İnsan Vücudundan Yapılara Biyomimetik Akustik

İnsan vücudu kendi iç gürültüsünü gizleme konusunda oldukça ustadır. Normal koşullarda kalp atışlarımızı, kan akışımızı ya da sindirim sistemi gurultularımızı duyamayız – sadece aşırı sessizlikte (özel bir yankısız odanın içinde) kişi kendi organlarının “senfonisini” duyabilir. Bir test uzmanının tanımladığı gibi, “nefes almayı bıraktığınızda kalbinizin atışını ve damarlarınızda akan kanı duyabilirsiniz”. Ancak günlük hayatta bu sesler doku, yağ ve sıvı katmanları tarafından etkili bir şekilde boğulur.

Yumuşak dokular ve sıvılar titreşimleri güçlü bir şekilde emip dağıtırken, göğüs kafesimiz ve kafatasımız sesi yansıtan ve engelleyen sert kabuklar oluşturur. (Aslında, ultrason görüntüleme uzmanları yağ dokusunun ses dalgalarının çok yüksek oranda zayıflamasına neden olduğunu belirtmektedir). Aslında, vücudun “akustik mühendisliği” iç seslerin işitsel bir dikkat dağıtıcı olmasını önler – bir tür yerleşik ses yalıtımı.

Bu biyolojik stratejiler mimari için analojiler önermektedir: Gürültü kaynaklarını gizleyebilir ve yastıklayabilir, katmanlı malzeme düzenekleri inşa edebilir ve yapı ile mekanı birbirinden ayırabiliriz – tıpkı vücudun organları kulaklarımızdan izole ettiği gibi.

Tıpkı organların sıvı ve yağ dolu boşluklarla kaplanması gibi, mimarlar mekanik ekipmanları akustik olarak işlenmiş odaların veya kanalların içine “gizlerler”. Büyük makineler ve HVAC sistemleri genellikle izole edilmiş mekanik zeminlere veya ses emici muhafazalara yerleştirilir ve titreşimi kontrol altına almak için kanallara ve borulara susturucular veya zayıflatıcılar takılır.

Benzer şekilde, vücudun çok katmanlı yapısı (deri-yağ-kas-kemik) çok katmanlı duvar düzeneklerine ilham verir: bir kaplama katmanı, yalıtkan bir “yağ” boşluğu ve sert bir “kemik” yapısı. Aralarında yalıtım bulunan kütle-yay-kütle yapıları ses izolasyonunu önemli ölçüde artırabilir.

Yönetmelikler bunu ölçmek için STC (Ses İletim Sınıfı) derecelendirmelerini kullanır. STC’yi yükseltmek için, montajlar tipik olarak katmanlar arasına ekstra kütle, yalıtım veya esnek kırılmalar ekler. Bu, rijit elemanlar arasına sönümleyici doku eklemeye benzer. Son olarak, vücudun iskeleti, tıpkı yüzer zeminler veya esnek kanalların bir binanın yapısal iskeletini bitmiş yüzeylerden ayırması gibi, eklemler ve dolgularla yumuşak dokulardan etkili bir şekilde ayrılır.

Yüzer zeminler (esnek pedler üzerinde desteklenen yapısal plakalar) iletim kaybını büyük ölçüde iyileştirerek zeminden gelen darbe gürültüsünü önemli ölçüde azaltabilmektedir. Benzer şekilde, esnek metal kanallar (ince çerçeve şeritleri) alçıpanı dikmelerden izole ederek doğrudan ses yolunu bozar ve duvar STC’sini iyileştirir. Bir metro mühendisi bile aynı fikri kullanıyor: yüzer döşeme ray yatakları (kauçuk yaylar üzerindeki beton plakalar), “sabit makineleri desteklemek için kullanılan yaylar üzerindeki eylemsiz tabanlara benzer şekilde” tren tekerleklerinden zemine giden titreşim zincirini etkili bir şekilde kırıyor.

İçindekiler

Biyolojik Yalıtımın Mimari Benzerleri

Gürültü kaynaklarını gizleme (organ analogları): Mekanik dolaplar ve kovalar ekipmanın etrafındaki vücut boşlukları gibi hareket eder. Bir fırın veya pompa, duvarlarında akustik battaniyeler bulunan tamamen astarlı bir odaya yerleştirilir ve gürültüsü muhafaza ile izole edilebilir (sıvı kesesi içindeki bir organa benzer). Fan gürültüsünü azaltmak için kanallara dahili susturucular veya harici ses emici malzeme sargıları takılır.
Katmanlı bölmeler (deri-yağ-kas): Klasik bir strateji çok katmanlı bir duvardır: dış kaplama, bir hava/yalıtım boşluğu ve bir iç kaplama. Bu, deri (dış), yağ/kas (yalıtım) ve kemiği (yapı) yansıtır. Boşluklar, yağ dokusu gibi sesi emen lifli yalıtım (örneğin mineral yün) ile doldurulur. Taş yünü yalıtımı, titreşimi sönümlerken sesi engellemesi ve emmesi ile ünlüdür. Bu tür katmanlar bir kütle-yay-kütle etkisi yaratır: her yoğun katman kütle ekler (düşük frekansları engeller) ve her yumuşak katman sönümleme ekler (orta / yüksek frekansları emer). Uygulamada, yüksek STC dereceleri elde etmek için yalıtımlı çift çıta duvarlar veya çift katmanlı alçıpan (genellikle esnek klipsler üzerinde) kullanılır. Dikişlerin dengelenmesi ve boşlukların kapatılması, tıpkı yağ ve doku kanallarının dengelenmesinin doğrudan ses sızıntısını önlemesi gibi, doğrudan “akustik kısayollar” olmamasını sağlar.
Ayrık yapı (iskelet analojisi): Vücudun kemikleri kas hareketlerinden kaynaklanan gürültü aktarımını en aza indirirken yapı sağlar. Binalarda da benzer şekilde yapısal unsurları işgal edilen alanlardan ayırırız (izole ederiz). Neopren pedler veya yay izolatörleri üzerinde yüzen zeminler doğrudan sert teması ortadan kaldırarak titreşim iletimini azaltır. Duvarlarda veya tavanlarda, esnek kanallar küçük yaylar olarak işlev görür: alçı levha üzerlerine asılarak saplamalarla olan katı bağlantı kesilir. Bu, ses dalgalarının “yolunu keser”, böylece daha az titreşim enerjisi geçer. Ağır inşaatlarda bile, tüm odaların veya ekipmanların altındaki taban izolatörleri yastıklı bağlantılar gibi davranarak makine gürültüsünün veya ayak seslerinin tüm çerçeveyi sarsmasını önler.
Hava/sıvı tampon bölgeleri (membran analojisi): Tıpkı vücuttaki hava dolu boşluklar ve zarların (kafatası sinüsleri veya akciğer hava boşlukları gibi) organları tamponlaması gibi, binalar da sesi korumak için hava boşlukları veya oyuklar kullanabilir. Öne çıkan bir örnek çift cidarlı cephedir: havalandırmalı bir boşlukla ayrılmış iki camlı duvar. Bu hava tamponu hem ısıyı hem de dışarıdan gelen gürültüyü azaltır. Araştırmalar, çift cidarlı ara boşluğun “aşırı… sese karşı yalıtım görevi gördüğünü ve binanın işitsel konforunu artırdığını” belirtmektedir. Daha küçük ölçekte, basit basamaklı veya çekinik duvarlar bile (ofset kurslar veya hava boşlukları ile) akustik labirentler olarak hareket ederek sesin düz hat iletimini önler. İç sesleri yansıtan veya emen akışkan bir tabaka gibi, bu boşluklar da ses enerjisini hapseder veya detone eder.

Uygulama ve Örnekler

Bu stratejiler yapılarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüzer zeminler kayıt stüdyolarında kauçuk pedler üzerindeki bir alçı alt zemin, çok daha yüksek darbe izolasyonuna sahip “ölü” bir zemin sağlar. Esnek kanal duvarları otellerde ve apartmanlarda yaygındır; bir test düzeneği, bir kanal katmanı eklemenin duvar STC’sini ~5 puan artırabileceğini göstermiştir.

Yüzen Zeminler hakkında daha fazla açıklama için bu makaleyi inceleyebilirsiniz: https://auralex.com/blog/sound-isolation-basics-how-to-build-a-floating-floor/

HVAC tasarımında, lifli ortam veya mikro delikli panellerle doldurulmuş kanal susturucuları (zayıflatıcılar), bir organın sıvı sönümleme gürültüsüne benzer şekilde sıralı olarak monte edilir. Akustik kapılar ve vestibüller, doğrudan iletimi engellemek için bir geçiş alanı oluşturarak eklem kapsülleri veya ses kilitleri gibi davranır.

Sofistike bir örnek de çift cidarlı cephedir. Londra’daki ünlü 30 St Mary Axe (“Gherkin”), sıcaklığı dengelemek ve sokaktan gelen sesi de tamponlamak üzere havalandırmalı bir çift kabuk kullanmaktadır. Burada mekanik olarak da kontrol edilebilen hava boşluğu, tıpkı bir sinüs boşluğunun kafaya alınan darbeyi susturması gibi, dış gürültü penetrasyonunu azaltmaktadır.

Transit projelerde, yüzer döşeme ray yatakları dünya çapında metrolarda kullanılmaktadır. Mühendisler, rayları elastomerik pedler üzerinde destekleyerek, yaylar üzerinde bir makine tabanını askıya almanın tam bir benzeri olarak, yakındaki hastanelerde ve okullarda yer kaynaklı gürültüyü önemli ölçüde azaltmıştır.

Kaynak: https://www.archdaily.com/922897/how-do-double-skin-facades-work

Tüm bu durumlarda, tasarımcılar yan yolları da yönetir: her giriş akustik olarak yalıtılır, elektrik kutuları kademelendirilir ve yan duvarlar yalıtımla doldurulur – vücudun gürültüyü doğrudan geçmek yerine karmaşık yollarla yönlendirme eğilimini taklit eder. Akustikteki kaynak-yol-alıcı modeli (kaynakta ses geçirmez, yolda yavaşlatır, sonra alıcıda emer), kendi gürültüsünü filtreleyen bir sinir sistemi ile aynı prensibi temsil eder.

Gürültülü Bina Tipleri için Rehberlik

Gürültülü tipolojiler (yoğun konutlar, hastaneler, okullar, transit merkezleri) üzerinde çalışan mimarlar ve mühendisler için bu biyomimetik içgörüler pratik seçimlere rehberlik etmektedir:

Kaynakların yerini belirleyin ve çevreleyin: Gürültülü ekipmanları (jeneratörler, kazanlar, mutfaklar) özel, kapalı alanlara yerleştirin. Kanallar için akustik plenum muhafazaları kullanın ve gürültülü odaları sessiz bölgelerden uzağa yerleştirin. (Hassas akciğerlerden uzakta, göğsün derinliklerine sıkışmış bir kalp düşünün).
Bölmeleri katmanlayın: Ekstra kütle ve yalıtım içeren duvar ve zemin montajları belirleyin. Hastaneler genellikle minimum bölme dereceleri gerektirir – FGI yönergeleri hasta odaları arasında en az 45 STC (yüksek gizlilik için 50 STC) gerektirir. Bu değerlere ulaşmak için tipik olarak boşluk yalıtımlı ve çift alçı katmanlı (yüksek STC’li) zeminden döşemeye beton duvarlar gerekir. Dairelerde, ikinci bir sıra saplama veya esnek klips eklemek, ayak seslerinin üst kattan duyulmasını önleyebilmek üzere çözümlerdir.
Yapıyı ayrıştırın: Gürültülü alanların üzerindeki spor salonları, kütüphaneler veya yatak odalarında yüzer zemin kaplamaları (neopren pedler üzerine beton) kullanın. Tavanları yukarıdaki servis katlarından izole etmek için koridorlarda esnek askılara asın. Sıhhi tesisatlar izolasyon braketlerine monte edilebilir. Bu önlemler, eklemlerin, kemiklerin birbirine çarpmasını önleyerek vücudun hareket etmesine izin vermesini birebir taklit eder.
Hava ve emilim ile tamponlayın: Mümkün olan her yerde hava boşlukları ve emici hacimler ekleyin. Yollara bitişik avlularda veya atriyumlarda, akustik membran olarak kalın bitkilendirme veya su özellikleri (ses emici peyzaj) kullanın. Okulların içinde, yankılanan gürültüyü emmek için akustik tavanlar ve duvar panelleri (genellikle mineral yün veya köpük olan) kullanın. Bu tür malzemeler, vücutta bulunan yağ doku gibi hem yankıları emer hem de havadan gelen gürültüyü hapseder.
Mühürleyin ve kademelendirin: Boşlukları dikkatlice doldurun, zemin-duvar bağlantılarını akustik olarak yalıtın ve ofset geometrisi tasarlayın. Koridor ile sınıf arasına yerleştirilen “ses kilidi vestibülü” eklem kapsülü veya kulak zarına benzer – doğrudan ses sızıntısını önler. Benzer şekilde, hastanelerde de odalar arası gürültüyü tamponlamak için odalar arasına banyo veya dolaplar yerleştirilir.

Mimarlar binaları canlı bir organizma gibi ele alarak – farklı katmanlar, koruyucu boşluklar ve yalıtılmış organlarla – sessiz, konforlu iç mekanlar yaratmalıdırlar. Sessiz hastaneler hastaların iyileşmesine yardımcı olur, iyi uygulanan bir sınıf akustiği öğrenmeyi ve odaklanmayı geliştirir ve huzurlu sessiz konutlar bina sakinlerinin refahını artırır. Araştırmaların da doğruladığı gibi, “gürültü bilişsel işlemleri, ruh sağlığını ve motivasyonu etkileyebilir“.

Kısacası, vücudun iç sessizliğini binalara uygulamak sadece sesi izole etmek üzere yapılan bir işlem değildir. Yaşam alanının netliğini ve konforunu artırır.

Kaynakça: