Ses Alanları: Serbest ve Dağınık Alan, Yakın ve Uzak Alan

Akustik dünyasında, ses yayan bir nesnenin etrafındaki akustik alanı tanımlamak için kullanılan birçok terim vardır. En önemlilerinden dördü aşağıda listelenmiştir:

  • Yakın Alan (Near Field)
  • Uzak Alan (Far Field)
  • Serbest Alan (Free Field)
  • Dağınık Alan (Diffuse Field)

Bu makale, bu akustik alan terimlerinin kullanımını ve farklarını açıklamaktadır.

Yakın Alan ve Uzak Alan

“Yakın Alan” ve “Uzak Alan” akustik terimleri, gözlemleyicinin ses kaynağından fiziksel uzaklığıyla ilgilidir (Şekil 1). Bir gözlemcinin ses yayan bir nesneden ne kadar uzakta olduğuna bağlı olarak, ses kaynağı tarafından üretilen akustik enerji oldukça farklı davranacaktır. Bu nedenle, bu farklılıkları anlamak ve ölçümleri dikkatlice tasarlamak önemlidir.

Şekil 1: Ses dalgaları uzak alanda (B) ve yakın alanda (A) farklı davranmaktadır.

Uzak Alan

Akustik uzak alan, ses kaynağından 2 dalga boyu uzaklıkta başlayıp sonsuza doğru uzanarak tanımlanır (Şekil 2). Dalgaboyu frekansın bir fonksiyonu olduğundan, uzak alanın başlangıcı da frekansın bir fonksiyonudur.

Şekil 2: Uzak alan, kaynaktan 2 dalga boyu uzakta başlar.

Uzak alanda, kaynak, bir nokta olarak görünecek kadar uzaktadır. Bu mesafede, ses dalgalarının küresel şekli yeterince büyük bir yarıçapa ulaşmıştır ki, dalga cephesine herhangi bir eğrilik olmadan bir düzlem-dalga olarak makul bir şekilde yaklaşılabilmektedir (Şekil 1’deki B Noktası). Bu mesafede, ses basıncı seviyesi ters kare kanununa tabidir ve tek mikrofonun ses kaydı güvenilir ve öngörülebilir sonuçlar verecektir. Kaynaktan uzağa doğru her iki katına çıkıldığında, ses basıncı uzak alanda 6 dB düşecektir. Birçok akustik standartta, ölçümün en kritik frekansları için uzak alanda yapılmasını sağlamak amacıyla ölçümler genellikle ses yayan nesneden en az bir metre uzaklıkta belirlenir.

Yakın Alan

Ses yayan bir nesneye yakın olunduğunda, ses dalgaları çok daha karmaşık bir şekilde davranır ve basınç ile mesafe arasında sabit bir ilişki yoktur. Kaynağa çok yakın olan ses enerjisi, kaynağın titreşen yüzeyi ile ileri geri döner, asla kaçmaz veya yayılmaz. Bunlar bazen “kaybolan” (evanescent) dalgalar olarak adlandırılır. Kaynaktan uzaklaştıkça, ses alanının bir kısmı dolaşmaya devam ederken, bir kısmı nesneden uzaklaşır (Şekil 3).

Şekil 3: Yakın alan karmaşıktır ve ses enerjisi hem dolaşır hem de yayılır.

Dolaşımdan yayılmaya bu geçiş, 2 dalga boyunun eşik mesafesine ulaşana kadar tahmin edilemeyen bir şekilde devam eder. Dolaşan ve yayılan dalgaların bu karışımı, mesafe ile yakın alandaki ses basıncı arasında sabit bir ilişki olmadığı anlamına gelir ve tek bir mikrofonla ölçüm yapmak zahmetli ve tekrarlanamaz olabilir. Tipik olarak, yakın alanda ölçüm, dolaşan ve yayılan dalgaların taşıdığı enerjiyi doğru bir şekilde yakalamak için birden fazla mikrofonun (Şekil 4) kullanılmasını gerektirir.

Şekil 4: Birçok mikrofona sahip akustik diziler, yakın alandaki ses enerjisini doğru şekilde yakalamak için bir kaynağın yakınında kullanılabilir.

Serbest Alan ve Dağınık Alan

Ses bir nesneden yayıldığında, doğrudan doğruya düz bir çizgide seyahat ederek veya yansımalar yoluyla dolaylı olarak bir gözlemciye ulaşabilir. Yansıyan ses dalgaları, duvar, zemin, tavan gibi yüzeylerin yanı sıra bölgedeki diğer nesnelerden sekebilir. Genellikle sesi deneyimlediğimizde, hem doğrudan hem de yansıyan ses dalgalarını duyarız. Bununla birlikte, dikkatlice kontrol edilen koşullar altında, bu sürekliliğin en uç noktalarını deneyimleyebiliriz: 1) yansımaların mevcut olmadığı ve yalnızca doğrudan sesin gözlemlendiği bir akustik alan ve 2) sadece yansıyan sesin gözlemlendiği ve doğrudan sesin gözlemlenmediği akustik alan. Bu iki ekstrem akustik ortama verilen isimler sırasıyla Serbest Alan ve Dağınık Alandır (Şekil 5).

Şekil 5: Serbest alan (sıfır yansıma) ve dağınık alan (yalnızca yansımalar) resimleri.

Serbest Alan

Akustik bir serbest alanda yansıma yoktur; ses dalgaları, ses yayan bir nesneden doğrudan bir gözlemciye ulaşır. Ses dalgası gözlemciden tam olarak bir kez geçer ve asla geri dönmez.

Akustik serbest alanların iki yaygın örneği şunlardır:

  • Ses kaynağı, tek bir nokta kaynağı olarak görünecek kadar uzaktadır. Açık bir günde yüksekten uçan bir uçağı düşünebilirsiniz.
  • Yankısız oda (Anechoic Chamber), ses dalgalarını yansıtılmadan önce emmek için özel malzemeler kullanarak akustik serbest bir alana yaklaşmak için inşa edilmiş özel bir tesistir (Şekil 6).
Şekil 6: Serbest alana yaklaşmak için yankısız bir oda kullanılır.

Yankısız bir odada, özel olarak tasarlanmış fiberglas takozlar, sesi absorbe ederek yansıtılmaması için duvarları, zemini ve tavanı kaplar. Etkili olabilmeleri için (özellikle düşük frekanslarda), bu odaların çok büyük, uzun takozlarla olması ve genellikle çevredeki bina ve temelden mekanik izolasyona sahip olması gerekir, böylece odaya titreşim iletilmez.

Dağınık Alan

Dağınık alan, ses dalgalarının her yönden gözlemciye ulaştığı bir akustik alanı tanımlar. Yansıtılan ses, gözlemciye ulaştığında kaynaktaki sese benzer büyüklüktedir ancak tek bir kaynağa sahip gibi görünmemektedir. Dağınık alandaki bir mikrofon, yön veya konumdan bağımsız olarak aynı büyüklüğü ölçer; ses seviyesi her yerde aynıdır. Akustik malzeme testi için bir çınlama odası Şekil 7’de gösterilmektedir.

Şekil 7: Bir çınlama odası, dağınık bir ses alanı oluşturmak için oldukça yansıtıcı duvarlara sahiptir.

Çınlama odası, eğik açılarla inşa edilmiş yansıtıcı duvarlara sahip olacak şekilde tasarlanmıştır, böylece hiçbir duvar birbirine paralel değildir. Bu, ses dalgalarının oda çevresinde maksimum sayıda yansıtılmasını sağlayarak dağınık bir alan oluşturmaya yardımcı olur. Çoğunlukla, dalga kırınımını (yayılma) arttırmak için büyük duvarlara yarı küresel şekilde bir yapı eklenir ve odanın yayılımına katkıda bulunur. Bu yarım kürelerden biri Şekil 7’de görülebilir.

Nasıl Bilebilirim?

Ne tür bir akustik alanın mevcut olduğunu görsel inceleme ile belirlemek zordur. Akustik ölçümler kullanılarak aşağıdakiler gözlemlenebilir:

  • Serbest ve uzak alan akustik ortamında, ses yayan bir nesneden olan mesafe iki katına çıkarıldığında ölçülen ses basıncı seviyesinde 6 desibellik bir azalma olur. Bu davranış ters kare yasası ile açıklanmaktadır.
  • Çınlama odası gibi dağınık bir alanda, mikrofon ölçüm kaydı nerede yapılırsa yapılsın ses seviyesi aynıdır.
  • Mükemmel dağınık bir ses alanında ses yoğunluğu sıfırdır.

Sonuç

Akustik alan davranışı, sesi ölçerken önemli bir husustur. Alan türünü bilmek önemlidir, böylece ses ölçüm seviyeleri doğru bir şekilde yorumlanabilir.
Bazı durumlarda, ölçüm seviyelerini ayarlamak için dağınık veya serbest alan düzeltmeleri uygulamak mümkündür. Dağınık ve serbest alan düzeltmeleri genellikle mikrofonlar, kulaklıklar ve çift kulaklı ölçüm cihazları için sağlanır.

Uygulama ile ilgili sorularınız için DTA Mühendislik Test Bölümü mühendisleriyle iletişime geçebilirsiniz.

Leave a Reply

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