İşitsel peyzajda ses çevresi memnuniyet düzeyinin bulanık mantık ile tahmin edilmesi: Diyarbakır Suriçi uygulaması
Prediction of sound environment pleasantness level by fuzzy logic in the soundscape: Diyarbakir Surici application
Yazar: DERYA ÇAKIR AYDIN
Danışman: PROF. DR. SEVTAP YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Kullanıcıların, bulundukları açık ya da kapalı mekânlardaki akustik konforlarının sağlanması için en önemli koşullardan biri, mekânların rahatsızlık verici olan ve istenmeyen seslerden (gürültüden) arındırılmasıdır. Yasal uygulamalarda gürültü, sadece toplamsal düzeye bağlı olarak ifade edilmektedir. Ancak araştırmalarda insanların gürültüden etkilenme durumlarının beklenenlerle örtüşmediği ortaya konmuştur. Bu nedenle kentsel akustik konforda "soundscape" yaklaşımı ortaya çıkmıştır. "Soundscape - işitsel peyzaj" terimi "bir alanda/mekânda oluşan sesler" olarak tanımlanmaktadır. Bu terim ilk olarak şehirlerin akustik özelliklerini belirtmek için kullanılmış, daha sonra "peyzajın işitsel özellikleri" olarak somutlaştırılmıştır. 
Başlangıçta müzik ve akustik ekoloji çalışmalarında ilk işitsel peyzaj konsepti ile karşılaşılmış, daha sonrasında çok hızlı bir şekilde diğer disiplinlerde de yaygınlaşmıştır. İşitsel peyzaj ile ilgili özellikle son on beş yıl içerisinde dünya genelinde birçok önemli proje ve çalışma gerçekleştirilmiştir. Küçük alanlardan, büyük kentlere, kapalı, yarı-kapalı mekânlardan kentsel açık alanlara kadar farklı ülkelerde, farklı kültürlerde oldukça kapsamlı veriler elde edilmiştir. 
Günümüzdeki işitsel peyzaj araştırmalarında gürültü kontrolü politikalardan, çok disiplinli yaklaşımlara doğru bir paradigma değişimi görülmektedir. Çevresel sesler bir gürültü olarak değil, bir kaynak olarak mekânsal planlama ve tasarım sürecinin bileşeni şeklinde ele alınmaktadır. İşitsel peyzajın anlamını sorgulayarak başlayan çalışmalarda, araştırmalar sadece fiziksel ölçümlerle sınırlı kalmamakta, aynı zamanda ülkeler ve kültürler arasındaki işitsel peyzaj çeşitliliğini de hesaba katan bir işbirliğini beraberinde getirmektedir.
Kentsel mekânlarda işitsel peyzajı fiziksel, sosyal, kültürel, psikolojik, mimari ve bunlar gibi birçok etkenler ile birlikte çok yönlü ve bütüncül değerlendirmek gerekmektedir. Olumsuz ses kaynakları kadar olumlu ses kaynaklarını da göz önüne alarak çalışmalar yürütülmelidir. Böylelikle işitsel peyzajın insan algısı üzerine çeşitli disiplinlerden elde edilen yöntemleri birleştirerek farklı bir bakış açısı geliştirilebilecektir. Konu ile ilgili araştırmalar çok çeşitli akademik disiplinler tarafından geliştirilip, zaman içerisinde birçok farklı yöntemler uygulanmıştır. 
Ancak işitsel peyzaj çalışmaları ile ilgili bilimsel ve pratik yönlendirmelerin hızlı ve sistematik bir şekilde sağlanması gerekmektedir. Bu nedenledir ki son yıllarda farklı yöntemler geliştirilerek çeşitlendirilmiş, özellikle de bilgisayar simülasyon ve yapay zekâ tekniklerinin çalışmalarda kullanıldığı gözlemlenmiştir. 
Bu noktadan yola çıkarak tez çalışmasında, işitsel peyzaj yaklaşımıyla kentsel mekânlarda kullanıcıların ses çevresi memnuniyet düzeylerini belirlemede uzun zaman alan aşamaların daha hızlı ve sistemli bir şekilde ilerlemesine olanak sağlayacak bir tahmin modelinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Belirlenen amaç kapsamında aşağıda belirtilen bölümler üzerinden çalışma yürütülmüştür.
Birinci bölümde, çalışmanın amaç ve kapsamı açıklanıp, hedefler ortaya konmuştur. Literatürde işitsel peyzaj kavramı kullanılarak gerçekleştirilen çalışmaların değerlendirmeleri yapılmıştır. Türkiye'de yapılmış işitsel peyzaj çalışmaları ayrıca incelenmiştir.
İkinci bölümde, işitsel peyzaj kavramı ve işitsel peyzaj çalışmalarında kullanılan akustik parametreler irdelenmiştir. Akustik parametrelerden nesnel, öznel parametreler ile özellikle kullanıcıların öznel algılarının değerlendirmelerinde kullanılan ses kalitesi (psikoakustik) parametreleri açıklanmıştır. 
Üçüncü bölümde, oluşturulan modelin kuramsal yapısı açıklanmıştır. Yapay zekâ kavramı, hedefleri ve teknikleri tanımlanıp, bu tekniklerden çalışmada kullanılan "Bulanık Mantık-BM" genel yapısı detaylandırılmıştır.
Dördüncü bölümde, kullanıcıların kentsel mekânlarda ses çevresi memnuniyet düzeylerinin tahmin edilmesine yönelik yapay zekâ tekniklerinden BM ile bir tahmin modeli geliştirilmiştir. Modelin kurgulanması aşamasında alan ve laboratuvar çalışmalarında elde edilen veriler kullanılmıştır. Diyarbakır kentini sosyal, kültürel ve tarihsel yönden oldukça iyi temsil eden Suriçi bölgesinde alan çalışması yapılmıştır. Ses yürüyüşü yöntemi ile çalışma alanında iki kulaklı ses kayıtları gerçekleştirilmiştir. Yapılan ses kayıtlarından ses kalitesi metriklerinin (gürlük, keskinlik, kabalık) nicel verileri hesaplanmıştır. Laboratuvar ortamında ses kayıtları katılımcılara dinletilerek jüri testi uygulanmış ve analizlerinin istatistiksel değerlendirmeleri yapılmıştır. Ses kalitesi metrikleri ile jüri testine katılan katılımcıların ses çevresi memnuniyet düzeyleri arasındaki korelasyonlar belirlenmiştir. Ayrıca jüri testlerinin sonuçları ve ses kayıtlarına ait ses kalitesi metriklerine ait nicel veriler kullanılarak çoklu regresyon yöntemiyle Ses Kalitesi İndeksi (SQI) oluşturulmuştur. Literatür araştırmalarından da bilindiği üzere işitsel peyzaj çalışmalarında kullanıcıların ve mekânların özelliklerinin yansıtıldığı çalışmalar daha başarılı sonuçlar vermektedir. Bu nedenle de çalışmada SQI gibi sadece nicel verilerin değil, aynı zamanda deneyimlerin aktarılmasına da olanak sağlayan BM ile bir model geliştirilmiştir. Modelin giriş kısmı için bağımsız değişkenler ile bağımlı değişken belirlenmiştir. Bu çalışmada modelin bağımsız değişkenleri ses kalitesi metriklerinden gürlük, keskinlik ve kabalık metrikleridir. Kullanıcıların kentsel mekânlar için ses çevresi memnuniyet düzeyi ise bağımlı değişken olarak belirlemiştir.  Model için 27 kural yazılarak bulanık kural tabanı oluşturulmuş ve çıkış elde edilmiştir. 
Beşinci bölümde, oluşturulan modelin uygulaması ve sınaması alan çalışmasıyla gerçekleştirilmiştir. Ses kalitesi metriklerinden elde edilen SQI ve nicel verilerle birlikte kullanıcı ve mekân özelliklerinin yansıtıldığı kurallarla oluşturulan BM modeli, Diyarbakır Suriçi bölgesinde uygulanmıştır. Alanda gerçekleştirilen anket çalışmasıyla eş zamanlı yapılan iki kulaklı ses kayıtları ile çalışmanın sınaması gerçekleştirilmiştir. Kentsel mekânlarda kullanıcıların ses çevresi memnuniyet düzeyi ile SQI ve BM ile oluşturulan modelin doğruluğu, alan çalışmasından elde edilen bulgularla sınanmıştır. Ayrıca kullanıcıların memnuniyet düzeylerini etkileyebilecek çeşitli parametreler de çalışma kapsamında değerlendirilmiştir. 
Altıncı bölümde, yapılan tez çalışmasının sonuçları ve ileriye yönelik araştırmalar için öneriler sunulmuştur.
Bu tez çalışmasında BM ile oluşturulan modelin SQI'ye oranla daha iyi sonuçlar verdiği deneyimlenmiştir. BM modeli ile istatiksel hesaplama yöntemlerine farklı bir alternatif oluşturulmuştur.  Bu model yardımıyla sözel kavramlardan sayısal sonuca varılabilmiştir. Sadece nicel verilere değil, deneyimlerin aktarılmasına da olanak tanıyan tahmin modeli, nicel ve nitel metriklerin çeşitlendirilmesine esneklik tanımakta ve geri dönüşümler ile geliştirilebilmektedir. Farklı kentsel mekânların özellikleri modele yansıtılabildiğinden, oluşturulan bu model farklı özelliklere sahip mekânlar için de kullanılabilecektir. Bu model önerisi kentsel mekânlarda işitsel peyzaj değerlendirmelerinin daha hızlı ve sistemli bir şekilde ilerlemesine olanak sağlayacaktır.
İşitsel peyzaj kavramının yaygınlaşmasını ve yeni modellemelerle geliştirilmesini hedefleyen bu çalışma süresince, Diyarbakır'ın işitsel peyzajları ve özellikli ses kaynakları belgelenmiş, Diyarbakır kent kimliğinin önemli işitsel verilerinin arşivlenmesi sağlanmıştır. Bu tür işitsel peyzaj çalışmaları, kullanıcı beklentilerinin karşılandığı, özgün ve kimlikli mekânların oluşmasına da katkı sağlayacaktır.

Abstract:
One of the most important conditions for providing users with acoustical comfort in open or closed spaces is to decontaminate the spaces from uncomfortable and undesirable sounds (noise). In legal administration, noise is expressed only in terms of additive level.
However, research has shown that noise conditions which effect people are not the ones that are expected. For this reason, the "soundscape" approach has emerged in urban acoustic comfort. The term "soundscape" is defined as "the sound of a space". This term was first used to describe the acoustic properties of the cities, which was subsequently embodied as "the auditory features of the landscape".
Initially, the first audio-visual landscape concept was encountered in music and acoustical ecology studies, and later became widespread in other disciplines. Especially in the past fifteen years, many important projects and studies around the world have been made about soundscape. Comprehensive data has been obtained from small areas to large cities, from closed, semi-closed spaces to urban open spaces in different countries and in different cultures.
There is a paradigm shift from noise control policies to multidisciplinary approaches in today's soundscape surveys. Environmental sounds are not considered as noise but as a source of spatial planning and design process. In studies that begin by questioning the meaning of soundscape, research is not only confined to physical measurements, but also brings together a collaborative effort that adds soundscape diversity between countries and cultures.
In urban spaces, soundscape needs to be versatile and integrated with many factors such as physical, social, cultural, psychological, architectural, and so on. Studies should be conducted taking into account the positive sound sources as well as the negative sound sources. Thus, a different point of view can be developed by combining the methods of soundscape obtained from various disciplines on human perception. Research on the subject has been developed by various academic disciplines and many different methods have been applied over time.
However, scientific and practical guidance on soundscape studies needs to be achieved quickly and systematically.
This is because in recent years different methods have been developed and diversified, especially computer simulation and artificial intelligence techniques have been used in studies.
From this point of view, it was aimed to develop a prediction model that will enable the users to proceed in a more rapid and systematic way, rather than with long time consuming steps, in determining the sound environment pleasantness levels in the urban spaces with the soundscape approach. Thesis study has been carried out through the following sections within the scope of the specified purpose.
In the first part, the purpose and scope of the study is explained and the targets are revealed. In the literature, evaluations of the studies performed using the concept of soundscape have been made. The soundscape studies carried out in Turkey have also been examined.
In the second part, the concept of soundscape and the acoustic parameters used in soundscape studies are examined. From acoustic parameters, objective and subjective parameters and psychoacoustic parameters that used in evaluating the subjective perceptions of users are explained.
In the third part, the theoretical structure of the created model is explained. The concept, aims and techniques of artificial intelligence are defined and the general structure of "Fuzzy Logic-FL" used in studying these techniques is provided in detail.
In the fourth part, a prediction model with FL, which is an artificial intelligence technique, was developed for the estimation of users' pleasantness levels of sound environment in urban spaces. The data obtained from field and laboratory studies were used in constructing the model. Field study was carried out in the Suriçi region, which represents the city of Diyarbakır quite well from the social, cultural and historical point of view. Binaural recordings were performed in the study area by the sound walk method. Quantitative data of sound quality metrics (loudness, sharpness, roughness) are calculated from the binaural sound recordings. The jury test was applied in the laboratory environment and the statistical evaluations of the analysis were made. The correlations between the sound quality metrics and the levels of the sound environment pleasantness of jury test participants were determined. In addition, the results of the jury tests and the quantitative data of the sound quality metrics of the sound recordings are used to generate the Sound Quality Index (SQI) by multiple regression method. As it is known from the literature studies, the works which reflect the characteristics of the users and spaces in soundscape studies give more successful results. For this reason, in the study, a model was developed with FL, which not only provides quantitative data such as SQI, but also allows expert opinions and experiences to be transmitted. Independent variables and dependent variables were determined for the input part of the model. In this study, the independent variables of the model are loudness, sharpness and roughness. The users' pleasantness level of the sound environment for urban spaces is determined as a dependent variable. For the model, 27 rules were written and the fuzzy rule base was created and output was obtained.
In the fifth part, the generated model was implemented and tested with a field study. The SQI obtained from the sound quality metrics and the FL model formed by the quantitative data together with the rules reflecting the user and space characteristics, were implemented in the Diyarbakır Suriçi region.
The test of the work was performed with the questionnaire survey and the simultaneous binaural recordings on the field. Findings from the study were used to test the correctness of the model formed by both SQI and FL with the users' pleasantness of the sound environment in urban areas. In addition, various parameters that may affect the satisfaction level of the users have been evaluated within the scope of the study.
In the sixth part, the results of the thesis work and suggestions for future research are presented.
In this thesis, it is observed that the model created with FL provides better results than SQI. A different alternative to the statistical calculation methods was established with the FL model. Numerical results were obtained from verbal concepts using this model. The prediction model, which allows not only quantitative data but also sharing of experiences, provides flexibility in the diversification of quantitative and qualitative metrics and can be improved by feedbacks. Since the characteristics of different urban spaces can be modeled, this model can also be used for spaces with different characteristics. This model proposal will allow soundscape assessments to progress more quickly and systematically in urban spaces.
During this study, aiming the development of the concept of soundscape and development of new models, the soundscape of Diyarbakir and their specific sound sources were documented and the archiving of important sound data of Diyarbakir city identity was ensured. Such soundscape studies will also contribute to the creation of unique and identified places that will meet user expectations.