Odalar arasında hava doğuşlu ses yalıtımının yanal iletimler dahil edilerek hesaplanması
Calculation of airborne sound insulation between rooms including flanking transmission
Yazar: CEM BAÇÇIOĞLU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. NURGÜN BAYAZIT
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Çevre Kontrolü ve Yapı Teknoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Mimarlık = Architecture
Dizin: Bina akustiği = Building acoustics ; Gürültü denetimi = Noise control ; Mimari akustik = Architectural acoustic

Özet:
Çalışmada, çeşitli malzeme özellikleri ve bağlantı detaylarının sahadaki yanal iletimlere ve yapı elemanının ses yalıtımına olan etkileri irdelenerek tasarımcıların etkin ses yalıtımı sağlamak için kullanabilecekleri faydalı bilgilerin ortaya konması amaçlanmıştır. Bu doğrultuda bir yapı elemanının ses yalıtımını, sahadaki yanal iletimleri de hesaba katarak tahmin etmek için, bazı fiziksel malzeme verileri ile yapı elemanı birleşim detaylarına ait bilgileri girdi verisi olarak kullanan bir tahmin aracı oluşturulmuştur. Bu hesaplama aracından akustik uzmanı olmayan tasarımcıların yapı elemanı tasarımında mimari detay ve malzeme seçimi için yararlanabilmeleri hedeflenmiştir.
Çalışma kapsamında; iki kapalı mekânı birbirinden ayıran tek tabakalı yapı elemanlarının, hava doğuşlu ses yalıtımı incelenmiştir. Bu çerçevede ele alınan yapı elemanlarının hava doğuşlu ses yalıtım değerleri, yanal iletimleri de kapsamaktadır. Darbe doğuşlu sesin yalıtımı ise çalışmaya dahil edilmemiştir.
Yapıların ses yalıtım performanslarının hesaplama yoluyla tahmin edilebilmesi için TS EN 12354 standart serisinde belirtilen hesaplama modelleri kullanılmıştır. Hesaplama modellerine göre döşeme ve duvar gibi yapı elemanlarının laboratuvar ölçümlerinden ya da hesaplama yoluyla tahmin edilmesi ile elde edilen akustik performansları kullanılarak sistemin bir bütün halinde yerindeki akustik performansı saptanabilmektedir.
Genel prensip olarak komşu iki kapalı mekân arasındaki ses iletiminin, birbirinden bağımsız oldukları kabul edilen farklı yollar üzerinden gerçekleştiği kabul edilmektedir. Farklı yollardan iletilen sesler toplanarak iki kapalı mekân (oda) arasındaki toplam ses geçişini oluşturmaktadır. Birincil ses geçişi iki mekânı birbirinden ayıran eleman üzerinden gerçekleşmektedir ve doğrudan iletim olarak adlandırılır. İkincil geçişler bölücü elemanı çevreleyen diğer yapı elemanları üzerinden olur ve yan iletim yolları ya da yanal iletimler olarak adlandırılır.
Yanal iletimler sebebiyle, bir duvarın laboratuvar ölçümü ile belirlenmiş hava doğuşlu ses yalıtım değeri, yapıda uygulandığı yerdeki ses yalıtım değeri ile farklı olmaktadır. Laboratuvarın sızdırmazlık ortamında oluşmayan bu yanal yollar sebebiyle, alan ölçümlerinde yalıtım performansı düşmektedir. Çalışmada geliştirilen hesaplama aracı ile sahadaki gerçek ses yalıtım değerinin laboratuvar ölçümlerinden ne kadar sapma göstereceği tahmin edilmeye çalışılmıştır.
Çalışmada çeşitli malzeme özellikleri ve bağlantı detaylarının sahadaki yanal iletimlere etkisinin incelenmesi için TS EN 12354-1 detaylı hesaplama modeli kullanılmıştır. TS EN 12354-1 detaylı hesaplama modeli, basitleştirilmiş bazı ampirik formüller ve kabuller kullansa da uzman olmayan kullanıcının elle hesaplaması için hali hazırda oldukça karmaşık ve zaman alıcıdır. Bu nedenlehesaplama modelini kullanan ve Excel programı üzerinde çalışan bir tahmin aracı geliştirilmiştir. Hesap aracının sonuç verilerinin doğrulanması için INSUL Ver. 8, SONarchitect ISO ve BASTIAN Ver. 2.3 simülasyon programlarından ve literatürde bulunan örneklerden yararlanılmıştır. Geliştirilen hesap aracının tek tabakalı yapı elemanlarının hava doğuşlu ses yalıtımı için verdiği sonuçların farklı hesap programları ile karşılaştırmalı analizleri yapılmıştır.
Hesap aracı ile TS EN 12354-1 standart örneği çözülmüş ve standarttaki değerlere yakın sonuçlar bulunmuştur. Farklı örnekler için yapılan hesaplamalarda, özellikle rijit birleşim detayları için hesap aracı basit yönteminin simülasyon programları ile yaklaşık sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Bununla birlikte karşılaştırmalı analizler, farklı kabuller kullanan yazılımların sonuçları ciddi oranda etkileyebildiğini göstermektedir. Örnek durumlar için  EN 12354 standardını kullanan farklı yazılımların ve hesap aracının farklı kabullerinin sonuçları arasında ağırlıklı görünür ses azaltım indisi (R'w) için farklar oluştuğu görülmüştür. Bu farklar bazı durumlarda 5dB'e kadar çıkmıştır.
Analizler sonucu Rw ses azaltım değeri ile yanal iletimlerden kaynaklı R′w görünür ses azaltım değeri arasında literatürle uyumlu olarak genellikle 1-2 dB gibi ufak farklar oluştuğu görülmüştür. Fakat yapı elemanlarının birim yüzey kütlelerine, birleşim detaylarına ve kullanılan hesaplama kabullerine bağlı olarak bu farkın arttığı gözlenmiştir. Bazı durumlarda simülasyon programları ile 4 dB, hesap aracı ile 6 dB gibi yüksek farklar elde edilmiştir.
EN 12354-1'in detaylı hesaplama modelinin, 1,5 ila 2,5 dB'lik bir standart sapma gösterdiği ve bu çalışmadaki analiz sonuçları göz önüne alındığında, ayrıntılı modelin karmaşıklığının daha basit yaklaşımları gerektirdiği görülmektedir. Bu noktada, yapı elemanlarının tek sayılı Rw laboratuvar değerlerini kullanan standardın basitleştirilmiş modeli ilk seçenek olarak ön plana çıkmaktadır. Bunun yanında, laboratuvar ses azaltım indisine (Rw) uygulanabilen basit düzeltme katsayıları kullanılması ve bu düzeltme katsayılarının farklı durumları kapsayacak şekilde geliştirilmesi gerekliliği görülmektedir

Abstract:
The rapid change of the built environment brings its acoustic problems. Denser city texture, increasing sources of noise, new materials and construction systems used in buildings and the changing user comfort conditions increase the need for sound insulation. It is getting important for architects to evaluate the acoustic qualities of the buildings and to design them accordingly.
In the design phase, while selecting the materials and details considering the acoustic precautions, the material data provided from the producers are used. The data used at this point are usually the laboratory sound insulation values of building elements and materials. Flanking transmission is a well-known phenomenon in the field of building acoustics and can reduce laboratory sound insulation values of materials and building elements on the field.
Flanking transmission on-site can have a considerable effect on the field acoustic performance of separating building elements between adjacent spaces. It is important for the architect and acoustic designer to consider this fact during the planning stage so that the desired sound insulation can be achieved. The laboratory measurement values of the building elements are often used with a correction factor or a safety margin to estimate their in-situ performance. In order to provide the required sound insulation on the field, architects need to know that this estimation is accurate.
To evaluate a future building project for sound insulation requirements the calculation methods of EN 12354 are used. European norms series of EN 12354 adopted also as Turkish standards provide procedures for calculation of sound insulation in buildings that take the flanking transmissions into consideration. The first of these standard series, TS EN 12354-1:2000 covers detailed and simplified calculation models designed to predict airborne sound insulation between adjacent rooms. These models can be used to predict the acoustic performance of a floor or wall and its surrounding elements in the building as a whole.
Sound does not only travel through the separator wall or floor between adjacent rooms. It is also transmitted by the other elements that make up the rooms like, side walls, floors, and ceilings. According to EN 12354-1, there are 12 flanking transmission paths (4 Df, 4Fd, and 4Ff) and one direct path (Dd). The transmissions through these paths are added together and the total sound reduction value on-site is found with the apparent sound reduction index (R').
The detailed model of the standard use the laboratory sound reduction indices (R), laboratory structural reverberation time (Ts,lab) and in-situ structural reverberation times (Ts,situ) of the elements as input data. The vibration reduction indices (Kij) of the element junctions in the two adjacent rooms are also required. Although these values can be measured, mathematical formulations based on theory and experiencesto acquire these parameters through prediction from material properties are introduced in the Standard's Annexes. It should be remembered that the measurement results are prior to calculations as input data.
Vibration reduction index (Kij) is a measure to express the sound transmission character of a junction. This quantity depends on the surface mass of the elements connected, the geometry and any flexible interlayers placed between elements. There are different equations in Annex E of EN 12354-1 for different types of junctions. Some of these junction types are investigated further in the study. During the determination of input data, appropriate junction types for the condition are selected along with the element data to calculate their vibration reduction indices (Kij).
The acoustical property of the separator element between two rooms is the most important factor that affects the airborne sound insulation since the direct transmission is the dominant transmission path in most of the situations. However, along with the separator element, the material properties of other elements of the adjacent rooms and their junction types influence airborne sound insulation due to flanking transmissions.
The aim of this work is to evaluate the effect of material properties of building elements and element junction types on apparent sound reduction index (R').
The detailed calculation model of EN 12354-1 was used for studying the effect of various material properties and connection details on the flanking transmissions. The standard detailed calculation model is complex and time-consuming to calculate by non-expert user manually, even though using some simplified empirical formulas and assumptions. For this reason, a prediction tool that uses the calculation model and runs on the Microsoft Excel program has been developed. INSUL, SONarchitect ISO and BASTIAN computer programs were used to verify the results of the estimation tool.
Excel features are used to calculate R′ for 1/1 frequency bands and the final result as single number quantity (R′w) according to EN 717-1. The main parameters were calculated in separate tables and the detailed results combined on an interface for future studies to clearly see the change of all parameters of different transmission paths with element properties and to investigate their effects on the final sound insulation value.
The material input data used in the model for the calculation of the apparent sound reduction index on the field are taken from the literature. The sound reduction R values, which is used as input data to find R′, was calculated from material input data with the aid of the prediction tool. R values were calculated according to the Annex B of En 12354-1. Sound reduction index R from the literature is also used in cases where indicated. The results were analyzed in detail to point out the relations between surface mass of building elements and their junction types.
Results of the comparative analysis show that different software and calculation tools using different assumptions can change the results seriously. Even though using the same standard method differences up to 5dB in weighted apparent sound reduction index (R′w) can occur between different calculators' results for same sample situations.As expected the increased mass of a separator element leads to better sound insulation along with the increased mass of flanking elements. On the other hand the calculations using different calculators' revealed that difference between the laboratory sound reduction index of a building element and the in-situ apparent sound reduction index also increases with the increase in surface mass of flanking elements.
For monolithic walls it is seen that the increase in surface mass of flanking elements heavier than the separator elements reduces the difference between laboratory sound reduction index and apparent sound reduction index. Conversely, a heavy separator wall surrounded by lighter flanking elements causes the sound insulation performance to fall below what is expected from the laboratory measurements.
The junction types of the separator element with flanking elements affect the apparent sound reduction. Calculations were carried out for different junctions types. It is clear that a flexible interlayer would have a beneficial effect in terms of sound insulation if the flexible interlayers situated along the Ff flanking path cutting off the connection between flanking elements and the separator element. Still, the benefit of that kind of interlayers situated along a T junction is unclear according to the implemantation of the detailed model of EN 12354-1 of the Prediction Tool developed within the study. The simplified implementation of the detailed model which predicts a better sound insulation for this kind of junction though shows better agreement with simulation software. According to simulation software, the Flex1 type junctions are generaly better than rigid junctions while Flex2 junctions are worse in terms of sound insulation. The detailed model of the prediction tool also confirms this except for the Flex T1 junction type which seems to provide no improvement according to its results.
The calculation results show that between the Rw sound reduction value of a building element and the apparent sound reduction value of R'w originating from the flanking transmissions, small differences such as 1-2 dB usually occur in accordance with the literature. However, in some cases, depending on the construction, it is observed that this difference is increased. Even a high difference of 6 dB has been obtained with the use of the detailed calculation method of the prediction tool.
Prediction of the flanking transmissions is important in terms of correct prediction of the sound insulation of a building element. Nevertheless, it should not be forgotten that the results of the calculation models may not give the definite field results. Besides the differences in calculation assumptions and rounding errors, other transmission paths can occur in field that are not foreseen along with many other factors like poor workmanship that would have an effect on the total apparent sound reduction index (R'w). For the future studies, the different calculation tools used in this paper should be verified by measurements on the field.
It should also be considered that calculation models of EN 12354-1 also indicates a standard deviation of 1,5 to 2.5 dB. Given the results of the analysis within this study, the complexity of the detailed model is forcing simpler approaches. At this point, the simplified model of the standard using the Rw values of building elements stands out as the first option. Still, simple correction factors that can be applied to the sound reduction index(Rw), should be developed to cover different situations.