Ürün geliştirmede gürültü ve titreşim söz konusu olduğunda farklı disiplinde çalışan mühendislerden veya yöneticilerden duymaya alışık olduğumuz "bu araç kaç desibel" veya "kaç desibel fark var" gibi sorular akla gelmektedir. Genel olarak bir fikir edinmeyi ve referans alınan bir ürüne veya sayıya göre değerlendirme yapmayı amaçlayan bu sorular elbette sorulması gereken ve cevapları belirli bir aşamaya kadar da temel fikir veren sorulardır.
Bu noktaya kadar bir problem olmamakla birlikte, değerlendirme yapılan tek unsur desibel değeri/farkı olursa geliştirme çalışmalarını eksik ya da hatalı şekilde yönlendirebilir.
Konuyu daha matematiksel olarak ele almadan önce çok sık duyduğumuz "desibel" kavramının ne olduğundan biraz bahsetmek çok da yanlış olmaz. Algı olarak "desibel" ses şiddeti birimi olarak hafızalarda yer etmiştir fakat bu doğru bir tanımlama değildir. Akustik ölçümlerde kullandığımız mikrofonlar ses basıncını (sound pressure), başka bir deyişle ortamdaki ortalama basınca kıyasla ses dalgalarının oluşturduğu lokal basınç değişimlerini ölçmektedir. Birimi de SI sistemine göre Pascal [Pa]'dır.
Ses basınç seviyesi (sound pressure level) ise Pascal olarak ölçtüğümüz ses basıncının, standartlarca tanımlanmış sabit bir referans değere oranının logaritmasının alınması ile elde edilir. Tam formülü 20 x log10(Peff/Pref) şeklindedir. Burada Pref= 20x10-6 Pa'dır (insan kulağı alt duyma eşiği). Yani asında desibel bir birim değil bir logaritmik skalalandırma işlemidir, ve ilgili standart değere göre oranlanıp logaritmasının alınması sureti ile birçok farklı büyüklüğe uygulanabilir (Kuvvet [dB N], ivme [dB g] vb.)
Bu kısa hatırlatmayı yaptıktan sonra tekrar ana konumuza, yani bir araçta NVH değerlendirmesi yapılırken neden sadece ses basınç seviyesine değinilmemesi gerektiğine ise şimdi gelelim.
İnsan kulağı ideal olarak 20 Hz ile 20 kHz frekansları arasındaki sesleri duyabilmektedir. Ölçüm yaptığımız mikrofonların birçoğu lineer frekans tepkisi veren sensörlerdir, yani bir mikrofonun frekansları algılamada değişken bir hassasiyeti yoktur. İnsan kulağı ise her frekansı aynı hassasiyette duymaz. Düşük ve çok yüksek frekanslara hassas değilken, orta frekanslara daha hassastır. Başka bir deyişle düşük veya çok yüksek frekansta olan bir sesi, orta frekanslarda olan bir ses ile aynı şiddette algılayabilmesi için, ses basıncının daha yüksek olması gerekmektedir.
Aşağıdaki resimde insan kulağının frekanslara bağlı olan hassasiyet eğrisi görülebilir. Bu yazının konusu olmayan frekans ağırlıklandırması (örneğin A-ağırlıklandırma) da kulağın farklı frekanslara gösterdiği farklı hassasiyetten dolayı ortaya çıkmıştır.
Grafikte de görülebileceği üzere, insan kulağı düşük ve çok yüksek frekanslara daha az hassasken, orta frekanslara daha hassas tepki vermektedir.
Figür 1. Frekanslara göre insan kulağının duyma hassasiyeti
İnsan kulağının duyma yeteneklerine göre (psiko-akustik) belirli türdeki sesleri algılamak daha kolay olmaktadır. Örneğin tonal bir gürültü, geniş frekans bandına yayılmış bir gürültüye göre daha kolay algılanabilmektedir. Başka bir örnek verecek olursak, düzenli bir seyre sahip olan bir ses ile, genlik bakımından inişli çıkışlı olan ses gene algı olarak veya verdiği rahatsızlık olarak farklı olmaktadır.
Konuyu irdelemeye gerçek bir örnek üzerinden devam edecek olursak, aşağıdaki grafiklerde bir araç üzerindeki üç farklı tasarımın sonucunda oluşan rölantideki iç gürültü 1/3 oktav spektrumları kıyaslamalı olarak verilmiştir.
Tasarım 1 ile gösterilmiş olan eğri aracın ilk durumu yani mevcut hali olsun. Yaklaşık 125 Hz 1/3 oktav bandında görülen tepe noktasının da subjektif olarak rahatsız edici bir problem olduğunu ve bu problemi çözmek ve bu tepe noktasını azaltmak istediğimizi varsayalım (Figür 2)
Figür 2. Aracın mevcut durumunun (Tasarım 1) rölanti 1/3 oktav spektrumu
Figür 3'te, bazı tasarım değişikliklerinin (Tasarım 2) araca uygulanması sonucu oluşan rölanti 1/3 oktav spektrumu, mevcut durum ile kıyaslamalı olarak verilmiştir. Görüleceği üzere toplam ses basınç seviyesi mevcut duruma göre daha iyi hale gelmiş olmasına rağmen, Tasarım 1'de görülmüş olan gürültü problemi çözülmediği gibi bir miktar da kötüleşmiştir.
Figür 3. Tasarım 1 ve Tasarım 2'nin kıyaslamalı rölanti 1/3 oktav spektrumları
Figür 4'te, gene daha farklı bir tasarımın (Tasarım 3) araca uygulanması sonucu oluşan rölanti 1/3 oktav spektrumu, mevcut durum ile kıyaslamalı olarak verilmiştir. Görüleceği üzere toplam ses basınç seviyesi mevcut duruma göre daha kötü hale gelmiş olmasına rağmen, Tasarım 1'de görülmüş olan gürültü problemi çözülmüştür. Bu noktada belirtmek gerekir ki, diğer frekanslardaki kötüleşmelerin aracın akustik subjektif hissiyatına olan etkileri farklı bir konudur ve ayrıca değerlendirilmelidir. İlgilendiğimiz gürültü probleminin ortadan kalkması, toplam ses basınç seviyesini de kesin olarak düşürecek diyemeyiz çünkü toplam gürültü seviyesine en baskın katkısı olan frekans bandı veya bantları figür 4'te de görüldüğü üzere daha farklı olabilir. Fakat objektif değerlendirmelerde sadece toplam ses basınç seviyelerini kıyaslayarak ilerlemiş olsaydık Tasarım 3'ün araca uygulanması ile ilgilendiğimiz NVH problemini çözmüş olduğumuzu fark edemezdik.
Figür 4. Tasarım 1 ve Tasarım 3'ün kıyaslamalı rölanti 1/3 oktav spektrumları
Özetlemek gerekirse, araç gürültü ve titreşim (NVH) çalışmalarında farklı araçların veya farklı tasarımların kıyaslamalar yapılırken, akustik anlamda tek değerlendirilen parametrenin toplam ses basınç seviyesi olmaması gerekmektedir. Özellikle otomobiller gibi birçok farklı komponentin, dolayısıyla tahrik kaynağının bulunduğu sistemlerde tonal gürültüler, rezonanslara bağlı tepe noktaları ve geniş frekans bantlarına yayılı farklı gürültü tipleri oluşmaktadır. Genel algıyı oluşturan toplam ses basınç seviyesinin düşürülmesine yönelik çalışmalar ile, spesifik bir gürültü probleminin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar aynı şekilde değerlendirilmemelidir. Dolayısıyla da akustik analizler sadece toplam ses basınç seviyesine dayanmamalı ve psiko-akustik analizler de değerlendirmelere katılmalıdır.
Araçlardaki gürültü ve titreşimlerin doğru bir şekilde objektif metriklere dökülmesi kadar subjektif olarak da doğru değerlendirilmesi önemlidir. Bunun için araçlardaki gürültü tiplerine aşina olan, farklı komponentlerin ne tür gürültüler oluşturduğunu tecrübe etmiş ve farklı sınıflardaki birçok aracı uzun yıllar boyu NVH açısından değerlendirerek kalibre kalmış olan NVH mühendislerine ihtiyaç duyulmaktadır.
Araç gürültü ve titreşim (NVH) geliştirme alanındaki talepleriniz için bizimle irtibata geçebilirsiniz.
Comments