Salonların mimari tasarımının akustik performansa etkileri: Dikdörtgen, fan ve elmas salon örnekleri
Effects of architectural design on acoustical performance in halls: Examples of rectangular, fan and diamond shapes
Yazar: NURİYE NİDA ÇELEBİ ŞEKER
Danışman: PROF. DR. SEVTAP YILMAZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Mimarlık = Architecture ; İç Mimari ve Dekorasyon = Interior Design and Decoration
Dizin: Akustik = Acoustic ; Konferans salonları = Conference halls ; Mimari tasarım = Architectural design ; Mimarlık = Architecture ; İç mimari = Interior architecture

Özet:
Konuşmanın çaba sarf edilmeden anlaşılabilmesi, konfor içinde o konuşmayı veya oyunu dinlemeye ve izlemeye yardımcı olduğundan, konuşma amaçlı salonlarda konuşma anlaşılabilirliğinin sağlanması, temel akustik gereksinimlerden biridir. Konuşma amaçlı salonlara örnek olarak; tiyatrolar, konferans salonları, derslikler, toplantı salonları verilebilir. Bu çalışma kapsamında konuşma amaçlı salonlardan konferans salonları ele alınmıştır. Konferans salonları birçok plan şemasına sahip olabilecek hacimlerdir ve bahsedilen plan farklılıkları akustik açıdan da salonlarda farklılıklara sebep olmaktadır. Bu çalışma kapsamında dikdörtgen, fan ve elmas plan şemalı salonlar ele alınmış, bu salonlar akustik açıdan karşılaştırılmıştır.
Birinci bölümde, bu çalışmanın amacı, kapsamı ve yöntemi ele alınmıştır. Dikdörtgen (1x1), dikdörtgen (1x1,5), fan, elmas olmak üzere, yaklaşık 700 kişi kapasiteli, orta ölçekli, üç farklı tipte, dört farklı salonda akustik açıdan konuşma anlaşılabilirliğinin incelenmesi ve akusik parametrelerin karşılaştırılması amaçlanmıştır. Bu çalışmanın yöntemi olarak; salonlar literatüre göre tasarlanmış ve bu salonların geometrik özellikleri, kişi sayıları, salon hacimleri, kişi başı m3, kişi başı m2, yapı elemanları yüzey bitiş malzemesi gibi özellikleri birbirine yakın hatta aynı tutulmuştur. 
Tasarlanan bu salonlar Autodesk Autocad 2012 programında çizilmiş, gerekli ışın analizleri yapılmış ve Google Sketch Up 8 programları yardımıyla üç boyutlu olarak modellenmiştir. Modellenen bu salonlarda Odeon 10.0 Combined adlı akustik simülasyon programı ile bazı akustik ölçümler ve değerlendirmeler yapılmıştır. Bu dört salonla ilgili sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılarak salonların hangisinin, hangi durumlarda akustik açıdan daha verimli olduğu ya da hangisinin ne gibi akustik kusurlara sebep olduğu irdelenmiştir.
İkinci bölümde, konuşma amaçlı salonlar ve konuşma anlaşılabilirliği hakkında literatür araştırması yapılarak; objektif, subjektif, geometrik parametreler tanımlanmış, akustik kusurlardan bahsedilmiştir. Parametrelerden özellikle konuşmayı etkileyen parametreler ele alınmış, müzikle ilgili olan parametreler üzerinde durulmamıştır.
Üçüncü bölümde, yapılan literatür araştırmalarından yola çıkılarak; hacimleri, ortalama yükseklikleri, kişi sayıları, kişi başına düşen hacim ve alanları birbirlerine yaklaşık olan; dikdörtgen 1x1 (salon 1a), dikdörtgen 1x1,5 (salon 1b), fan (salon 2), elmas (salon 3) olmak üzere üç farklı tipte, dört farklı plan şemalı salon tasarlanmıştır, bu bölümde bu salonlar geometrik olarak tanıtılmış ve irdelenmiştir. Ayrıca bu tasarlanan salonlar Autodesk Autocad 2012 programı aracılığıyla çizilmiş, tavan-yan duvar ışın analizleri yapılmış, gecikme süreleri hesaplanmış ve Google Sketch Up 8 programı yardımıyla üç boyutlu olarak modellenmiştir. 
Salonların tasarımında dikkat edilmesi gereken kurallar doğrultusunda tasarlanan salonlar için hacimleri, ortalama yükseklikleri, kişi sayıları, kişi başına düşen hacim ve alanları, koltuk yerleşimleri, çıkışları, koridorları, tavan panelleri, alıcı - kaynak etkileşimleri, görüş çizgileri, zemin eğimi, tavan panel ışın analizleri, gecikme süreleri, üç boyutlu modelleri hakkında bilgiler verilmiştir. Ayrıca Odeon 10.0 Combined adlı akustik simülasyon programından, bu programda kullanılan yöntem ile kabul edilen değerlerden, malzemelerden ve ele alınan alıcı - kaynakların konumundan bahsedilmiştir. 
Dördüncü bölümde, bu salonlarda Odeon 10.0 Combined adlı simülasyon programında bazı akustik ölçümler ve değerlendirmeler yapılmıştır. Yapılan bu değerlendirmeler sonucu konferans salonlarında konuşma anlaşılabilirliği açısından bu üç farklı tipteki, dört farklı plan şemalı salonlar incelenip karşılaştırılmıştır ve bu açıdan hangisinin hangi parametreyi daha iyi karşıladığı ve hangisinin ne gibi sorunlara neden olduğu sonucuna varılmıştır. 
EDT, T30, D50, LF80, G, C80, Ts, STI parametreleri için 1000 Hz frekansta hem salonların geneli için hem de belli alıcılar için değerlendirmeler yapılmıştır. Geometrinin parametreler üzerindeki etkisi; salonlarda parametrelerin 1000 Hz' deki alıcılara bağlı değerleri, parametrelerin 1000 Hz' deki ortalama değerleri, alıcı alanı grid analizi ve ışın - yansıma grafikleri yardımıyla yorumlanmıştır.
Sonuç olarak konuşma amaçlı salonların bir çeşidi olan konferans salonlarında farklı plan şemalarından hangisinin; konuşma anlaşılabilirliğini etkileyen parametrelerden hangisini ne şekilde etkilediği ya da daha çok karşıladığı ve akustik açıdan hangi plan tipinin daha verimli olduğu saptanmaya çalışılmıştır. Yani salonların mimari tasarımının akustik parametrelere, gereksinimlere, kusurlara etkisi üzerinde durulmuştur. Dikdörtgen salonların daha geniş ya da uzun olmasının yol açtığı etkilerinden, fan şeklinin geometrisinden kaynaklanan bazı sorunlardan, elmas şeklinin yan duvarlarının kırılmasının sağladığı avantajlar veya fazla enerjinin sebep olduğu dezavantajlardan bahsedilmiştir. Sonuçlar da bir tablo haline getirilerek çalışmanın bu bölümünde gösterilmiştir. 
Salonlar tasarlanırken, mimari tasarımın akustik performansı ve konforu etkilediği göz önünde bulundurulmalı, akustik açıdan konuşma anlaşılabilirliğinin sağlanması için geometrik şartlar da optimize edilmeye çalışılmalıdır. Hacimlerdeki geometrik farklılıklar akustik parametrelerde de farklılıklara yol açmaktadır. Hacmin genişliği, uzunluğu, en/boy oranı, hacimde paralel yüzeylerin bulunması, yan duvar katkısı, yan duvarların açısı ve tavan panellerinin şekli; erken yansımaları, yanal yansımaları, gecikmiş yansımaları, toplam ses enerjisini ve dolayısıyla da EDT, T30, D50, LF80, G, C80, Ts, STI gibi konuşma için önemli olan akustik parametrelerin değerlerini etkilemektedir. 
Bu çalışmanın sonucu olarak; üç farklı tipteki dört farklı plan şemalı salonlarda bazı parametrelerin nasıl farklılık gösterdiği değerlendirilmiştir. Özellikle dikdörtgen plan şemalı salonlarda kaynak pozisyonuna göre salonun oturma alanının eni ve boyu birbirine eşit olmamalı ve/veya oturma alanının boyu 25 metreyi geçmemelidir, paralel olan yüzeyler kullanmaktan kaçınılmalı ya da saçıcılık ile bu yüzeylerin paralelliği bozulmalıdır. 
Ayrıca iç bükey yüzeylerin odaklanmaya sebep olduğu unutulmamalı, iç bükey yüzeyler kullanmaktan kaçınılmalı, ya da saçıcı veya yutucu bir malzeme ile kaplanmalıdır. Fan plan şemalı salonların yan duvar yansımalarının özellikle orta akstaki alıcılar için zayıf olduğu, daha çok tavandan beslendiği unutulmamalı, tavan yansımlarıyla desteklenmelidir. Elmas plan şemalı salonlarda ise kırılan yan duvarların enerji katkısından dolayı artan enerji; malzemelerle ya da diğer yapı elemanlarıyla alınacak tedbirlerle kontrol altında tutulmaya çalışılmalıdır. Çünkü salondaki fazla enerji, geciken, devam eden yansımalar demektir ve bu da salonlarda uzun gecikmiş yansımalara, ekoya sebep olabilir.

Abstract:
Because speech understanding underlies audience's comfort, ensuring speech intelligibility in speech rooms is one of the key acoustical requirements. Theaters, conference rooms, classrooms and meeting rooms can be given as examples of speech rooms. In this study conference rooms are examined. Conference rooms can have various room shapes. These various shapes cause also acoustical differences. In this study rectangular, fan and diamond shape rooms are handled and compared from acoustical view. 
In the first chapter, this study's purpose, scope and methodology are discussed. Examination of speech intelligibility and comparison of values of acoustical parameters in mid scale (approximately 700 seats) four different rooms those have three different types as rectengular (1x1), rectengular (1x1,5), fan and diamond is intended. 
As the method, rooms are designed according to literature and, number of seats, room volume, volume per seat, area per seat, construction elements, surface materials and geometrical parameters are selected almost same. Drawings are done via Autodesk Autocad 2012 and Google Sketch Up 8 has been used for 3D modelling after ray analysis performed. With Odeon 10.0 Combined some acoustic measurements and evaluations are done. Results for these four rooms are compared to find out from which point which design is more effective in acoustical basis and which causes acoustic defects.
In the second chapter; objective, subjective and geometric parameters are defined and acoustic defects are mentioned according to performed literature research about speech intelligibility and speech rooms. Especially speech parameters are elaborated on and music parameters are not interpreted. Most of objective parameters can be considered as also subjective, this is why both parameters types are examined under acoustic parameters title.
Studied objective parameters are, Signal Noise Ratio, Speech Transmission Index, Articulation Index, Reverberation Time, Early Decay time, Clarity, Definition, Center Time, Sound Strength-Loudness, Background Noise-Noise Criteria, Initial Time Delay Gap, Measures of spaciousness, subjective parameters are,  Reverberation Time, Early Decay time, Clarity, Center Time, Sound Strength-Loudness, Measures of spaciousness are listed. Some other subjective parameters such as intimacy, liveness, listener envelopmet, warmth, timbre and tone color, brillance, balance are not disccused because they are music parameters. 
Under geometric parameters title, numbers or measurements or determination methods of sight lines, floor slope, seating area, design of seats, reflectors, safety, exits and means of escapes and stage are examined. As acoustic defects echo, flutter echo, long delayed reflections, shadow zone, focusing, coloration, whispering gallery and masking are decribed.
In the third chapter; based on literature search four different shaped rooms, rectangular (1x1), rectangular (1x1,5), fan and diamond are designed which have similar volume, average height, number of seats, volume and area per seat values. In this section, these halls are introduced and discussed geometrically. Also these designed rooms are drawn via Autodesk AutoCAD 2012, and three dimensional model is created by Google Sketch Up 8 programs. Also ceiling and side wall ray analysis performed and time delay is calculated. 
Some necessary information is given about Odeon 10 Combined named acoustical simulation program and assumptions of this program also about the parameters; volume, average height, number of seats, volume and area per seat, seating layout, dimensions of seats, exits, gangways, ceiling panels, receiver - source relations, sight lines, floor slope, celing - wall ray analysis, time delay and three dimensional models for rooms designed towards the designing rules. Some methods used, assumed values, used materials and determined position of source and receivers by Odeon 10 simulation program are also mentioned.
For the models that calculation will be done using Odeon 10.0 values of some parameters are regarded as follows; impulse response length is 3000 ms, maximum reflectin order is 2000, number of early rays is recommended by Odeon for every hall, transition order is 2, background noise level is NC 25, temperature is 20o, humidity is % 50. 
Measurements are done for 2 sources and 15, 16 or 17 receivers according to room. Both sources are placed at the middle axis of the stage and 150 centimeters far from end of the stage and 150 centimeters high from the stage floor which is 80 centimeters high from the room floor. Receivers are homogeneously distributed to room. Receiver related parameter values for rooms, grid analysis for receiver areas, rays reached to receivers and reflection - energy diagrams are obtained via these measurements.
In the fourth chapter; some acoustic measurements and evaluations are performed on designed rooms using Odeon 10 Combined program. Based on the evaluations, these four rooms are examined and compared in terms of speech intelligibility and from this point of view which one better meets which parameter and which one causes which problems are concluded. 
For EDT, T30, D50, LF80, G, C80, Ts, STI parameters evaluations are done in 1000 Hz frequency for both specific receivers and the whole room in general. Effect of geometry over the parameters is explained according to measured values for the recivers at 1000 Hz, receiver area grid analysis and the ray reflection graphs.
As a result in conference halls which are a kind of speech rooms, which plan shape how effects or meets the parameters that effects speech intelligibility and acoustically which plan type is more efficient is determined. Namely effetcs of architectural design of rooms on acoustical parameters, requirements and defects are studied. These effects and defects can be exemplified as, effect of longer or wider rectangular designs, problems due to fan shape, advantage of lateral wall reflections and disadvantage of increased energy because of diamond shape. Results are illustrated in a table in this chapter.
When designing a room, acoustic effect of architectural design must be considered and geometrical conditions should be optimized for ensuring speech intelligibility. Differentiation of geometrical design directly effects acoustic parameters. Width, length, width/length ratio, contribution of lateral reflections, consistency of parallel surfaces, lateral wall design, ceiling panels shape of a room effect early reflections, delayed reflections, lateral reflections, total sound energy therefore the important speech parameters EDT, T30, D50, LF80, G, C80, Ts, STI.
As the result of this study, differentiation of some parameters in four different rooms those have three different types is addressed. Especially for rectengular shaped rooms length of seating area must be shorter than 25 meters, usage of parallel surfaces should be avoided or parallelism must be disrupted by diffraction. 
In addition to this, concave surfaces cause focusing so, concave surfaces should not be used or it can be treated with diffusive or absorptive materials. In fan shaped rooms, less contribution of lateral reflections especially for the receivers in the middle should always be considered and must be supported with ceiling reflections. In diamond shape rooms energy contribution of lateral reflections should be kept down with materials and other building elements. Because increased energy means continuous delayed reflections which causes echo, flutter echo, and long delayed reflections.