İşyerlerinde aktif gürültü kontrol yöntemi ile gürültü seviyesinin azaltılmasına ilişkin bir sistemin geliştirilmesi
Developing A system for reducing the noise level by using active noise control method in workplaces
Yazar: TOLGA ÖZKAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA YAĞIMLI
İstanbul Gedik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İş Sağlığı ve Güvenliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Çalışma Ekonomisi ve Endüstri İlişkileri = Labour Economics and Industrial Relations
Dizin: Adaptif gürültü azaltma sistemi = Adaptive noise cancellation system ; Aktif gürültü kontrolü = Active noise control ; Gürültü = Noise ; Gürültü analizi = Noise analysis ; Gürültü azaltma = Noise reduction ; Gürültü kirliliği = Noise pollution ; Havalandırma sistemleri = Ventilating systems ; İş sağlığı = Occupational health ; İşyeri = Work place

Özet:
İş sağlığı ve güvenliği ile ilgili çalışmalarının temel amacı, çalışma ortamlarında çalışanların hayatını tehdit eden, genel tabir ile çalışanları iş kazası veya meslek hastalığı şeklinde ortaya çıkabilecek tehlikelerden korumak ve işyerlerinde proaktif bir yaklaşım ile çalışanlara zarar verebilecek her türlü risk etkenini minimum düzeye indirerek çalışanların güvenli bir ortamda çalışmalarını sağlamak olarak özetlenebilir.
Dünya Sağlık Örgütü (WHO) İş sağlığını "yalnızca hastalık veya sakatlıkların ortadan kaldırılması değil, aynı zamanda ruhen, bedenen ayrıca sosyal yönden de tam bir huzur ve iyilik halidir." olarak tanımlar. 
İş sağlığı ve güvenliğinde, iş kazaları veya meslek hastalıklarının meydana gelmesini engellemek amacıyla çeşitli risk etmenleri ortaya konulmuştur. Bu etmenler fiziksel etmenler, kimyasal etmenler, biyolojik etmenler, ergonomik ve psikososyal risk etmenleri olarak 5 ana grupta incelenmektedir. 
Fiziksel risk etmenlerinin başında yer alan gürültü; duyulduğunda her hangi bir anlam ifade etmeyen, rahatsız edici, maruziyet şiddet ve süresine bağlı olarak çalışanlarda meslek hastalığına sebep olabilen seslerin bütünü olarak tanımlanabilir. Çevremizde her türlü ses üreten cihaz, makine veya ortam gürültü kaynağı olarak karşımıza çıkabilir. Çalışma ortamlarının yanısıra, kentleşme, artan nüfus, trafik yoğunluğu ve plansız yapılaşma da günlük yaşamda önemli gürültü nedenleridir. İşyerlerinde gürültü, çalışanlar üzerinde fiziksel ve psikolojik sorunlar meydana getirme potansiyeline sahiptir. Fiziksel olarak gürültü nedeniyle çalışanlarda duyma bozuklukları, kalp ritminde değişim, yorgunluk ve kas problemleri ortaya çıkabilir.
Ayrıca adrenalin ve tiroid salgılarında değişim ile birlikte damarlarda daralma sorunlarına da sebep olabildiği bilinmektedir. Gürültünün çalışanlar üzerinde meydana getirdiği psikolojik etkiler sonucu ise konsantrasyon ve iletişim bozuklukları ile birlikte yaşam kalitesinde azalma, iş veriminde düşüş görülmektedir. Aynı zamanda işyerlerinde oluşan aşırı gürültü, çalışanlar için tehlike oluşturabilecek makine, araç vb. aletlerin uyarı ikazlarının duyulmasına engel olarak iş kazalarının oluşmasına da neden olabilmektedir. 
Bir çok hastalığın ana sebebinin stres olduğu sağlık uzmanları tarafından sıklıkla dile getirilmektedir. Gürültünün önemli bir stres kaynağı olduğu düşünüldüğünde, dolaylı yoldan bir çok hastalığın nedeni olabileceği de göz ardı edilmemelidir. 
Havalandırma sistemleri, işyerleri, meskenler, hastaneler, akıllı binalar, kontrollü atmosfer gerektiren yapılar kısacası insanların ortam havasına müdahale etmek istediği her türlü ortamda sıklıkla kullanılan yapı sistemleridir. Havalandırma sistemlerinin insan hayatı üzerindeki olumlu etkilerinin yanında olumsuz etkileri de bulunmaktadır. Bunlardan en önemlisi gürültü sorunudur. Genelde havalandırma sistemlerinde kullanılan fan motoru gürültüsü ve havalandırma kanalında oluşan hava akımının kanal içerisinde yaratmış olduğu uğultu şeklindeki gürültü, çalışanlar için önemli bir stres kaynağı haline dönüşmektedir.
Gürültünün önlenmesi veya azaltılması amacıyla birçok teknik yöntem, ekipman ve malzeme kullanılmaktadır. Genel olarak bu yöntemler "Pasif Gürültü Kontrolü" başlığı altında toplanabilir. Pasif gürültü kontrolü, istenmeyen sesin bir ortamdan başka bir ortama geçişini engellemek amacıyla izolasyon işlemi, gürültünün oluştuğu ortamda sesin yüzeye çarparak geri yansımasını engellemek amacıyla yapılan akustik düzenlemeler veya alınan önlemler ile etkili sonuç elde edilemiyorsa çalışanlar tarafından kullanılan kişisel koruyucu ekipmanlar olarak karşımıza çıkmaktadır.
Yaygın olarak kullanımda olan pasif gürültü kontrolüne alternatif olarak "Aktif Gürültü Kontrolü" (ANC) geliştirilmiştir. Bu sistem, savaş uçağı ve savaş helikopteri kokpitlerinde aşırı gürültüyü engellemek amacıyla ilk kez yüksek teknolojili savunma sanayinde kullanılmaya başlamıştır ve günümüzde farklı alanlarda kullanımının geliştirilmesi amacıyla sınırlı sayıda da olsa akademik çalışmalar mevcuttur. Aktif Gürültü Kontrolü, gürültü kaynağı ile fazı 180 derece değiştirilmiş yani polaritesi ters çevrilmiş gürültünün (Ters Gürültü) üst üste getirilmesi sağlanarak gürültünün yok edilmesi veya azaltılması esasına dayanır. 
Literatürde yer alan sınırlı sayıdaki çalışmalar incelendiğinde, havalandırma sistemini simüle eden deney düzeneklerinde genelde konstrüksiyon malzemesi olarak ahşap veya PVC kullanıldığı görülmektedir. Oysa günümüzde, özellikle havalandırma sisteminin büyük önem arz ettiği yapılarda, yapıya uygun boyutlarda galvaniz hava kanalları tasarlanıp üretilerek kullanılmaktadır. PVC borular havalandırma kanalı olarak meskenlerde kısmen kullanılıyor olsa da ahşap malzemenin pratikte kullanımı söz konusu değildir. Bunun yanında yine litaratürde yer alan çalışmalarda gürültü kaynağı olarak çoğunlukla hoparlör kullanılmaktadır. Oysaki gerçeğe en yakın sonuçları elde etmek için gürültü kaynağı olarak havalandırma sistemlerinde kullanılan fan motoru kullanarak gürültü kaynağı elde etmek gereklidir. Ayrıca yapılan çalışmalarda kullanılan mikrofonların response aralığının yapılan işleme uygun olmadığı ve istenilen başarıyı yeteri kadar sağlayamayacağı düşünülmektedir. Buna ek olarak Analog ANC sistemlerinin de kullanıldığı görülmektedir. Analog sistemler için donanım üretim maliyeti, pasif gürültü kontrol yöntemlerine karşı alternatif bir yöntem olabilmesi açısından ANC sistemini dezavantajlı duruma getirmektedir. 
Bu tez çalışmasında, galvaniz havalandırma kanalında oluşan gürültünün azaltılması amacıyla bir deney düzeneği oluşturulmuştur. Havalandırma kanalının bir ucuna havalandırma fan motoru monte edilerek gerçek bir gürültü kaynağı elde edilmiştir. Deney düzeneğinde bilgisayar, ses işlemci, ses edit programı, eklenti yazılımlar, geniş response aralığına sahip 48V cardioid mikrofonlar ve referans ses monitörleri kullanılarak analog yerine dijital ANC sistemi uygulanmıştır. 
Düzenek üzerinde fan motoruna 20cm uzaklığa referans mikrofonu, 100cm uzaklığa ters gürültü hoparlörü ve 200cm uzaklığa yani kanalın sonuna test mikrofonu yerleştirilmiştir. Dijital ANC sistemi vasıtasıyla referans mikrofonundan alınan gürültü sinyalleri işlenerek ters gürültü hoparlörüne iletilmektedir. Kanalın diğer ucuna yerleştirilen test mikrofonu kanalın son noktasında oluşan gürültü sinyallarını almaktadır. Test mikrofonundan alınan sinyaller bu ileri besleme sisteminin ne derece başarılı olduğunu test etmek için kullanılmaktadır. 
Düzenekten elde edilen veriler Sound Spectrum Analyzer'da incelenmiştir. Havalandırma kanalının ucundaki fan çalışırken fana yakın olan referans mikrofonundan sinyal alınmış, sonra eklenti programı sayesinde ses dalgasının fazı her defasında 5° kaydırılarak ortadaki hoparlörden kanalın içerisine verilmiştir. Bu 2 ses içerde çarpışarak total seste kısmen nötralizasyona yol açması sağlanmıştır. Kanalın sonuna yerleştirilen test mikrofonundan da nihai ses alınarak ölçümleme yapılmıştır. Değerlerin tamamı test mikrofonundan alınmış değerlerdir. Öncelikle kanala fazı değiştirilmiş ses verilmeden ölçümleme yapılmış (ANC kapalı/pasif), daha sonra ise kanala fazı değiştirilmiş ses verilip ölçümleme yapılmıştır (ANC açık/aktif). İncelenen tüm frekanslar (16Hz, 31Hz, 62Hz, 125Hz, 250Hz ve 500Hz) için 5-50° arası her 5°'de bir ölçüm (6 farklı frekans x 10 farklı faz derecesi = 60 ölçüm) alınmıştır. En yüksek gürültü büyüklüğü (dB) düşürmeyi sağlayan faz dereceleri arasında (25-30° arasında) ise her 0,1°'de bir ölçüm (6 farklı frekans x 50 farklı faz derecesi = 300 ölçüm) alınmıştır. ANC'li ve ANC'siz değerlerin karşılaştırılmasında ortalamalar için iki örnek t-testi'nden, ANC'siz değerler ile ANC'li değerlerin tahmin edilmesindeyse Regresyon Analizi'nden yararlanılmıştır. Analizlerde yüzde 95 ve üzeri (p<0,05) anlamlılık düzeyi kabul edilmiştir.
Analizler sonucunda, galvaniz havalandırma kanallarında bas karakterli gürültü ve uğultu sesinin, Sound Edit ve eklenti programlarının yardımıyla gerçekleştirilen Aktif Gürültü Kontrolü yöntemiyle 16-500Hz arasında incelenen tüm frekanslarda 25-35° arasında değişen faz kaydırma ile istatistiksel olarak anlamlı düzeyde (p<0,05) 9,9-18,7 dB kadar azaltılabildiği; yine 16-500Hz arasında incelenen tüm frekanslarda 28,7° sağa faz kaydırma ile ortalama 18,7 dB anlamlı düzeyde (p<0,01) gürültü azaltımı sağlanabildiği gözlemlenmiştir. İncelenen tüm frekanslarda ortalama ve toplamda en yüksek gürültü azaltımı sağlanan ANC'li 28,7° sağa faz kaydırma ile 5,1-29,7 dB aralığında değişen gürültü azaltımı (16 hz'de 18,0 dB, 31hz'de 20,2 dB, 62 hz'de 17,9 dB, 125 hz'de 29,7 dB, 250 hz'de 21,8 dB ve 500 hz'de 5,1 dB) sağlanabilmiştir. Dolayısıyla araştırmamızda gürültü azaltma miktarının 28,7° sağa faz kaydırma ile 125hz'de 29,7 dB gibi en yüksek başarıya ulaştığı gözlemlenmiştir. Özetle, galvaniz havalandırma kanalında dijital ANC sisteminin özellikle bas frekanslı gürültüyü ve uğultu sesini istatistiksel olarak anlamlı düzeyde (p<0,05) azalttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
It can be summarised that the main purpose of the studies on occupational health and safety is to protect the employees from the dangers which can emerge as an occupational accident or disease and, to ensure that the employees work in a safe place by minimizing any risks that may harm the employees with a proactive approach in the workplace.
World Health Organisation (WHO) defines occupational health as "it is not only a removal of the diseases and injuries but also a state of peace and goodness as mentally, physically and also socially."
Various risk factors have been put forward on occupational health and safety to prevent the occurrence of occupational injuries and diseases. These factors are examined in 5 main groups as physical factors, chemical factors, biological factors, ergonomic factors, and psychosocial factors.
Noise, one of the major physical factors, can be defined as disturbing sounds that have no meaning when heard and may lead to occupational diseases in employees depending on the exposure volume and duration. It can appear in our environment as any kind of device, machine, or source of ambient noise that produces sound. Workplaces aside; urbanisation, increasing population, dense traffic, and unplanned urbanization are serious causes of noise in daily life. 
Noise in the workplace has the potential of creating physical and mental problems for employees. Physical problems such as hearing loss, arrhythmia, fatigue, and muscular problems may emerge due to noise. Besides, it is known to cause veins to narrow along with the change in the secretion of adrenaline and thyroid.
Among the psychological effects of the noise on the employees, there is; reduced quality of life and low work efficiency along with concentration and communication disorders. Also, excess noise in the workplace may cause occupational injuries by preventing the hearing of warning sounds of instruments such as machines and vehicles.
It is frequently stated by health professionals that stress is the main cause of many diseases. Considered that noise is an important source of stress, it should not be ignored that it might be the indirect cause of many diseases. 
Ventilating systems are construction systems frequently used in workplaces, residences, hospitals, smart buildings, constructions that require a controlled atmosphere, or in short, any place where people want to interfere in the ambient air. 
Besides their positive effects, ventilating systems have negative effects as well. Noise problem is one of the most important negative effects. Generally, the noise of the fan motors used in ventilating systems and the noise that emerges as a background noise caused by the airflow in the ventilating ducts might turn into an important source of stress for employees. 
Various techniques, methods, equipment, and instruments are used to prevent or minimize the noise. These methods can be gathered under the title of "Passive Noise Control" in general. Passive noise controls can be done as an insulation process to prevent the transmission of the unwanted sound from one place to another by acoustic arrangements that prevent the resonation in a setting where noise occurs or, if the measures are not effective, by personal protective equipment used by the employees.
 "Active Noise Control" (ANC) has been developed as an alternative to commonly used passive noise control. This system was first used in the high technology defense industry to cancel the excess noise in combat aircraft and helicopter cockpits, and today there are a limited number of studies on developing its use in different fields.
Active Noise Control is based on canceling or minimizing the noise by adding noise whose phase is inverted in 180 degrees, or in other words, which polarity is inverted (Anti Noise) to the source of the noise. 
When the limited number of studies in the literature are reviewed, it is seen that wood or PVC is generally used as the construction material in the experimental setups simulating the ventilation system. However, today, especially in buildings where the ventilation system is of great importance, galvanized air ducts with dimensions suitable for the construction are designed and produced. Even though PVC pipes are partially used as ventilation ducts in residences, wooden material is not used in practice. In addition, loudspeakers are mostly used as a source of noise in the studies in the literature. However, in order to obtain the most realistic results, it is necessary to obtain a noise source by using the fan motor used in ventilation systems as the noise source. In addition, it is thought that the response range of the microphones used in the studies is not suitable for the procedure and cannot provide the desired success sufficiently. In addition, it is seen that Analog ANC systems are also used. Hardware production cost for analog systems makes the ANC system disadvantageous in terms of being an alternative method to passive noise control methods.
In this thesis, an experimental setup has been established in order to reduce the noise generated in the galvanized ventilation duct. A real noise source has been obtained by mounting the ventilation fan motor at one end of the ventilation duct. In the experimental setup, a digital ANC system has been applied instead of analog by using a computer, sound processor, sound editing program, add-on software, 48V cardioid microphones with a wide response range, and reference sound monitors.
On the setup, a reference microphone at a distance of 20cm from the fan motor, an anti noise speaker at a distance of 100cm, and a test microphone at the end of the air duct are placed at a distance of 200cm. The noise signals received from the reference microphone are processed through the digital ANC system and transmitted to the anti noise speaker. The test microphone placed at the other end of the air duct receives the noise signals generated at the end of the duct. The signals received from the test microphone are used to examine and evaluate how successful this feed forward system is.
The data obtained from the apparatus have been examined on Sound Spectrum Analyzer. While the fan at the end of the ventilation duct was operating, a signal was taken from the reference microphone close to the fan. Then, thanks to the add-on program, the phase of the sound wave was shifted by 5° each time and given into the duct from the middle speaker. These 2 sounds collide inside, causing partial neutralization in the total sound. Measurements were made by taking the final sound from the test microphone placed at the end of the channel. All values are taken from the test microphone. First, the channel was measured without a phase-changed sound (ANC off/passive), and then the phase-shifted sound was given to the channel and the measurement was made (ANC on/active). Measurements were taken every 5° between 5 and 50° for all investigated frequencies (16Hz, 31Hz, 62Hz, 125Hz, 250Hz, and 500Hz) (6 different frequencies x 10 different phase degrees = 60 measurements). Between the phase degrees (between 25-30°) that provide the highest noise magnitude (dB) reduction, a measurement was taken once for each 0.1° (6 different frequencies x 50 different phase degrees = 300 measurements). Two sample t-tests were used to compare the values with and without ANC, and Regression Analysis was used to estimate the values with ANC using the values without ANC. A significance level of 95 percent and above (p<0.05) was accepted in the analyses.
As a result of the analyzes, it was found that the bass character noise and hum in galvanized ventilation ducts can be statistically significantly  (p<0.05) reduced by 9.9-18.7 dB with a phase shift varying between 25-35° at all frequencies examined between 16-500Hz with the Active Noise Control method performed with the help of Sound Edit and plug-in programs. Again, at all examined frequencies between 16-500Hz, it was observed that an average of 18.7 dB (p<0.01) noise reduction could be achieved with a 28.7° right phase shift. Noise reduction ranging from 5.1-29.7 dB (18.0 dB in 16 Hz, 20.2 dB in 31 Hz, 17.9 dB in 62 Hz, 29.7 dB in 125 Hz, 21.8 dB in 250 Hz, and 5,1dB in 500 Hz) was achieved with 28.7° right phase shift with ANC, which provided the average and the highest overall noise reduction at all frequencies examined. Therefore, in our research, it was observed that the noise reduction amount reached the highest level of 29.7 dB at 125Hz with 28.7° right phase shift. Briefly, it was observed that the digital ANC system in the galvanized ventilation duct has significantly reduced the noise with bass frequency and background noise sound in particular.