Effect of Sound Emission Slit Dimensions on Sound Absorption Properties of Lightweight Aggregate Masonry Blocks

Abstract

Sound insulation is a kind of measure to prevent sound waves from penetrating through a material. Good sound absorbing materials are known to be lightweight, loose, and porous products. In this study, a new design approach is presented to improve the sound insulation properties of lightweight aggregate concrete blocks. Within the scope of the study, pumice, and volcanic tuff were used as lightweight aggregates in the production of concrete blocks. The acoustic properties of the masonry block specimens, in which alternative sound absorbing environments with special design are created, were analyzed on the model specimens. In particular, the effects of 3 different slit widths (12 mm, 16 mm, 20 mm wide) on the sound absorption performance of the masonry block element, in which the Helmholtz resonator form was created in its design, were investigated. The geometry of the lightweight concrete blocks is designed with three rows of gaps, and on the outer facing of the block, 4 sound slits were created at 80%  of the block height to increase the sound absorption capacity, and the gaps on these sides are turned into open gaps. In addition, the technical findings of the design forms of polyester fiber felt used as reinforcement material to increase the sound absorption capacity of the block were also discussed comparatively. According to the study findings, it has been determined that as the slit width in the block design gets larger, the amount of sound received into the cavity volumes in the form of Helmholz resonator increases, and therefore it functions more as a sound absorber. In addition, with the polyethylene fiber felt reinforcement, an additional sound absorbing performance of 1.67 times is provided in the 16 mm slit block and 1.74 times in the 20 mm slit design block.

Keywords

• Lightweight aggregate
• masonry block design
• acoustic
• sound absorption
• sound insulation

Ses Emisyonu Yarık Boyutlarının Hafif Agregalı Kâgir Blokların Ses Yutum Özelliklerine Etkisi

Abstract

Ses yalıtımı, ses dalgalarının bir malzemeden içeri girmesini önlemek için bir tür önlemdir. İyi ölçüde ses emici malzemelerin hafif, gevşek ve gözenekli yapıda ürünler oldukları bilinmektedir. Bu çalışmada, hafif agregalı ve boşluklu beton blokların ses yalıtım özelliklerinin iyileştirilmesi için yeni bir tasarım yaklaşımı sunulmaktadır. Çalışma kapsamında, pomza ve volkanik tüf beton blok üretiminde hafif agrega olarak kullanılmıştır. Özel tasarıma sahip alternatif ses emici ortamların oluşturulduğu kâgir blok örneklerinin akustik özellikleri model örnekler üzerinde analiz edilmiştir. Özellikle, tasarımında Helmholtz rezonatör formunun oluşturulduğu ve 3 ayrı alternatif ses absorpsiyon için yarık genişliklerinin (12 mm, 16 mm, 20 mm genişliğinde) kagir blok elemanın ses yutum performansına olan etkileri incelenmiştir. Hafif beton blokların geometrik tasarımı, üç sıra boşluklu olarak tasarlanmış ve ses yutma kapasitesini artırmak için kenardaki bir sıra boşluğu kapatan beton yüzey boşluk hizasında üç farklı genişliklerde yarılarak bu kenardaki boşluklar açık boşluk haline getirilmiştir. Ayrı bir seri olarak, kagir blokların ses yutma kapasitesini artırma amaçlı, polyester elyaf keçe takviye malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu tasarım formlarına ait teknik bulgular da karşılaştırmalı olarak tartışılmıştır. Çalışma bulgularına göre, blok tasarımındaki yarık genişliği büyüdükçe, Helmholz rezonatör formundaki boşluk hacimlerine alınan ses miktarının arttığı ve dolayısıyla daha fazla ses soğurma işlevi gördüğü tespit edilmiştir. Ayrıca, polietilen elyaf keçe takviyesi ile birlikte 16 mm yarık tasarımlı blokta 1.67 katlık, 20 mm yarık tasarımlı blokta ise 1.74 katlık ilave bir ses emicilik performansı sağlanmaktadır.

Keywords

• Hafif agrega
• kâgir blok tasarımı
• akustik
• ses yutum
• ses yalıtımı

References

1. Aksoy, U. T. & Toktaş S. (2011). Dış duvar uygulamalarında ses geçirimliliği ve ses yalıtımı özellikleri, Engineering Sciences, 6(4), 827-837.
2. Erol, H. B. (2006). İç mekanlarda malzeme kullanımında akustik performans kriterleri. Yüksek Lisans Tezi, Mimar Sinan Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
3. Fahy, F., & Walker, J. (2005). Advanced Applications in Acoustics, Noise and Vibration. Spon Press, London and New York, UK and USA.
4. Hurley, J. S. (2007). Natural Fiber Based Lightweight Sound Absorber Materials. SAE Technical Paper Series, No: 2007-01-2197.
5. İzoder (2013). İnşaat Teknolojisi Ses Yalıtımı. Isı Su Ses ve Yangın Yalıtımcıları Derneği, İstanbul, 80.
6. Demirkale Y.S. (2007). Çevreve Yapı Akustiği, BirsenYayınevi, İstanbul.
7. Sousa, H., & Carvalho, A., Melo, A., (2004). A New Sound Insulation Lightweight Concrete Masonry Block. Design And Experimental Characterization, 13th International Brick and Block Masonry Conference. July 4-7, Amsterdam.
8. Sousa, H., & Carvalho, A. (1998). A New Sound Absorbing Lightweight Concrete Masonry Block, XXV IAHS World Housing Congress Proceedings. 1, 325-332.

9. Koski, J. A. (1992). Sound-absorbing concrete block, Acoustically engineered block quiet noisy areas and improve overall sound quality. PUBLICATION #M920384, The Aberdeen Group.
10. Colinwell Co. (2022). Acoustic Masonry, http://www.colinwell.com
11. Haron, Z., Jusli, E., Nor, H. M., Jaya R. P., Yaacob, H., Yahya K., Mohamad, A., & Yahya M. N. (2018). Prediction of Sound Absorption Coefficient for Double Layer Rubberised Concrete Blocks. International Journal of Engineering & Technology, 7(2.29), 704-710.
12. Fediuk, R., Amran, M., Vatin, N., Vasilev, Y., Lesovik, V., & Ozbakkaloglu, T. (2021). Acoustic Properties of Innovative Concretes: A Review. Materials, 14(2), 398.
13. TS EN ISO 10534-1. (2004). Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes - Part 1: Method using standing wave ratio, 20.
14. TS EN ISO 10534-2. (2003). Acoustics - Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes -Part 2: Transfer-function method, 27
15. Ghilahare, A. K., & Pandey, M. (2007). Experimental Analysis of Sound Absorption Coefficient of the Combined Mechanism of Enhanced Egg Carton, Gypsum Board and Sound Diffuser. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 6(8), 16400-16412.
16. Thermalxx Jackets. (2022). Decibel Drop and Noise Reduction Coefficients for Material Combinations. https://blog.thermaxxjackets.com/decibel-drop-noise-reduction-coefficients-for-material-combinations, (25.12.2022).
17. Arge Yapı İzolasyon. (2022), Ses Yalıtım Malzemeleri. https://www.argeyapiizolasyon.com/ses-yalitim-malzemeleri, (25.12.2022).
18. ASTM C423. (2022). Standard Test Method for Sound Absorption and Sound Absorption Coefficients by the Reverberation Room Method
19. TS EN ISO 11654. (2002). Acoustics - Sound absorbers - Rating of sound absorption coefficients.