Ses Fiziği Temel Bilgileri

Akustik

Ses Fiziği Temel Bilgileri Akustik, ses dalgalarının oluşumu, iletimi ve algılama sürecini çeşitli ölçüm yöntemleriyle inceleyen bilimdir. Eski Yunancada “işitmek” anlamına gelen akustiğin temelleri fizikçi ve filozof olan Aristoteles tarafından atılmış olup tarihi ilk çağlara uzanmaktadır. Phytagoras, Galileo, Newton, Edison, Hertz, Fourier gibi önemli bilim insanları da ses dalgalarını kuramsal ve deneysel yönden inceleyerek bu bilime önemli katkılarda bulunmuşlardır (Kurra, 2009: 2).

Akustik bilimi günümüzde müzik, mimari, tıp, haberleşme gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Gelişen teknoloji ve bilgisayar sistemleri sayesinde akustik uygulama ve ölçüm sistemlerinin maliyetleri azalmış, kullanımları basitleşmiştir. Elde edilen kolaylıklar, ses ölçüm ve kontrolünün önemli olduğu ancak büyük yatırım yapılamayan alanların da gelişimini olumlu etkilemiştir. Bu alanlardan biri de çalgı yapımcılığıdır. Üretim süreçlerinin iyileştirilmesi yoluyla, çalgıların daha konforlu çalınması ve istenilen kalitede ses vermesi için dünya genelinde yapılan birçok çalışma bulunmaktadır.

Psikoakustik Kavramı

Psikoakustik. Sesin algılama sürecinde sadece akustikten söz etmek yeterli olmayacaktır. Çünkü ses beyinde oluşan bir olgudur. İşitme sistemine ulaşan seslerin neden olduğu psikolojik duyumları, kendine özgü deney ve ölçümlerle inceleyen bilim dalına psikoakustik denir. Psikoakustik perde, gürlük, ses niteliği ve ses uyumu gibi duyumlar ile bunlara neden olan fiziksel etkiler arasında bağlantı kurmaya çalışır (Zeren, 2007: 7).

Ses Dalgası

Ses, akustik ve psikoakustik açıdan iki farklı şekilde tanımlanabilir. Akustik bilimine göre; katı, sıvı, gaz gibi elastik ortamlarda, yaklaşık 20 ile 20000 hertz arasında yayılan titreşim hareketine ses denilmektedir. Psikoakustik açıdan ise ses; hava ya da diğer ortamlardaki titreşim hareketinin, işitme sisteminde yaptığı uyarı sonucu oluşan duyumdur. Görüldüğü gibi akustik açıdan belirli bir frekans aralığındaki titreşimin varlığı ses olarak kabul edilirken, psikoakustik açıdan bakıldığında önemli olan bu titreşiminin algılanıp değerlendirilebilmesidir. Bir örnek vermek gerekirse; kimsenin olmadığı kuzey kutbunda devrilen bir ağaç ses kaynağı mıdır? Sorusunun cevabına akustik bilimi evet yanıtını verecektir, çünkü ortamda iletilen bir titreşim oluşacağı açıktır. Ancak psikoakustik bilimi hayır yanıtını verir, çünkü ortamda bu titreşimleri ses olarak değerlendirecek bir duyu organı bulunmamaktadır (Sethares, 2005: 11).

Ortamın herhangi bir bölgesinde oluşan hareket, maddenin esnekliği nedeniyle diğer bölgelerin de hareket etmesine neden olur. Bir ortamda bu şekilde ilerleyen hareketlere dalga denir. En çok bilinen ve görülmesi kolay olanı su dalgasıdır. Suya bir taş atıldığında, taşın düştüğü noktadan başlayan yüzeydeki çukur ve tümsek halkaları genişleyerek ilerler. Bu ilerleyen şey ortam parçacıklarının birbirlerine aktardıkları enerjidir. Su kütleleri dalga ile birlikte ilerlemez, sadece oldukları yerde inip çıkma hareketi yaparlar (Zeren, 2007: 64).

Dalga hareketi, ilerlediği ortamda yaptığı titreşim hareketlerine bağlı olarak farklılık göstermektedir. Şekil 2.1’de görüldüğü gibi dalganın ilerleme yönü ile ortam taneciklerinin titreşim doğrultusu aynı ise bu dalgalara boyuna dalgalar, ilerleme yönü ile titreşim doğrultusu birbirine dikse buna enine dalgalar denir. Ses katı ve sıvı ortamlarda hem enine hem de boyuna dalgalarla, havada ise sadece boyuna dalgalarla yayılır (Zeren, 2007: 66).

Şekil 2.1. Enine ve boyuna dalgaların gösterimi

Fizik bilimi açısından incelediğimizde, sesin oluşması için periyodik titreşim yapan bir kaynak ve esnek bir ortam gereklidir. Şekil 2.2’de bir ses çatalının titreşimi sonucu havada oluşan dalgalar görülmektedir. Ses kaynağın yaptığı hareket bir süre sonra ortam parçacıklarına iletilerek havanın o ana kadar sabit olan basıncı üzerinde değişimlere neden olur (Kurra, 2009:6). Bu basınç değişimleri, kulak zarını ileri itip (yüksek basınç) – geri çekerek (düşük basınç) titreştirmekte ve işitme olayını başlatmaktadır.

Şekil 2.2. Havada oluşan ses dalgalarının gösterimi (Sethares, 2005:12)

Basınç Genliği

Ses dalgaları ortamda yayıldıkça parçacık düzeyinde sıkışma ve gevşeme bölgeleri oluştururlar. Bu bölgelerdeki basınç normalden alçak ya da yüksek olur. Normal basınçtan en büyük sapma değerine basınç genliği denir ve “A” ile gösterilir (Şekil 2.3). Basınç genliği algılanan sesin gürlüğünü belirlemektedir.

Frekans ve Periyot

Ortam parçacıkları kendilerini harekete geçiren etkinin periyodik hareketlerini tekrarlamaktadır. Bu zaman içinde tekrarlanan hareket titreşim olarak adlandırılırken bir tekrar için geçen süreye de periyot denir. Birimi saniyedir ve “T” ile gösterilir (Kurra, 2009: 7). Şekil 2.3’te periyot, zaman ekseni üzerindeki kendini tekrar eden iki eş basınç bölgesi arasındaki mesafe olarak gösterilmiştir.

Frekans, birim zamandaki titreşim sayısı yani parçacığın bir saniyede yaptığı harmonik hareketin sayısıdır. Birimi Hertz (Hz)’dir ve “f” ile gösterilir. Periyot ile arasında T=1/f eşitliği vardır (Kurra, 2009: 7). Frekans, algılanılan sesin perdesini belirlemektedir.

Şekil 2.3. Ses dalgasının genlik ve periyot kavramlarının gösterimi (Everest, 2001: 10)

Dalga Boyu

Ses dalgaları yayılırken ortamda basınç değişimleri oluşur. Aynı basınca sahip ardarda iki nokta arasındaki uzaklığa dalga boyu denir (Şekil 2.4). Birimi metre (m)’dir ve lamda “ ” ile gösterilir. Dalga boyunun ses hızı ve frekans ile olan ilişkisi aşağıdaki Eş. 2.1’de verilmiştir (Kurra, 2009: 12).

Eş. 2.1’ de dalga boyu “   ”, frekans “ f ”, ses hızı “v” ile gösterilmiştir.

Şekil 2.4. Ses dalgasının hız ve dalga boyu kavramlarının gösterimi

Ses Hızı

Ses dalgası, katı, sıvı, gaz gibi bir ortamda ilerlerken ortam parçacıkları, ilk konumlarından çok uzaklaşmadan hareket eder. Parçacıklar birbirlerine enerjilerini aktarıp dalga hareketinin belirli bir hızla ilerlemesini sağlar (Şekil 2.4). Ses hızı “ v” ile gösterilir ve birimi m/s’dir.

Sıcaklık ve basınç ortamda yayılan sesin hızını etkiler. Örneğin havada yayılan sesin hızı, 0 oC sıcaklıkta 331.5 m/s, 20 oC sıcaklıkta ise 343 m/s dir. Ses hızının dalga boyu ve frekansı arasında matematiksel ilişki Eş. 2.1’de görülmektedir.

Bu eşitlik farklı dalga boyu ve frekans değerleri için farklı hızlar bulunacağı anlamı taşımaz. Çünkü dalgaların hızları sadece ortamın sıcaklık, basınç ve fiziksel özelliklerine

bağlı olarak değişir. Eşitlik yardımı ile ortamda iletilen dalganın ancak frekansı ve dalga boyu arasındaki ilişki bulunabilir (Parker, 2009: 27).

Faz

Aralarında belirli bir zaman farkı ile oluşan iki veya daha fazla dalga şeklinin arasındaki gecikme faz olarak tanımlanır ve derece (o) ile ifade edilir. Şekil 2.5’te görüldüğü gibi aynı fazda olan dalgalar birbirlerini güçlendirir, aralarında 180o faz farkı bulunan yani zıt fazla olanlar ise birbirlerini söndürürler.

Şekil 2.5. İki dalga arasındaki faz ilişkisinin gösterimi (Huber ve Runstein, 2009: 50)

Tını

Tını, aynı ses şiddeti ve frekansa sahip sesleri ayırt etmemizi sağlar. Bu sayede aynı perde aynı şiddette çalınsa bile farklı çalgıların sesleri tanınabilir (Kartal, 2011: 37). Tınıyı belirleyen en önemli özellikler sesin harmonik içeriği ve ses zarfıdır.

Harmonikler

Şekill 2.6’da görülen sinüs dalga şeklini veren ses, tek frekanstan oluşur ve buna basit ses denir. Bu ses doğada bulunmaz sadece ses çatalı ve dijital sinyal üreteci ile oluşturulabilir. Bir çok frekansın bir araya gelmesiyle oluşan ud çalgısına ait sesin dalga şekli ise çok daha karmaşık yapıdadır (Bkz. Şekil 2.6 ). Bu iki dalganın Şekil 2.6’daki frekans analizlerine bakıldığında sinüs dalgasının tek, ud sesinin ise bir çok frekanstan oluştuğu

görülmektedir. Ud çalgısından elde edilen sesin analizinde görülen frekanslardan ilkine temel frekans, diğerlerine üst ses denir. Eğer üst sesler temel frekansın tam katlarıysa aynı zamanda harmonik olarak da adlandırılırlar.

Birçok frekanstan oluşan ama frekanslar arasında tam katsayılı bir oranın bulunmadığı seslere vurmalı çalgılarda rastlanır. Temel frekansın üzerindeki frekanslara yine üst ses denilebilir ama tam katsayılı bir oran olmadığından harmonik denilemez.

Şekil 2.6. Basit ses ve ud sesinin dalga şekilleri ve frekans analiz grafiği

Her çalgın kendine özgü tınısı vardır. Harmonikler ve bu harmoniklerin birbirlerine göre bağıl genlikleri çalgının karakteristik tınısının belirlenmesinde oldukça etkilidir. Şekil 2.7’de de viola ve kemana ait sesin harmonik bileşenleri görülmektedir.

Şekil 2.7. Keman ve violaya ait seslerin harmonik yapısı (Huber ve Runstein, 2009: 55)

Ses Zarfı

Ses zarfı ses dalgasının genliğinin zaman içinde nasıl değiştiğini ifade eder. İşitme sistemimiz tınıyı belirlemede harmonik yapının yanında önemli oranda ses zarfından da faydalanır.

Ses zarfı dört bölümden oluşur;

  1. Atak (Attack), sesin başlangıçtan seviye olarak en üst düzeye çıktığı bölümdür. “A”

harfiyle gösterilir.

  • Düşüş (Decay), sesin en üst noktadan uzama seviyesine düştüğü bölümdür. “D” harfiyle

gösterilir.

  • Uzama (Sustain), sesin uzadığı, devam ettiği bölümdür. “S” harfiyle gösterilir.
  • Serbest Bırakma (Release), sesin seviyesinin azalıp kaybolduğu bölümdür. “R” ile gösterilir (Kartal, 2011: 40).
Şekil 2.8. Ud çalgısının Mi telinden elde edilen ses zarfı

Müzik ve Pythagoras

Altın Oran Nedir?

Sitemizde Nota ve Türkü Sözü Aramak İçin Tıklayınız.