Sonlu Eleman Tabanlı Ses İletim Kaybı Analizleri

İnsanlar evlerinde, işyerlerinde, ulaşım esnasında giderek daha fazla gürültüye maruz kalıyorlar. Gürültü konusundaki yasal düzenlemeler her ülkede önem kazanmaktadır. Gürültü ölçüm yöntemleri arasında uyum sağlamak amacıyla çeşitli standartlar yayınlamaktadır. Bu standartlara uygun yapılan akustik ölçümler sayesinde üreticiler kendi ülkeleri dışında da kabul gören ürünler geliştirebilmektedir.

Gürültü kontrolü uygulamalarında kullanılan malzemelerin türü ve kullanım şekli ortamdaki sesin dağılımını etkilemektedir. Doğru malzeme seçimi, katmanlı yapıların kullanımı ve kullanılan malzemenin en iyi yerleşiminin bulunması günümüzde firmaların akustik alanında uğraştığı önemli Ar-Ge faaliyetleridir. Sanal ürün geliştirme sürecinde, gürültü kontrolünde kullanılan akustik malzemelerin analizleri de oldukça önem kazanmıştır.

Ürünlerin akustik performansını tespit etmek için başvurulan en önemli akustik özellikleri ise malzemenin ses emme katsayısı (sound absorption coefficient) ve ses iletim kaybı (sound transmission loss) değerleridir. Bu özelliklerin ölçümü ISO, ASTM ve SAE tarafından belirlenen standartlara uygun olarak gerçekleştirilir.

Bu yazıda malzemelerin akustik performansının belirlenmesinde önemli olan ses iletim kaybının hem fiziksel hem de numerik olarak nasıl elde edildiği incelenmiştir.

Şekil 1.1 Akustik panele gelen sesin dağılım

Ses yalıtımı ile ilgilenildiğinde sesin malzemedeki yutumu ve iletimi en önemli akustik performans değerleridir.
Ses iletim kaybı, malzemeye gelen enerjinin karşı tarafa aktarılan enerjiye logaritmik oranıdır.

Temelde 2 metot ile ölçülmektedir,
A. Empedans tüpü (Kundt tube) metodu
B. Akustik oda metodu

Tablo 1.1 Ses iletim kaybı yöntemleri

Bu metotlar, otomotiv sanayinde, savunma ve havacılık sektöründe, beyaz eşya sektöründe, mimarlık alanında sıklıkla kullanılmaktadır.

A. Sonlu Eleman Tabanlı Empedans tüpü (Kundt tube) ölçümü

Susturucular ve düz yapılı numunelerin ses iletim kaybı ölçümleri için empedans tüpü metodu kullanılabilir. Ses dalgaları tüpün içerisine yerleştirilmiş numunenin normaline doğrusal olarak yönlendirilmektedir. Mikrofonlardan ölçülen veriler ASTM E2611 standardına uygun olarak işlenip ses iletim kaybı test ile elde edilebilir.

Sonlu eleman tabanlı akustik analiz gerçekleştirirken izlenen adımlar kısaca şu şekildedir:
– Akustik hacmin sonlu eleman modeli oluşturulur
– Giriş sınır şartı için birim akustik güç uygulanır
– Çıkış sınır şartı olarak yankısız çıkış uygulanır
– İstenen frekans aralığı ve adımında çözüm yapılır

Şekil 1.2’ de SIEMENS Simcenter 3D yazılımında izlenen işlem adımları sırası ile gösterilmiştir.

Şekil 1.2 Simcenter 3D yazılımı ile ses iletim kaybı analizinin işlem adımları

Simcenter 3D ile genişleyen hazneli bir susturucunun analizi gerçekleştirilip test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Şekil 1.3’de görüldüğü gibi oldukça iyi bir benzerlik gözlenmiştir.

Şekil 1.3 Genişleyen hazneli basit bir susturucunun ses iletim kaybı testi ile Simcenter 3D simülasyon sonucunun karşılaştırılması

B. Sonlu Eleman Tabanlı Akustik Oda Ölçümü

Akustik oda metodu, otomotiv ve havacılıkta kapı, panel yalıtım uygulamalarında, makine sanayisinde makinelerin yalıtılması için kullanılan büyük ve formlu numunelerin ses iletim kaybını ölçmek için kullanılır.

Çınlama odası ve yankısız oda ile ses iletim kaybı analizleri SAE J1400 ve GMW14173 standartlarına göre gerçekleştirilmektedir.

Çınlama odası, numune yüzeyinde homojen ses gücü oluşturmak için kaynaktan çıkan sesi, difüzörler (tam yansıtıcı) kullanarak sesi tamamen dağıtan odadır.

Yankısız oda, içerisinde sesin çok az yankı yapması için üçgen formlu sünger malzemeler ile kaplanan odadır.

Sonlu eleman tabanlı akustik analiz gerçekleştirirken izlenen adımlar kısaca şu şekildedir:
– Panelin Yapısal/Akustik sonlu eleman modeli oluşturulur
– Çınlama ve Yankısız oda sınırlarını temsil eden akustik modeller oluşturulur
– Çınlama tarafı için dağınık akustik alan tanımlanır
– Yankısız taraf için Sommerfeld yayılım şartı uygulanır

Şekil 1.4 Simcenter 3D yazılımında çınlama odası-yankısız oda ile ses iletim kaybı analizinin işlem adımları

Simcenter 3D ile bir ateş duvarının ses iletim kaybı analizi gerçekleştirilmiştir.

Şekil 1.5 Panel ses iletim kaybı analizinin Simcenter 3D’ deki simülasyon görüntüsü

Simcenter 3D ile panel ses iletim kaybı simülasyonunun sonucu:

Şekil 1.6 Panelin ses iletim kaybı grafiği

Tipik olarak panellerin frekansa bağlı ses iletim kaybı karakteristikleri Şekil 1.7’deki gibidir. Bu grafiği 4 bölgeye ayırabiliriz.

Şekil 1.7 Tek bir panelin ses iletim kaybı karakteristiği

1. Düşük frekanslar katılık kontrol bölgesidir, panelin bu bölgedeki ses iletim kaybı panelin katılığı ile iyileştirilebilir.
2. Orta frekanslar kütle kontrol bölgesidir, panelin bu bölgedeki ses iletim kaybı panelin kütlesi ile iyileştirilebilir.
3. Çakışma frekansı, gelen sesin frekansı ile esnek panelin rezonans frekansının çakıştığı frekanstır. Çakışma frekansı bölgesi, ses iletiminin en yüksek olduğu, iletim kaybının ise düştüğü bölgedir.

4. Yüksek frekanslar sönüm kontrol bölgesi, panelin bu bölgedeki ses iletim kaybı panel sönümü ile iyileştirilebilir.

SIEMENS Simcenter 3D yazılımları hakkındaki sorularınız için lütfen DTA Mühendislik Nümerik Analizler Bölümü mühendisleriyle iletişime geçebilirsiniz.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *