Gözenekli ses yalıtım malzemelerinin akustik parametrelerinin belirlenmesi
Determination of acoustic parameters of porous sound insulation materials
Yazar: MUSTAFA YOSUN
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN GÖKDAĞ
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, pasif gürültü kontrol uygulamalarında kullanılan gözenekli ve lifli malzemelerin akustik özelliklerinin karakterize edilmesi incelenmiştir. Bu tür malzemeler akustik etkilerin kritik sonuçlar doğurduğu ve akustik konforun önemli olduğu otomotiv, havacılık, medikal, beyaz eşya sektörü ve mimaride sıklıkla kullanılmaktadır. Akustik davranışı etkileyen parametrelerinin bilinmesi bu gibi malzemelerin doğru bir şekilde değerlendirilebilmesi ve kullanılabilmesi için oldukça önemlidir. Ayrıca sonlu eleman ve istatistiksel enerji tabanlı nümerik analiz yöntemleri ile gözenekli malzemelerin uygulama alanlarındaki akustik performansları analiz edilebilmektedir. Akustik analizleri gerçekleştirebilmek için gözenekli malzemelerin karakteristik parametrelerinin bilinmesi gerekmektedir.
Gözenekli malzemelerin akustik parametrelerini tespit etmek için belirli standartlara ve akademik literatüre dayalı birçok doğrudan ölçüm yöntemi vardır. Ancak doğrudan ölçüm yöntemleri zaman alıcı ve oldukça pahalıdır. Alternatif olarak geniş frekans aralığında sesin gözenekli ortamda yayılımını temsil eden akustik parametreleri içeren olgusal benzetim modelleri kullanılarak dolaylı bir çalışma ile bu parametreler elde edilebilir. Bu yöntem malzemelerin empedans tüpü ölçümünden elde edilen karakteristik akustik özelliklerine ait eğriler ve bu özelliklerin hesaplanabildiği sayısal benzetim modeli ile kurulan bir optimizasyon probleminin çözümünü gerektirir.
Malzemelerin akustik davranışını etkileyen akustik parametrelerinin doğru bir şekilde tespit edilebilmesi için kullanılan yaklaşımların ve uygulanan yöntemin doğruluğunun sınanması gerekmektedir. Bu amaçla karakterize etme yönteminin belirlenmesi ve doğrulama için sonlu elemanlar akustik analiz yöntemi ile sanal bir empedans tüpü ölçüm sistemi üzerinden bu çalışma gerçekleştirilmiştir. Elastik ve akustik parametreler ile numunelerin tam biot modelleri oluşturulmuştur. Elde edilen sonuçlardan gözenekli malzemedeki enerji kayıpları ve eşdeğer akustik ortam modelleme yaklaşımları dikkate alınarak akustik parametreler tahmin edilmiştir.  Tahmin edilen parametrelerin doğruluğu sanal empedans tüpü ölçümünde kullanılan akustik parametreler referans alınarak karşılaştırılmıştır. Ayrıca parametre tahmininde kullanılan optimizasyon metotlarının başarısı da incelenmiştir. Gerekli hesaplamalar ve tahmin işlemleri için Python programlama dili ve optimizasyon kütüphanelerinden faydalanılmıştır.

Abstract:
In this study, characterization of the acoustic parameters of porous and fibrous materials used in passive noise control applications has been investigated. Such materials are frequently used in automotive, aerospace, medical, home appliance sectors and architectures where acoustical effects have critical consequences and acoustic comfort is important. Knowing the parameters affecting acoustic behavior is quite important for correct evaluation and usage of these kinds of materials. Also, acoustic performance of the porous materials can be analyzed with finite element and statistical energy based numeric analysis methods. Characteristic parameters of porous materials must be known in order to be able to perform acoustic analyzes.
There are many direct measurement methods based on academic literature and specific standards to determine the acoustic parameters of porous materials. However, direct measurement methods are time consuming and quite expensive. Alternatively, these parameters can be obtained by an indirect study using phenomenological models that include acoustic parameters representing the propagation of the sound in the porous medium over a wide frequency range. This method requires the solution of an optimization problem which is created with characteristic curves which is obtained from impedance tube measurement and calculated from phenomenological models.
It is necessary to validate the accuracy of the approaches and the method used to determine accurately the parameters affecting the acoustic behaviour of the materials. For this purpose, this study been carried out using a virtual impedance tube measurement to determinate and validate the estimation method. Full biot models of specimens have been created with elastic and acoustic parameters. Acoustic parameters were estimated from the obtained results by taking into account the energy losses in the porous material and equivalent acoustic modeling approaches. The accuracy of the predicted parameters was compared with reference to the acoustic parameters used in the virtual impedance tube measurement. In addition, the success of the optimization methods used in parameter estimation has also been examined. Python programming language and optimization libraries are used for required calculations and parameter estimations.