Ses Dalgalarının Özellikleri Ve Sesin Algılanması

SES DALGALARININ ÖZELLİKLERİ ve SESİN ALGILANMASI


GİRİŞ:

Sesler ve işitme duyumuz, dünyayı algılamamızda, çevremize göre davranışlarımızı düzenlememizde ve dahası, yaşamdan keyif almamızda rol oynayan çok önemli aracılardır Ses dalgaları olarak bildiğimiz fiziksel etkileri sinirsel sinyallere dönüştürerek, beynimizin algılayabileceği bir hale sokan işitme sistemi, bir çok farklı düzeyde oldukça karmaşık bir yapılanma sergiler Bu karmaşık sistem sayesinde, konuşarak anlaşabiliyoruz, tehlikeden haberdar olup uzaklaşabiliyor ya da doğadaki binlerce güzel ve ahenkli sesin tadına varabiliyoruz

İlerleyen sayfalarda insan işitme sisteminin yapısına ve çalışmasına dair ayrıntılı bilgileri bulacaksınız Ancak özet halinde sunabildiğimiz bu bilgiler, işitme sistemimizin nasıl işlediği hakkında bir fikir vermek ve daha da önemlisi, her gün farkında olmadan bedenimizde işleyen sayısız karmaşık mekanizmadan sadece bir kaçına ışık tutabilmek amacıyla derlenmiştir Umuyoruz, bu sayfaları ziyaret edenler de, işitme mekanizmamıza en az bizim kadar hayret edip, artan meraklarıyla bilgilerini derinleştirme yoluna giderler

SES DALGALARININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ

Dalgalar genel olarak, mekanik ve elektromanyetik dalgalar olmak üzere iki ana gruba ayrılır Elektromanyetik dalgalar, yayılmak için bir ortama ihtiyaç duymazlar ve boşlukta da yayılabirler Mekanik dalgalar ise, enerjilerini aktarabilmek için ortam taneciklerine ihtiyaç duyarlar Bu yüzden boşlukta (örneğin uzayda) yayılamazlar Ses dalgaları da mekanik dalgalar olduklarından yayılmak için maddesel bir ortama ihtiyaç duyarlar
Ses, nesnelerin titreşiminden meydana gelen ve uygun bir ortam içerisinde (hava, su vb) bir yerden başka bir yere, sıkışma (compressions) ve genleşmeler (rarefactions) şeklinde ilerleyen bir dalgadır Dolayısıyla ses, bir basınç dalgasıdır

1960 tarihli bu fotoğrafta, özel bir ses merceği ve özel bir görüntüleme yöntemi kullanılarak, sol tarafta görülen kornadan çıkan ses dalgalarının görüntüsü elde edilebilmiştir (Bell Telephone Laboratory)

Şimdi, ses dalgalarının genel özelliklerini kısa başlıklar altında inceleyelim:

Frekans (sıklık): Bir dalganın frekansı, dalganın hava veya başka bir ortam içinden geçerken ortamdaki partiküllerin ne sıklıkta titreştiğine bağlıdır Frekans ileri geri titreşimlerin zamana bağlı olarak ölçülmesi ile hesaplanır Saniyedeki titreşim sayısı özel olarak Hertz birimi ile ifade edilir (1 Hertz = 1 döngü/saniye)

Yüksek frekans değerleri için Hertz'in bin katı olan ‘kilohertz’ (kHz) birimi kullanılır İnsan kulağının duyabildiği sesler 20 ile 20000 Hz (20kHz) arasında frekansa sahip olabilir Eğer bir frekans 20 Hz'in altında ise bu tür titreşimlere ‘ses altı’ titreşimler, frekans 20 kHz' in üzerinde ise bunlara da ‘ses üstü’ titreşimler denilmektedir

Genlik (amplitüd): Genlik, ses dalgalarının dikey büyüklüğünün bir ölçüsüdür Ses dalgalarını oluşturan sıkışma ve genleşmeler arasındaki fark, dalgaların genliğini belirler
Ses dalgaları havada veya başka bir ortamda titreşen objeler tarfından üretilir Örneğin titreştirilen bir gitar teli, yaptığı periyodik salınım hareketi ile, hava moleküllerinin belli bir frekansta sıkışmasını ve genleşmesini sağlar Bu şekilde teldeki enerji havaya iletilmiş olur Enerjinin miktarı, teldeki titreşim genliğine bağlıdır Eğer tele fazla enerji yüklenirse, tel daha büyük bir genlikle titreşir Teldeki titreşim genliği ne kadar fazla ise ortam tanecikleri (örneğin hava molekülleri) tarafından taşınan enerji de o kadar fazladır Enerji ne kadar fazla ise sesin şiddeti de o kadar büyük olacaktır Bu ifadeler, titreşen tüm cisimler için geçerlidir

Dalga boyu: Bir dalganın ardışık iki tepe veya iki çukur noktası arasındaki mesafe bize dalga boyunu verir Dalga boyu l (lambda) ile gösterilir


Bir basınç dalgası olan sesin grafiksel gösterimi Grafiklerde koyu renkli bölgeler sıkışmaları, açık renkli bölgeler ise genleşmeleri simgelemektedir Eğriler ise bu sıkışma ve genleşmelerin iki boyutlu grafiksel temsilleridir Dikkat edilirse, sıkışma miktarı arttıkça (yüksek seste olduğu gibi) sesin şiddeti de artmaktadır


Ton: Müzikte, diatonik (doğal major) gamda bir ‘tam aralık’ olarak tanımlanan ton, belli bir frekansta ve perdede üretilen saf ses anlamında kullanılır Örneğin bir ses çatalı (diyapozon) titreştirildiğinde ortaya çıkan 440 Hz frekansındaki ‘Do (C)’ notası, saf bir tondur Saf tonlar doğal ortamda fazla karşılaşılmayan ve genellikle müzik aletleri veya ses üreteçleri aracılığıyla üretilen seslerdir Yüksek frekanslı (yüksek perdeden) sesler tiz, düşük frekanslı (düşük perdeden) sesler pes (bas) olarak algılanır

Tını: Sesin ‘rengini’ ifade eden bir terimdir Aynı oktavda, aynı notayı (tonu) aynı yoğunlukta ve aynı uzunlukta çalan bir kemanla bir flüt arasındakı temel fark, ‘tını farkı’dır Enstrümanları oluşturan bileşenlerin doğal frekanslarındaki farklılıklar, sonuçta oluşan sesin farklı bir tınıda olmasını sağlar Bu sayede, farklı müzik aletlerinden çıkan özdeş notaları kolaylıkla ayırdedebiliriz Tını, sesin harmonik (doğuşkan) yapısına bağlı olarak değişir

Sesin Şiddeti ve Desibel Ölçeği: Şiddet, ses dalgalarının taşıdıkları enerjiye bağlı olarak birim alan uyguladıkları kuvvettir Birimi genellikle ‘metrekare başına Watt’ (W/m2) olarak ifade edilir Sesin şiddeti, ses kaynağına olan uzaklığın karesi ile ters orantılıdır

Desibel (dB): İnsan kulağı çok düşük ve çok yüksek şiddette sesleri duyabilme yeteneğine sahiptir İnsan kulağının algılayabileceği en düşük ses şiddeti, ‘eşik şiddet’ olarak bilinir Kulağa zarar vermeden işitilebilen en yüksek sesin şiddeti ise, eşik şiddetinin yaklaşık 1 milyon katı kadardır İnsan kulağının şiddet algı aralığı bu kadar geniş olduğundan, şiddet ölçümü için kullanılan ölçek de 10'un katları, yani logaritmik olarak düzenlenmiştir Biz buna ‘desibel ölçeği’ adını vermekteyiz Sıfır desibel mutlak sessizliği değil; işitilemeyecek kadar düşük ses şiddetini (ortlama 110-12 W/m2) gösterir

Desibel, bir oranı veya göreceli bir değeri gösterir ve ‘bel’ biriminin 10 katıdır Alexander Graham Bell' in anısına bel adı verilen birim, iki farklı büyüklüğün oranının logaritması olarak tanımlanmaktadır Yani ‘1 bel’, birbirlerine oranları 10 olan iki büyüklüğü göstermektedir (örneğin 200/20) Bu oranın çok büyük olmasından dolayı ''Desibel'' adı verilen ve oranların logaritmasının 10 katı olarak tanımlanan birim daha yaygın olarak kullanılmaktadır Bu sayılardan biri bilinen bir sayı olarak alındığından, Desibel; söz konusu bir büyüklüğün (Pi) referans büyüklüğe (Pref) oranının logaritmasının 10 katıdır (dB=10log [Pi/Pref])

dBA ise insan kulağının en çok hassas olduğu orta ve yüksek frekansların özellikle vurgulandığı bir ses değerlendirmesi birimidir Gürültü azaltması veya kontrolünde çok kullanılan dBA birimi, ses yüksekliğinin sübjektif değerlendirmesi ile ilişkili bir kavramdır

Eşik şiddetindeki ses ‘sıfır’ desibeldir ve 110-12 W/m2 değerine eşdeğerdir 10 kat daha şiddetli ses 110-11 W/m2; yani 10 dB iken, 100 kat daha şiddetli ses 20 dB’dir Aşağıdaki tabloda, günlük hayatta sıklıkla karşılatığımız bazı ses kaynakları ve bunların ürettiği seslerin desibel olarak şiddetleri karşılaştrıma amacıyla verilmiştir



Ses dalgaları enerjilerini 3 boyutlu ortamda taşırken, kaynaktan uzaklaştıkça ses dalgalarının şiddeti azalır Artan uzaklıkla birlikte ses dalgalarının şiddetinin azalması ses dalgalarındaki enerjinin daha geniş alanlara yayılmasından kaynaklanır Ses dalgaları 2 boyutlu bir ortamda dairesel olarak yayılır Enerji korunduğu için enerjinin yayıldığı alan arttıkça güç azalmalıdır Şiddet ve uzaklık arasındaki ilişki ters-kare ilişkisidir Bu yüzden kaynağa olan uzaklık 2 katına çıktığında şiddet ¼ 'üne düşer Benzer şekilde kaynağa olan uzaklık ¼ 'üne düştüğünde şiddet 16 katına çıkar Uzaklık arttıkça sesin şiddeti, uzaklığın karesi oranında azaltır Aşağıdaki tabloda şiddet ve uzaklık arasındaki ilişki gösterilmiştir:

KULAK
Sesleri algılayan duyu organımız kulaklarımızdır

Kulak üç temel kısımdan oluşmuştur:

Dış kulak
Orta kulak
İç kulak

Kulağın her bir kısmı özel bir amaçla sesi algılamak için çalışmaktadır Dış kulak ses dalgalarını toplayıp orta kulağa iletmekten; orta kulak aldığı ses dalgalarının enerjisini değiştirerek sıkıştırılmış dalgalar şeklinde iç kulağa iletmekten sorumludur İç kulak ise aldığı bu ses dalgalarını sinir sinyallerine dönüştürerek beyne gönderir ve beyinde sesin algılanıp yorumlanması gerçekleşir

DIŞ KULAK

Dış kulak kulak kepçesi ve kulak kanalı olmak üzere 2 kısımdan oluşmuştur Kulak kepçesi özgül şekli sayesinde ses dalgalarını toplamaktan sorumludur Bu yapı ayrıca, sesin gelme yönünü ayırdetmemizi de sağlar Kulak kepçesinden giren dalgalar yaklaşık 2 cm uzunluğunda olan kulak kanalından geçerek kulak zarına gelir Bu aktarım esnasında, kulak kanalı ve kulak kepçesinin yapısından dolayı, özellikle 3000 Hz frekansındaki sesler, şiddetleri artırılarak orta kulağa gönderilir (dış kulağın transfer fonksiyonu) Esas olarak basınç dalgaları olan ses dalgaları, kulak zarına çarparak titreşmesine neden olurlar


Dış kulağın transfer işlevinin ses dalgalarına etkisi ‘m’ ve ‘p’ ile gösterilen eğriler sırasıyla kulak yolu ve kulak kepçesinin farklı ses frekanslarına nasıl etki ettiğini göstermektedir Bu iki etkinin toplamı ise ‘t’ ile gösterilen eğriyle temsil edilir Buna göre kulak kepçesi ve dış kulak yolu, yaklaşık 3000 Hz (3kHz) frekansa sahip ses dalgalarını diğerlerine oranla daha şiddetli biçimde orta ve iç kulağa yansıtmaktadır

ORTA KULAK

Orta kulak, kulak zarı ve birbirine eklemlenmiş 3 tane kemikçikten oluşan hava dolu bir boşluktur Bu 3 kemik dıştan içe doğru sırasıyla çekiç (malleus), örs (incus) ve üzengi (stapes)’dir Kulak zarı oldukça gergin bir yapıdır ve zarın titreşim frekansı gelen ses dalgasının frekansı ile aynıdır Kulak zarı çekiç kemiği ile bağlantılı olduğundan, zarı titreştiren ses dalgaları aynı zamanda çekiç kemiğini de titreştirir ve çekicin hareketi diğer iki kemiği (örs ve üzengiyi) de hareket ettirir Üzengi tabanının iç kulaktaki oval pencereyle bağlantılı olması sayesinde, bu titreşimler iç kulağa iletilir




İşitme sisteminin anatomisi ve orta kulak kemikleri Orta kulaktaki üç kemik adeta bir kaldıraç gibi çalışarak sesin şiddetini arttırarak iç kulağa iletirler “Kaldıraç teorisi”ne göre ses dalgaları büyük alanlı kulak zarından küçük bir alana sahip olan üzengiye geldiğinde yoğunlaşır ve ses yaklaşık 15-20 defa büyütülerek iletilir
Orta kulak boşluğu, geniz (farinks) boşluğuna “Eustachi [östaki] borusu” (tuba auditiva) denen bir kanal ile bağlıdır Bu bağlantı geniz ve orta kulak boşlukları arasında bir basınç eşitleyici görevi görür Bu tüp herhangi bir nedenle tıkandığı takdirde basınç eşitlenemez ve bu kulak ağrısı gibi problemlere neden olabilir

Orta kulaktaki kemikçiklerin bağlantılı olduğu kaslar (m tensor timpani; m stapedius) bazı durumlarda kasılarak kokleayı aşırı yüksek seslerden koruma ve gürültülü ortamlarda düşük frekanslı seslerin maskeleme işlevi görürler

İÇ KULAK

İç kulak, denge ile ilişkili olan ‘vestibüler sistem’ ve işitme merkezi olan ‘koklear sistem’i içeren karmaşık yapılı bir bölgedir Bir sonraki bölümde, iç kulakta sesi algılamayı sağlayan yapıları inceleyeceğiz