındaki ilişki aşağıdaki şekilde ifade edilir:

L = 10 log q/q₀ (dBA)

Formülde; L = seviye; q = seviyesi bulunan nicelik; q₀ = bu niceliğin referans seviyesi; log = 10 tabanına göre logaritma.

Serbest ilerleyen düz ve küresel ses dalgalarında karekök basınç ses gücü ile orantılıdır. Bu nedenle, bir ses alanındaki ses basıncını açıklayan ses basınç seviyesi adında bir nicelik tanımlayabiliriz:

L_p = 10 log p²/p₀² = 20 log p/p₀ (dBA)

Bu formülde; L_p = ses basınç seviyesi; p = rms ses basıncı; p₀ = referans ses basıncı; log = 10 tabanına göre logaritma.

“seviye” deyiminin kullanımı söz konusu niceliğin belli bir referans niceliğin üzerinde belli bir seviyeye sahip olduğunu gösterir. Ses basınç seviyesini ifade etmek için kullanılan referans basınç (p0) 1,000 Hz referans ses ve 20 Pa ses basıncında “ortalama” bir kişi için işitme eşiğini gösterir.

Tüm duyulabilir ses basınç aralığı (10 milyondan büyük bir değer ile bir arasında, normal işitme duyusuna sahip kişiler için) 0-140 dBA uygulama ses basınç seviye skalasına daraltılabilir (Tablo 1-B).

Tablo 1-B. En Sık Karşılaşılan Bazı Seslerin Seviyeleri

Ses Basıncı, P N/m^2 (Pascal)	Ses Basınç Seviyesi, Lp dBA ref. 20 N/m2 (Pascal)	Ses Kaynağı
100,000 (1 bar)	194