Akustik - Rackcdn.com
advertisement
İÇİNDEKİLER 1.BÖLÜM: MÜZİK VE FİZİK……………………………………………………………………….6 Ses ........................................................................................................................................................... 6 Kaynak .................................................................................................................................................... 6 Basit Harmonik Hareket .......................................................................................................................... 8 Titreşim Grafiklerinin Elde Edilmesi ...................................................................................................... 9 Birlikte Oluşan Basit Uyumlu Hareketler ............................................................................................... 9 Ses Dalgalarının Binişimi ........................................................................................................................ 9 Duran Dalgalar ...................................................................................................................................... 10 Rezonans ............................................................................................................................................... 10 Helmholtz Rezonatör............................................................................................................................. 11 Perde ve Frekans ................................................................................................................................... 11 İletici Ortam .......................................................................................................................................... 12 Havadaki Ses Dalgaları ......................................................................................................................... 13 Doppler Olayı ........................................................................................................................................ 13 Enerjinin Ortamlarda İletimi ................................................................................................................ 14 Kulağın Yapısı ve İşlevi ........................................................................................................................ 15 Sesin Algılanması .................................................................................................................................. 18 İşitme Sistemimizin Sınırları ................................................................................................................. 18 Frekans Ayırt etme Sınırları .................................................................................................................. 19 Birleşim Sesleri ..................................................................................................................................... 17 Kulak Harmonikleri............................................................................................................................... 17 İkinci Tür Binişim ................................................................................................................................. 18 Temel Bulma ......................................................................................................................................... 18 Ses Şiddet Düzeyi .................................................................................................................................. 19 Gürlük Düzeyi ....................................................................................................................................... 21 Gürlük.................................................................................................................................................... 28 Müzik Sesi Kaynakları .......................................................................................................................... 29 Tellerin Titreşimleri ............................................................................................................................. 30 Yaylanarak Uyarılan Tel ....................................................................................................................... 26 Sönme Rezonans İlişkisi. ...................................................................................................................... 27 Hava Sütunlarının Titreşimi .................................................................................................................. 27 İki Ucu Açık Silindir Biçimli Borular ................................................................................................... 27 Bir Ucu Açık Silindir Biçimli Borularda Titreşim. ............................................................................... 28 Koni Biçimli Borular ............................................................................................................................. 29 Zarların Titreşimleri .............................................................................................................................. 30 2. BÖLÜM: KONUŞMA, MÜZİK VE GÜRÜLTÜ. ........................................................................ 32 Insan Sesi............................................................................................................................................... 32 Dijital Ses Sentezi ................................................................................................................................. 34 Konuşma Seslerinin Yönselliği . ........................................................................................................... 34 Müzik Sesleri......................................................................................................................................... 35 Gürültü .................................................................................................................................................. 37 Sinyal Bozunumu .................................................................................................................................. 37 Harmonik Bozunma .............................................................................................................................. 37 3.BÖLÜM YANKILANMA ............................................................................................................... 38 Yankılanma ve Oda Rezonansları ......................................................................................................... 38 Sesin Oda İçinde Büyümesi .................................................................................................................. 38 Sesin Yükseliş ve Sönüş Eğrisinin Durumu .......................................................................................... 39 Yankılanma Süresi ................................................................................................................................ 40 Beyaz ve Pembe Gürültü ....................................................................................................................... 41 Ekipman ................................................................................................................................................ 42 Ölçüm Prosedürü ................................................................................................................................... 42 Birleşik Mekanların Akustiği. ............................................................................................................... 44 Bitişik Elektroakustik Mekanlar ............................................................................................................ 44 Sönüm Oranı.......................................................................................................................................... 45 Yankılanmanın Konuşma Üzerine Etkisi .............................................................................................. 65 Yankılanmanın Müzik Üzerine Etkisi ................................................................................................... 65 İdeal Yankılanma Süreleri ..................................................................................................................... 46 Yankılanma Süresinin Pest Seslerde Artışı ........................................................................................... 47 Yapay Yankılanma ................................................................................................................................ 48 Varış Zaman Farkı ................................................................................................................................. 49 4.BÖLÜM: GÜRÜLTÜNÜN KONTROLÜ ...................................................................................... 50 Gürültü Kaynakları ve Bazı Çözümler .................................................................................................. 50 Ses İzolasyonlu Duvarlar....................................................................................................................... 51 Ses İletim Sınıflandırması (STC) .......................................................................................................... 52 Duvar Yapılanrında Karşılaştırma ......................................................................................................... 53 Çift Pencere ........................................................................................................................................... 54 Ses Yalıtımlı Kapılar ............................................................................................................................. 55 Gürültü ve Oda Rezonansları ............................................................................................................... 57 Aktif Gürültü Kontrolü.......................................................................................................................... 57 5.BÖLÜM: SESİN SONÜMLENMESİ ............................................................................................. 58 2 Akustik- Murat Tıraş Ses Enerjisinin Dağılması ..................................................................................................................... 58 Ses Sönümlenmesinin Değerlendirilmesi .............................................................................................. 59 Yansışımlı Oda Yöntemi ....................................................................................................................... 59 Empedans Tüp Yöntemi ........................................................................................................................ 59 Emici Malzemenin Monte Edilmesi ...................................................................................................... 60 Orta/Yüksek Frekanslarda Gözenekli Malzemelerin Söndürücülüğü ................................................... 62 Cam Yünü, Yapı Yalıtımı ..................................................................................................................... 62 Cam Yünü Panoları .............................................................................................................................. 63 Kalınlığın Ses Sönümlenmesine Etkisi ................................................................................................. 63 Ses Söndürücüsünün Arkasında Boşluk Bırakmanın ses Sönümlenmesine Etkisi ............................... 29 Ses Söndürücüsünün Yoğunluğunun Etkisi .......................................................................................... 64 Açık Hücreli Köpükler .......................................................................................................................... 64 Ses Yutucusu Olarak Perdeler. .............................................................................................................. 64 Halıların Ses Yutucusu Olarak Kullanılması ........................................................................................ 66 Sesin Hava Tarafından Soğurulması ..................................................................................................... 67 Rezonans ile Bas Frekansları Soğurmak (Bass Traps). ......................................................................... 67 Diyaframatik Söndürücüler ................................................................................................................... 68 Polisilindirik Söndürücüler.................................................................................................................... 69 Helmholtz Rezonatörler. ....................................................................................................................... 70 Yarıklı Söndürücüler ............................................................................................................................. 74 Ses Söndürücü Malzemelerin Yerleştirilmesi . ..................................................................................... 74 Helmholtz Rezonatörlerin Yankılanma Süreleri ................................................................................... 75 Modüller ................................................................................................................................................ 77 6.BÖLÜM YANSIMA, KIRINIM, KIRILIM .................................................................................. 78 Düz Yüzeylerden Yansıma .................................................................................................................... 78 Konkav ve Konveks Yansıtıcılar ........................................................................................................... 78 Sesin Kırınımı........................................................................................................................................ 80 Kırınım ve Dalga Boyları ...................................................................................................................... 80 Büyük ve Küçük Deliklerde Kırınım .................................................................................................... 81 Engeller ile Kırınım ............................................................................................................................... 81 Sesin Kırılımı ........................................................................................................................................ 84 7. BÖLÜM SESİN DİFÜZYONU ...................................................................................................... 85 Oda Difüzyonunun Değerlendirilmesi .................................................................................................. 85 Durağan Durum Ölçümleri .................................................................................................................... 85 Sönüm Vuruları ..................................................................................................................................... 86 Üstel Sönümlenme ................................................................................................................................ 86 3 Akustik- Murat Tıraş Konuma Göre Yankılanma Süresi ......................................................................................................... 87 Sönüm Şekilleri ..................................................................................................................................... 88 Mikrofon Yönselliği .............................................................................................................................. 88 Oda Şekilleri .......................................................................................................................................... 89 Oda Yüzeylerinin Eğimlenmesi ............................................................................................................ 92 Konveks ve Konkav Yüzeyler ............................................................................................................... 95 MLS difüzör .......................................................................................................................................... 95 Yansıma Faz Ağlı Difüzörler ................................................................................................................ 95 Quadratic Residue Difüzör (QRD) ........................................................................................................ 96 Primitive Root Difüzör .......................................................................................................................... 97 Kırınma Ağlı Difüzörlerin Performansı ................................................................................................ 99 Flutter Echo Probleminin Çözümü ...................................................................................................... 100 Fraktal Uygulamaları ........................................................................................................................... 101 Akustik Beton Bloklar ........................................................................................................................ 103 Difüzyon Etkinliğinin Ölçülmesi ........................................................................................................ 104 8.BÖLÜM: KAPALI ALANLARDA MOD REZONANSLARI ................................................... 106 Mod Bant Genişliği ............................................................................................................................. 111 Mod Basınç Noktaları ......................................................................................................................... 116 Kapalı Mekanlarda Yansıma ............................................................................................................... 116 Comb Filter Efekt ................................................................................................................................ 119 Comb Filter Efektin Duyulabilirliği .................................................................................................... 119 Çok Kanallı Kayıt................................................................................................................................ 120 9.BÖLÜM: STÜDYO İÇİN SAKİN HAVA.................................................................................... 122 Gürültü Kriterlerinin Seçimi................................................................................................................ 122 Fan Gürültüsü ...................................................................................................................................... 124 ASHRAE ............................................................................................................................................. 125 Makine Gürültüsü ................................................................................................................................ 125 Hava Hızı............................................................................................................................................... 12 Terminal Uygulamaları ......................................................................................................................... 13 Doğal Azaltma ....................................................................................................................................... 13 Kanal Kaplama ................................................................................................................................... 147 Plenum Susturucular.............................................................................................................................. 15 Paketlenmiş Zayıflatıcılar...................................................................................................................... 18 Reaktif Susturucular .............................................................................................................................. 18 Rezonatör Susturucular ......................................................................................................................... 19 Kanal Yeri ........................................................................................................................................... 130 4 Akustik- Murat Tıraş Bazı Yararlı Tavsiyeler ....................................................................................................................... 130 10. BÖLÜM: DİNLEME ODALARININ AKUSTİĞİ .................................................................. 131 Küçük Oda Akustiğinin Özellikleri ..................................................................................................... 131 Oda Ölçüleri ........................................................................................................................................ 131 Dinleme Odaları Düşük Frekanslar ..................................................................................................... 132 Oda Rezonanslarının Kontrolü ............................................................................................................ 133 Dinleme Odaları için Bass Trapler ...................................................................................................... 133 Mod Renklenmesi................................................................................................................................ 135 11.BÖLÜM: KÜÇÜK KAYIT STÜDYOLARININ AKUSTİĞİ .................................................. 138 Stüdyo Akustik Karakteristiği. ............................................................................................................ 138 Yankılanma ......................................................................................................................................... 138 Stüdyo Tasarımı .................................................................................................................................. 139 Oda Oranları. ....................................................................................................................................... 140 Yankılanma süresi ............................................................................................................................... 140 Stüdyo Tasarımı .................................................................................................................................. 142 12. BÖLÜM: KONTROL ODASI AKUSTİĞİ.............................................................................. 143 Kaynaktan Çıkan İlk Ses ile Yansıyan Ses Arasındaki Zaman Farkı .................................................. 143 Live End .............................................................................................................................................. 145 Düz Yansımalar ve Difüzyon .............................................................................................................. 145 Kontrol Odalarındaki Düşük Frekans Rezonansı ................................................................................ 147 Uygulamada İnitial Time Delay Gap .................................................................................................. 148 Yansımaları Yönetmek ........................................................................................................................ 150 Yansımasız Kontrol Odası................................................................................................................... 150 Kontrol Odası Frekans Aralığı. ........................................................................................................... 152 Kontrol Odasının Dış Katmanı ............................................................................................................ 153 Kontrol Odasının İç Katmanı .............................................................................................................. 153 13.BÖLÜM: AYARLANABİLİR AKUSTİK MALZEMELER ................................................... 154 Perdeler (Draperies, yalıtım amaçlı kumaş) ........................................................................................ 153 Ayarlanabilir Paneller: Absorpsiyon ................................................................................................... 153 Ayarlanabilir Paneller: The Abffusor .................................................................................................. 154 Gizli Paneller ....................................................................................................................................... 155 Panjurlu(Louvered) Paneller ............................................................................................................... 155 Değişken Rezonant Araçları ................................................................................................................ 155 Dönen, Döndürülebilir (rotating) Elementler ...................................................................................... 157 Portatif(Taşınabilir) Üniteler: The Tube Trap ..................................................................................... 158 Portatif Üniteler: The Korner Killer .................................................................................................... 158 5 Akustik- Murat Tıraş 1.MÜZİK VE FİZİK Fizik bilimi birçok alanda faaliyet göstermektedir. Dünyada, uzayda, evrende meydana gelen birçok olayı açıklamaya çalışan fizik bilimi, ses denilen olguyuda incelemiş ve kendi içinde akustik olarak adlandırdığımız alt alanını bu konuya ayırmıştır. Müziğin gelişiminin her evresinde ses olduğu için fizikle her zaman bir ilişki içinde olmuştur. Ses Sesin var olabilmesi için üç faktör gereklidir. Bunlar kaynak, ortam ve alıcıdır. Bu üçünden herhangi bir tanesi olmadığı zaman ses var olamaz. Kaynak tireşen herhangi bir cisim, ortam sesin yayılabilmesi için gerekli madde, alıcı da bu maddeden gelen enerjiyi anlamlı hale dönüştürecek bir algı mekanizmasıdır. Kaynak Kaynak titreşim hareketi vasıtasıyla sesi oluşturmaktadır. Bu titreşim hareketi çok küçük boyutlarda olmaktadır. Bir atomun çapının onda biri genlikteki bu hareketlere küçük titreşimler(small oscillations) diyoruz. Tireşim hareketi yinelenen bir harekettir. Yinelenen hareket kendini tekrarlayan hareket demektir. Dünyanın güneş etrafında dönmesi, bir saatin sarkacının yaptığı hareket, salıncağın sallanması, alternatif elektrik akımının yaptığı hareket yinelenen hareketlere verebileceğimiz örneklerdir. Şekil 1.1 Kaynağın atomlarının yaptığı titreşim hareketi yukarıdaki yay sisteminin yaptığı harekete benzemektedir. Kütleyi denge konumundan x kadar çekip bıraktığımda, hareketi tekrar denge konumuna doğru olacaktır, ama denge konumuna geldiğinde belli bir hıza ulaştığı için duramayacak ve yine x kadar ters tarafa doğru gidecek durup geri dönecektir. Eğer sürtünme olmazsa bu hareketi sonsuza kadar devam ettirecektir. Sistem denge konumundan uygulanan kuvvetle doğru orantılı olarak uzaklaşacaktır. Kütlenin denge konumundan herhangi bir andaki uzaklığına uzanım, maksimum gidebileceği uzaklığa genlik diyoruz. Basit bir titreşimin grafikle gösterimi şekil 1.2 deki gibidir. Şekil 1.2 6 Akustik- Murat Tıraş z:±A0 büyüklüğündeki bir titeşen iğne λ;: dalga boyu x:c hızındaki band hızı w: Oluşan dalga Şekil 1.2: Hareket eden bir kağıt şerit üstündeki titreşen iğne Şehir elektrik akımı da saniyede 50 kere –314 Volta inip +314 Volta çıkmaktadır. Biz etkin ortalama değer olarak 220 voltu kullanıyoruz. Yani elektrik akımıda 50 hz’lik frekans ve 314 voltluk genlikle yinelenen hareket yapmaktadır. Alternatif akım kullanılarak belli frekanstaki hareketler elektronik ortama taşınabilmektedir. Şekil 1.3 Şekil 1.3: Sembol Sinyal seviyesinin çeşitli ölçümleri İsim Tanım Aortalama Ortalama Genlik Pozitif sinyalin aritmetik ortalaması ARMS Root mean square Genliğin enerji içeriğine oranı Atepe Tepe Genliği Maksimum Pozitif Genlik Atepe-tepe Tepeden Tepeye Genlik Pozitiften negatife maksimum genlik 7 Akustik- Murat Tıraş Basit Harmonik Hareket Şekil 1.4 Basit uyumlu hareketi bir çember üzerinde hareket eden cismin yatay izdüşüm hareketi olarak tanımlayabiliriz. Daha önce bahsettiğimiz yinelenen hareketin tek boyutlu halidir. Basit uyumlu hareketin bir defa tamamlanması için geçen süreye periyot denir. Periyodun simgesi T dir. Bir saniyelik süre içinde oluşan titreşim sayısına ise frekans denir. Frekans ile periyot arasında ki matematiksel ilişki f = 1/T şeklindedir. Bütün basit uyumlu hareketlerin izi zaman içinde sinüs eğrisi oluşturur. Yandaki şekilde basit uyumlu hareket yapan yay sisteminin kinetik ve potansiyel enerji grafikleri gösterilmiştir. Sistem denge konumundayken kinetik enerji sıfır, potansiyel enerji 0,5 joule kadardır. Hareket başladıktan sonra kütlenin hızı artmaya başladığı için kinetik enerjide artar. Hareket maksimum uzanımına (genlik) ulaştığında potansiyel enerji 0,5 joule’ e kinetik enerji 0’ a iner. Grafiklere dikkat edildiğinde toplam enerjinin sürekli korunduğu gözlenir. Eğer sürtünme yoksa enerji kaybıda olmayacağı için enerji korunur, sadece şekli değişir. Bu tür sistemlere ideal sistem denir. Ancak günlük Şekil 1.5 hayatımızdaki sistemlerde sürtünme olduğu için varolan enerji korunmaz ve hareket belli bir süre sonunda sona erer. Bir ses çatalının yaptığı titreşim hareketide basit uyumlu harekettir. Ses çatalının titreşim hareketini gözlemlersek belli bir süre sonra titreşimi gösteren sinüs eğrisinin genliğinin küçülerek sıfır olduğunu görürüz. Titreşim sönerken genlik azalmakta bununla birlikte sesin gürlüğüde azalmaktadır. Bununla birlikte frekans ve periyot değişmez. Çünkü titreşen cismin özellikleri değişmediği sürece frekans ve periyot değişmez. Başka bir ifade ile frekans ve periyot titreşen sisteme bağlı olarak değişir. Titreşimin başlangıcından sona ermesine kadar geçen süreye sönme süresi denir. Sönme süreleri ses kaynağının özelliklerine göre değişir. 8 Akustik- Murat Tıraş Üflemeli çalgılarda üflenen hava kesilirse ses hemen söner , telli çalgılarda sönme süresi kısadır. Sürekli ses vermesini istediğimiz bir çalgının enerjisini yenilememiz gerekir. Yaylı çalgılarda sürekli enerji verildiği için devamlılığı olan bir ses elde ederiz. Titreşen sistemin nekadar çok parçası olursa sönme süreside o kadar kısalır. Çünkü enerji parçalar arasında paylaşılacaktır. Titreşim Grafiklerinin Elde Edilmesi Titreşim grafiklerinin çizilmesi için osiloskop dediğimiz aleti kullanmaktayız. Osiloskop elektron tabancası, vakum tüp, yatay ve düşey elektron saptırıcıları ve fluoresan ekrandan oluşur. Osiloskop kullanırken dışardan gelen sesi algılayacak bir mikrofona ihtiyaç duyarız. Basit olarak osiloskobun çalışma prensibi, mikrofonla algılanan sesin, sesin frekansıyla aynı frekansa sahip düşük şiddette alternatif elektrik akımına dönüştürülerek ekrana yansıtılmasıdır. Osiloskoptaki iki saptırıcı, iki ses dalgasını şekillendirmek için vardır. Mikrofondan gelen akımı düşey saptırıcılara, osiloskobun ürettiği frekansını kendimizin belirlediği akımı yatay saptırıcılara verdiğimiz zaman osiloskop biri yatayda biri düşeyde olmak üzere iki grafik ekrana verir. Ekranda Lissajous eğrileri dediğimiz özel şekiller oluşur. Bu şekillerin hangi frekans oranlarında nasıl olacağı bellidir. Bu şekillerden tanıdık bir tanesi oluştuğunda, osiloskoptan verdiğim sesin frekansın bildiğim için orana bakarak mikrofondan gelen sesin frekansını bulabilirim. Bu şekillerden bazıları aşağıdaki gibidir. İkinci metod iki sesi aynı saptırıcıya vermektir. Aynı saptırıcıya verilen osiloskop ve mikrofondan gelen ses dalgaları vurusuz olarak üst üste bindiği zaman osiloskoptan verilen sesin frekansı bilindiği için mikrofondan gelen sesin frekansıda aynısı olur. Öteki frekans ölçen aletler elektronik frekans sayaçları ve frekansmetrelerdir. Frekans sayaçları belli bir sürede açılıp kapanarak, o süre içinde gelen dalgalar sayılarak çalışan aletlerdir. Frekans metreler ise sesten dönüştürülen akımın diyotlar yardımı ile kondansatörlerde depolanarak, depolanan yük miktarının geriliminin uygun bölmelendirilmiş voltmetrede frekans olarak okunması ile çalışan aletlerdir. Birlikte Oluşan Basit Uyumlu Hareketler Birlikte oluşan basit uyumlu harekette iki dalganın toplamı kadar olan yeni bir dalga modeli oluşur. Buna bileşke titreşim denir. Bileşke titreşimin frekansı gelen titreşimler aynı frekanstaysa, bunlarla aynı frekansta olur. Genlikler ise iki dalganın toplamı kadar olur. Burada bileşke sesin nasıl olacağını faz farkı belirler aynı fazdaki hareketler baştan sona birbirine benzer yapıdadır. Faz farkı şekil 4 teki hareket üzerinden anlatacak olursak, faz farkı 0º demek hareketin aynı noktada aynı anda veya birinci hareketli o noktaya geldiğinde ikinci hareketlinin hareketine aynı noktadan başlamasıdır. Faz farkı 180º demekse hareketlilerin 180º farkla harekete katılmalarıdır, zıt faz olarakda isimlendirilir. Ses Dalgalarının Binişimi Ses dalgaları ortamda üst üste geldikleri zaman yeni bir bileşke dalga oluşur. İki ses kaynağı ortamda farklı şekillerde birleşebilir. Aynı fazda birleştikleri zaman 2g genlikli bileşke ses, zıt fazlı birleştiklerinde sönmüş ses meydana gelir. Ses dalgaları birinci ve ikinci durumdaki gibi üst üste geldiği zaman bileşke ses 2g genlikli olur. Üçüncü durumda ise ses dalgaları altlı üstlü geldilerinden dolayı binişen dalgalar birbirini yok edip sıfırlanırlar, yani ses yok olur. 9 Akustik- Murat Tıraş Duran Dalgalar Bazı özel durumlar sağlandığında ortamda hareket eden dalgalar hareketsiz duruyormuş gibi gözlemlenir. Bu tür dalgalara duran dalgalar denir. Bunu görebileceğimiz en uygun yer bir teldir. Telin üzerinde oluşturacağımız atmaları belli bir f frekansıyla tekrarlarsak, oluşan atmalar binişip yeni bir bileşke dalga oluşturacaktır. Uygun şartlar mevcut olduğunda bu dalga duruyormuş gibi gözükür. Bu şartlar; telin boyuna dalganın periyodu ve hızına bağlıdır. Şekil 1.6 Rezonans Bir sistemi güçlendirmek için sisteme bağlanan elemana rezonatör denir. Her cismin bir öz titreşim frekansı vardır. Yani cismi her titreştirdiğim de aynı frekansta ses verir. Uyarıcı etkinin verdiği frekans, rezonotarün öz titreşim frekansıyla uyumluysa ses güçlendirilir. Rezonansı daha iyi anlayabilmek için birçok örnek verebiliriz. Bir salıncağı sallarken ne kadar güçlü sallarsak sallayalım bir seferde onu en yükseğe çıkaramayız ama salınımın maksimum olduğu noktada salıncağa tekrar enerji vererek salıncağın enerjisini yani genliğini arttırabiliriz. Çukura batmış bir otomobili 10 kişi bile bir seferde çıkartamazken, tek başımıza salınım yaptırarak, sürekli enerji vererek, çıkartabiliriz. Bir köprüyü yada bir bardağı öz titreşim frekansında salınım yapmaya zorlayarak yıkabiliriz. Çalgılarda da sesi güçlendirmek ve yönlendirmek için rezonatörler kullanırız. Bir teli gövdesiz olara düşündüğümüzde, yani teli havada gererek iki noktadan bağlarsak , teli titreştirdiğimizde telin sesinin zayıf olduğunu görürüz. Hatta sadece kendi yakın çevresine ses verebilmektedir. Arkasına bir levha koyduğumuzda sesin uzaktanda duyulabildiğini gözlemleriz. Burada levhanın görevi ses dalgalarının belli bir yönde hareket etmesini sağlamaktır. Levhasız durumda ses dalgaları telin çevresinde dolandığından enerji ortamda yayılamaz. Rezonatörün ikinci görevi ise sesi güçlendirmektir. Çalgılarda gövde olarak tabir ettiğimiz kısım çalgının rezonatörüdür. Gövde olmasaydı ses çok düşük şiddete çıkardı. Burda aklımıza bir soru geliyor. Çalgıya enerji veren biz olduğumuza göre, bizim verdiğimiz enerjiden daha fazlasını mı ortama veriyor ki sesin şiddetini yükseltebiliyor?. Bunun cevabı 10 Akustik- Murat Tıraş tabi ki rezonatörün yoktan enerji var etmesi mümkün değil. Rezonatör enerjiyi daha kısa sürede yönlendirip, toplu olarak verebildiği için sesi güçlendirebiliyor. Bunu sifona benzetebiliriz, sifon içindeki suyu bir anda verebildiği için etkisi büyüktür. Yada medikal de kullanılan kalp şok cihazları da bu duruma güzel bir örnektir. Şok cihazları elektrik yüklerini depolayan kapasitörler yardımıyla, bir doğru akım kaynağından elde edilemeyecek miktar elektriği bir anda verebilmektedir. Fotoğraf makinesinde de aynı durum vardır ( flaş). O zaman rezonatör olmasaydı ses daha uzun süre var olabilecek ama düşük şiddette olacaktı. Sesin yok olma süresine sönme süresi denir. Ses ortamdaki ve kaynaktaki sürtünmelerden dolayı belli bir süre sonunda söner. Sönme süresi ile rezonatörün sesi güçlendirme miktarı arasında bir ilişki vardır. Biraz önce anlatılanlardan da çıkartabileceğimiz gibi sesi ne kadar hızlı verirsek(kısa sürede), ses o kadar güçlü olacaktır, bununla beraber çabuk sönecektir. Helmholtz Rezonatör 1850 li yıllarda Helmholtz ve Koenig silindir şeklindeki kapları kullanarak ses kaynaklarının hangi frekansta ses verdiklerini buluyorlardı. Burda ki kullandıkları bilgi rezonatör olarak kullandıkları kabın öz titreşim frekansına uygun ses geldiğinde, sesin güçlü ve rezone olmuş şekilde duyulmasıydı. Aşağıda şeklini gördüğümüz silindirik kürenin (helmhotz resonator) öz titreşim freansını matematiksel bir bağıntıdan hesaplayıp, hangi frekanstaki sesi daha fazla güçlendireceği bulunur. Bu bağıntıda aşağıda verilmiştir. A: boyunlu kısmın boşluğunun alanı L: boyunlu kısmın uzunluğu; V: hacim; v: sesin hızını gösterir Şekil 1.7 Perde ve Frekans Frekansın bir saniyede meydana gelen titreşim sayısı olduğunu söylemiştik. Perde ise algılanan frekans olarak tanımlanır. Basit seslerle yapılan deneylerde algılanan frekansın sesin şiddetine bağlı olarak değiştiği gözlemlenmiştir. Ama müzik seslerinde aynı şey 11 Akustik- Murat Tıraş gözlemlenememiştir. Perdeyi frekansın müzik dilindeki karşılığı olarak da tanımlayabiliriz. Frekansın algılanmasında zaman kavramı önemli olduğu için farklı sorular kafamızda oluşabilir. Frekansın tanımı saniyede ki titreşim sayısı olduğu için beynimizin zamam algılaması da önemlidir. Bir saniyenin 1000 ms olduğunu düşündüğümüzde, beynimizin bir saniyeyi 1000 ms den daha farklı bir değerde algılama şansı varmıdır?. 980 ms algılarsa duyduğu frekanslar değişir mi?. Bu soruların üzerinde düşünmemiz gerekir. İletici Ortam Sesin yayılabilmesi için maddesel bir ortam gereklidir. Bu ortam katı, sıvı yada gaz olabilir. Katılarda sıvılara göre, sıvılarda gazlara göre ses daha hızlı yayılır. Mesela kulağımızı tren raylarına koyup kilometrelerce ötedeki trenin gelişini duyabiliriz. Ses ortamda dalgalar vasıtasıyla yayılır. Bu dalgalar enine yada boyuna şeklinde olabilir. Katılarda ve sıvılarda moleküller arasında hem çekme hem de itme kuvvetleri olduğu için ses, her iki dalga şekliylede yayılabilirken, gazlarda moleküller arasında itme kuvvetleri olduğu için ses boyuna dalga şeklinde yayılır. Şekil 1.8 Boyuna dalgalarda enerji transfer yönü ile parçacıkların hareketi iletme yönü aynıdır. Enine dalgalarda ise enerji transferi ile parçacıkların hareketi iletme yönü birbirine diktir. Dalga hareketlerinde dalganın oluşmasına imkan veren madde yer değiştirmez. Sadece hareketin iletilmesini sağlar. Dalgaların yayılma hızını etkileyen ortam özelikleri üzerinde duracak olursak iki önemli faktör gözümüze çarpıyor. Ortamı bir yay sistemi gibi düşünürsek yaylar arasındaki bilyelerin birim kütlelerinin artması hareketin yavaşlamasını, birim kütlenin azalması ise hızın artmasını sağlayacaktır. İkinci faktörde bilyeleri birbirine bağlayan yaylardır. Yayların kalınlığı arttığı zaman kuvvetler artacağı için hareket hızlanacak, ince yay kullandığımızda da hareket yavaşlayacaktır. Sistemi ses dalgalarının yayılmasını sağlayan maddesel ortamın özelliği açısından açıklayacak olursak, madde tanecikleri ne kadar hafif ve birbirine ne kadar sıkı bağlıysa ses o kadar hızlı 12 Akustik- Murat Tıraş hareket edecektir. Katılarda moleküller arası çekim kuvveti daha fazla olduğu için, yayılma hızı sıvılara ve gazlara göre daha fazladır. Havadaki Ses Dalgaları Havada ses dalgaları boyuna dalga şeklinde yayılır. Ses dalgaları titreşim kaynağının frekansına uygun olarak sıkışma ve genleşme bölgelerinin arka arkaya gelmesiyle oluşur. Saniyede 400 kere titreşen bir ses kaynağı, 400 adet bu dalgalardan üretir. Aşağıdaki şekilde 1960’da Bell laboratuarlarında fotoğraflanmış ses dalgasını görebilmekteyiz. Şekil 1.9 Fotoğraf özel bir filtre yardımı ile görüntülenmiştir. Belli bölgelerde hava sıkışmış, arkasından gelen bölgede ise genleşmiştir. Havanın sıkıştığı bölgelerde basınç değeri +x kadar artmış, genleştiği bölgelerde de –x kadar azalmıştır. Hava durgunken basıncı 1 atmosfer(100000pascal) dır. Bu çok büyük bir miktardır. Daha iyi anlamak için şöyle düşünebiliriz, vücudumuzun üzerine 10 ton luk bir yük binmesine eşdeğerdir. Biz bu kadar büyük bir basıncın altında nasıl durabiliyoruz?. Bu dış basıncı iç basıncımızla dengeliyoruz, yani vücudumuzdaki iç basıncımızda 10 tonluk dışarıya bir etki yapıyor. Yukarılara çıktıkça vücudumuz şişer çünkü iç basıncımız dış basınçtan daha büyük olmaya başlar. Dağcılar tırmanırken vücudun adaptasyonu için belli yüksekliklerde birkaç gün konaklarlar. Uzaya kadar çıkarsak patlarız, çünkü atmosferden çıktıktan sonra hava olmayacağı için dış basınç sıfırlanır. Bizim ses dalgaları ile yarattığımız ortalama basınç değişim değeri ise oldukça küçüktür. Yaklaşık olarak 0,00005 pascal kadardır. Kulağımız bu basınç değişimlerini sesin genliği (şiddeti) olarak algılar. Yani ne kadar çok basınç değişimi yaratırsak o kadar şiddetli ses duyarız. Doppler Olayı Eğer ses kaynağı hareketli ise algılanan frekans değişir. Bize doğru gelen kaynağın yaydığı sesin frekansı, ilerleyen dalgalar birbirine daha çok yaklaştığı ve gözlemcinin saniyede 13 Akustik- Murat Tıraş algıladığı dalga sayısı arttığı için duyulan sesin frekansı artar. Tersi durumda da kaynak bizden uzaklaşıyorsa, ses dalgaları arası açılacağı için algılanan dalga sayısı azalır. Bu yüzden algılanan frekans azalır. Bu olayı matematiksel bağıntıyla belirtecek olursak 𝑣̀ 𝑓̀ = 𝑓. (1 ± ) şeklinde tanımlarız. 𝑣 f': algılanan frekans f: sesin frekansı v': kaynağın hızı v: sesin hızı Enerjinin Ortamlarda İletimi Ses enerjisi ortamlarda enine ve boyuna dalgaları kullanarak yayılır. Enerji havada yayılıyorsa küresel bir şekilde yayılır. Ses kaynağının gücünün birim yüzey alanına bölünmesi sonucu ses şiddet düzeyini hesaplarız. Birimi watt/m²dir. Her hangi bir noktada şiddet düzeyini hesaplamak için I=P/4лr² formülünü kullanırız. I: şiddet düzeyi P:kaynak gücü r: kaynaktan uzaklık Şekil 1.10 Enerji ortamda iki boyutlu olarak da yayılabilir. Masanın üzerindeki sesin yayılımı bu duruma örnektir. Bu durumda matematiksel olarak ses şiddetinin hesabı I= P/ 2лr olacaktır. Ses üç yada iki boyutlu olarak yayıldığı gibi tek boyutluda yayılabilir. Bunun en güzel örneği de demiryolu raylarıdır. Demiryolu raylarına kulağımızı dayadığımızda kilometrelerce ötedeki trenin sesini bile duyabiliriz. 14 Akustik- Murat Tıraş Kulağın Yapısı ve İşlevi Şekil 1.11 Kulak anatomik bakımdan dış kulak, orta kulak ve iç kulak olarak üç kısma ayrılır. Dış kulak kulak kepçesi ve kulak kanalından oluşur. Kulak kepçesi dışarıdan gelen ses dalgalarını toplayarak kulak kanalına iletir. Kulak kepçesinin kıvrımlı yapısı gelen akustik enerjinin kulağın çevrilmesine gerek kalmadan toplanmasını sağlar. Bazı hayvanlarda kulak düz şekillendiği için sesi duyabilmek için kulağın çevrilmesi gerekir. Kulak kanalı yaklaşık olarak 3 cm boyundadır. Kulak kanalından geçen ses dalgaları kulak zarını titreştirir. Dış kulağın orta kulağa bağlandığı kulak zarı, orta kulakta kemik zincirine bağlıdır. Bu yüzden gelen titreşimleri lineer olarak iletemez. Biçimlerinden dolayı çekiç, örs ve üzengi adı verilen bu kemikler titreşimleri orta kulaktan geçirerek iç kulağa aktarırlar. Bu kemikler sayesinde gelen ses dalgaları kulak için uygun bir hale getirilir. Aynı zamanda kulak zarının lineer titreşmesini engelledikleri için gelen sese yeni sesler katılmasını sağlarlar. Orta kulakta ki diğer bir bölüm ise eustachi borusudur. Eustachi borusunun görevi kulak zarının orta kulak tarafı ile hava ile temas halindeki dışkulak tarafı arasında basınç dengesi kurmaktır. Atmosfer basıncı rakım değiştikçe değişir. Yukarılara çıktıkça basınç azalır, aşağılara gittikçede artar. Vücut, bulunduğu ortamın basıncına adapte olabilmek için zaman ister. Kulak zarımızda dışardaki basınç değiştiğinde titreşemez, geçici olarak sağırlık durumu oluşur. Normalde kapalı duran ve ağızla kulak arasında iletişim kuran eustachi borusu yutkunduğumuz zaman açılır. Böyle bir durumda yutkunduğumuzda ağızdan gelen hava orta kulağa iletildiği için kulak zarının iki tarafındaki basınçlar eşitlenir ve kulak zarı serbestçe titreşmeye başlar. İç kulak başlıca iki kısımdan oluşur, yarım çember kanallar ve salyangoz. Yarım çember kanalların işitme olayıyla bir ilgileri yoktur. Bunlar vücudun dengesini sağlamakla görevlidirler. Salyangoz ise işitme sistemimizin en önemli elemanlarınden bir tanesidir. Orta kulaktaki kemikler vasıtasıyla iç kulağın penceresi olan oval pencereye gelen ses dalgaları 15 Akustik- Murat Tıraş salyangoza doğru iletilir. Salyangozun içinde bulunan perilenf sıvısı gelen sesle beraber dalgalanır ve belli bir bölgede rezone olarak beyne gelen etkiyi iletir. Salyangoz açılıp yuvarlanırsa yaklaşık olarak 3,5 cm boyunda bir boru elde edilir. Bu borunun alt kısmında perilenf sıvısı üst kısmında ise 30000 kadar sinir hücreleri bulunur. Bu sinir hücrelerine korti organı denir. Gelen sesin frekansına göre tabanda bulunan sıvı belli bir bölgede rezone olarak toplanır. Yüksekliği artan sıvı borunun üst kısmındaki tüyleri uyararak beyne sinyal gitmesini sağlar. Beyin gelen sesin frekansını sinyalin hangi bölgeden geldiğine bakarak ayırt eder. Rezonans bölgesinin taban zarındaki konumu, sesin frekansına bağlıdır. Düşük frekanslı sesler zarın apekse yakın bölgelerinin rezone olmasını, yüksek frekanslı sesler ise oval pencereye yakın bölgelerin rezone olmasını sağlar. Bu bölgeler oktav aralığı oluşturacak şekilde şekillenmiştir. 3,5 cm’lik boru on parçaya ayrılmış ve her bir parçası bir oktav aralığından sorumlu tutulmuştur. Yaklaşık olarak her bir sekizli aralığa 3,5 mm’lik bir alan ayrılmıştır. Tabi bu düzenli değildir. Bazı frekans bölgeleri için bu pay biraz daha fazladır. Sesin Algılanması Sesin algılanması fiziksel, fizyolojik, nörolojik ve psikolojik yönleri olan karmaşık bir olaydır. Kaynaktan çıkıp ortamı geçtikten sonra dış kulağa gelen ses dalgaları orta kulak başlangıcındaki kulak zarını titreştirerek akustik enerjiyi orta kulağa aktarır. Buradan kemikler vasıtasıyla iç kulağa iletilen enerji nöral sistemler vasıtasıyla beyne iletilip anlamlandırılır. İşitme sistemimizin kulak, işitme sinirleri, ve beynin işitme ile ilgili bölümünden oluştuğunu söyleyebiliriz İşitme Sistemimizin Sınırları İştme sistemimizin hem frekans hem de ses şiddeti algılaması yönünden sınırları vardır. Sağlıklı bir insanın frekans algılama sınırı 15Hz – 20000Hz arasındadır. Tabi ki bu ortalama bir değerdir ; kulağın yapısına, yaşa ve sesin şiddetine bağlı olarak değişebilir. 15 Hz’ in altında, 20000 Hz’ in üstünde de sesler vardır ama biz bunları duyamayız. 15 Hz’ in altındaki seslere ses altı (infrasound), 20000 Hz’in üstündeki seslere de ses üstü (ultrasound) denir. Hayvanlar alemine baktığımızda onların sınırlarının bizden farklı olduğu görünmektedir. Köpekler 50-45000 Hz Kediler 45-85000 Hz Yarasalar 120000 Hz e kadar Yunuslar 200000 Hz e kadar Filler 5- 10000 Hz arasını duyabilirler. Frekans aralığı gibi insanın ses şiddetinde de işitme sınırları vardır. Mutlak birim sisteminde bu sınırın altı 10¹² ־Watt/m², üstü ise acı sınırı olarak da adlandırılır 1 Watt/m²’ dir. Ancak bu sınır frekansa göre değişmektedir Frekans Ayırt Etme Sınırları Gelen iki sesin birbirinden ayrılabilmesi için frekansları arasında belli bir uzaklık olması gerekir. Frekans ayırt etmek için kullandığımız korti organının işleme mekanizmasından dolayı, iki ses birbirine fazlasıyla yakınsa taban zarındaki çalkalandırdıkları bölgeler birbirleriyle çok iç içe girebilir. Çalkalanan bölgelerin yakınlığı nedeniyle iki ses aynı nöronları uyarıp seslerin birbirinden ayrılmasını engeller. Bu yüzden gelen seslerin 16 Akustik- Murat Tıraş birbirinden ayrı algılanabilmesi için belli bir uzaklıkta olması gerekir. Gelen seslerin bir arada gelmesi ile arka arkaya gelmesi durumları sonucunda bu uzaklıkta farklı değerler gösterir. Eğer iki ses belli bir zaman aralığı bırakılarak arka arkaya gönderiliyorsa, frekansları ayırt etmek için kullanacağım terim algılnabilen en küçük değişim(aed) olacaktır. Aed değeri gelen seslerin frekanslarına göre farklı değerler alacaktır. Mesela 1000 hz civarında algılanabilen en küçük değişim 5 Hz kadardır. Bu demektirki 1000 Hz lik sesten sonra en az 1005 Hz lik ses göndermeliyim ki farklı notada bir ses geldiği anlaşılabilsin. Algılanabilen en küçük değişim miktarı seslerin duyulma süreleriyle de değişmektedir. 0,1 saniyeden daha uzun aralık bırakılarak gönderilen seslere algılanabilen en küçük değişim miktarı değişmemekte ama 0,1 saniyenin altındaki zaman aralıklarında aed değeri düşmektedir. Bu sonuçlar basit seslerle yapılan deneylerden elde edilen sonuçlardır. Sesler genellikle tek başına değil bir çok ses olarak kulağımıza gelir. Böyle bir durumda kulağımız gelen sesleri ayrı ayrı algılamak için ne yapar. Bu durumu iki basit sesin kulağa geldiğini düşünerek açıklayalım. İki basit ses kulağa gelirken havada binişerek ortak bir titreşim oluşturarak gelir. Bu bileşke ses tek bir sesmiş gibi kulak zarını titreştirir. Kulak zarından kemiklere geçen oradan oval pencereye iletilen bileşke ses taban zarına geldiğinde iki ayrı bölgeyi rezone eder ve birbirinden ayrılır. Eğer bu iki sesin rezone ettiği bölgeler birbirine çok yakınsa beyne giden sinyaller birbirine karışır ve bir pürüzlülük oluşur. Bu pürüzlüğü gidermek için seslerin belli bir aralığın dışında olması gerekir. İki ses aynı anda gönderilirse iki sesin farklı sesler olduğunu anlayabilmek için gerekli olan frekans aralığı miktarına frekans çözümleme eşiği denir. Frekans çözümleme eşiği iki sesin pürüzlüde olsa birbirinden farklı sesler olduğunu anlayabilmemiz için gerekli olan frekans farkıdır. Frekans çözümleme eşiği geçilse bile iki ses taban zarında birbirine hala yakındır. Rezonans bölgelerinin yakınlığından dolayı iki ses beyinde pürüzlü olarak algılanır. Aralık biraz daha artınca iki sesin rezonans bölgeleri birbirinden iyice ayrılır ve iki temiz farklı ses algılanır. İki temiz sesin algılanabilmesi için gerekli olan frekans aralığı miktarına kritik bant sınırı denir. Birleşim Sesleri İki ses kulağa geldiğinde şiddet düzeyleri 75 db in üzerinde ise orijinal uyarıda olmayan başka seslerde duyulur. Bu seslerin frekansı kulağa gelen seslerin frekanslarının çeşitli kombinezonlarına uygundur. Bunlardan en kolaylıkla duyulanları sırasıyla 𝑓𝑐1 = 𝑓2 − 𝑓1 𝑓𝑐2 = 2𝑓1 − 𝑓2 𝑓𝑐3 = 3𝑓1 − 2𝑓2 şeklindedir. Bu sesler kulak zarının orta kulakta kemik zincirine bağlı bulunmasından dolayı gelen seslerin lineerlikten çıkması sebebiyle kulakta oluşur. İki ses aynı kulağa değilde kulaklıklar yardımıyla iki ayrı kulağa gönderildiğinde taban zarında bu seslerin oluşmadığı gözlemlenmiştir. Kulak Harmonikleri İşitme sistemimizin lineer çalışmayışının sonucunda, kulağa iki ses değil tek ses gönderdiğimiz zamanda kulakta orijinal uyaranda bulunmayan yeni seslerin oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu eklenen seslere kulak harmonikleri denir. Kulak harmonikleri temel sesin tam katları şeklinde oluşur. Bu seslerin varlığını kanıtlamak için vurulardan yardım alınır. f frekanslı bir ses kulağa gönderilirken ~2f frekanslı sesde kulağa gönderilirse birinci tür 17 Akustik- Murat Tıraş vuruların oluştuğu gözlenir. Bu durum salyangozda 2f frekans bölgesinin rezone durumda olduğunu gösterir. Aynı durum ~3f, ~4f… gibi frekans bölgelerinde de temel sesin şiddeti yeterli ise gözlenebilmektedir. Orijinal sesin şiddeti arttıkça fark edilen kulak harmonikleri artar. İkinci Tür Binişim Elektronik generatörlerle iki basit ses üreterek yapılan deneylerde f frekanslı sesin yanına 2f frekansına yakın bir ses koyduğumuzda, birinci tür vurulardan farklı, açıkca farkedilen bir vuru duyumu algılanır. İkinci sesin frekansı 2f’e getirildiği zaman bu vuru duyumu kaybolur. Osiloskop ekranında baktığımızda bu iki sesin oluşturduğu binişim eğrisi, beynimizin nasıl algıladığını biraz daha iyi açıklar. İşitme sistemimiz, titreşim örneğinin biçimindeki periyotlu değişimleri anlamlandırabilmektedir. İkinci tür vurular yalnızca sesler 1500Hz’den küçükse algılanabilmektedir. İkinci tür vurular kulakta değil beyinde oluşur. İki sesi ayrı kulaklara gönderdiğimizde de ikinci tür vuruları algılarız. Şekil 1.12 Yukarıdaki şekil a)birinci tür vuruların, b) ikinci tür vuruların osiloskop ekranındaki görüntüsünü göstermektedir. İkinci tür vurular sekizli aralığı için algılanabildiği gibi akortsuz beşli ve dörtlü aralıklarında da algılanır. Ama dörtlü aralığındaki bileşke eğri beşliye göre, beşli aralığındaki de sekizliye göre daha karmaşık olduğu için bu aralıkları bulmak biraz daha zordur. Müzik aralıklarını bulmakta ikinci tür vurulardan yardım alırız. Birinci tür vurularda bize tam ses aralığını bulmamızda yardımcı olur. Temel Bulma Normal şiddetteki iki basit ses deneklere dinletildiğinde birinci çıkarım sesine eşit bir ses duyulduğu gözlemlenmiştir. Yapılan nöral uyaran deneyleriyle bu sesin salyangozun içinde olmadığı ve beyinde oluştuğu bulunmuştur. Hatırlarsak birinci çıkarım sesi kulakta oluşup salyangozun içinde gözlemlenebiliyordu, aynı zamanda ses şiddet düzeyinin 75 db’in 18 Akustik- Murat Tıraş üzerinde olması gerekiyordu. Temel ses tamamiyle farklı bir şekilde oluşan ve duyulan bir sestir. İşitme sistemimiz nasıl bu sesi duymaktadır. Şekil 1.13 Beşli aralığı oluşturan iki sesin meydana getirdiği bileşke eğri şekildeki gibidir. Bileşke eğrinin yenilenme hızı pest sesin bir sekizli altı kadar olmaktadır. Bu sese beşli aralığının temel sesi denir. İşitme sistemimiz iki sesin oluşturduğu bileşke eğrinin frekansına duyarlıdır. Saklı temel bulma sadece 1500 Hz’den küçük seslerde olabilmektedir. Kulak harmonikleri de temel sesi kuvvetlendirici bir etki yapar. f frekanslı bir sesin kulak harmonikleri 2f, 3f, 4f… aralarındaki farklar hep f kadar olduğu için saklı temel ilk sese eşit olur, bu yüzden temel harmonik güçlenir. Ses Şiddet Düzeyi Ses dalgalarının sıkışma ve genleşmeden oluşan dalgalar olduğunu görmüştük. Bu sıkışma ve genleşmenin oluşturduğu basınç değişiminin ses şiddetini oluşturan etken olduğunu biliyoruz. Bu basınç değişimleri ne kadar büyük olursa kulak zarına olan etkiside o kadar fazla olacaktır. Buda salyangozun içindeki perilenf sıvısını daha büyük bir genlikle çalkalanmaya zorlayıp, nöral hücreleri daha güçlü uyarmasını sağlayacaktır. Hava için I=0,00242 (ΔP)² formülünü yazabiliriz. I:ses şiddet düzeyi, ΔP:basınç değişimi dir. Ses şiddet düzeyinin birimi watt/m² dir. Ses şiddetinde ki algılanabilen en küçük değişime uygun, aynı zamanda insanın kulağına görede yapılanmış desibel birimi daha kullanışlıdır. Desibel bağıl bir birim olmakla beraber, mutlak birim kullanılarak çevrilir. I: watt/m² cinsinden şiddet düzeyini Iº: işitme eşiğindeki ses şiddet düzeyi, 𝐼0 = 10−12 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑚2 SL(dB) = 10log I I0 19 Akustik- Murat Tıraş T Yukarıdaki tablolardan faydalanarak ses şiddet düzeyini hesaplıyabiliriz. 20 Akustik- Murat Tıraş Gürlük Düzeyi (Loudness Level) Şiddet düzeyi işitme sistemimizin özellikleri hesaba katılmadan türetilen fiziksel bir niceliktir. İşitme sistemimiz aynı şiddette olsada gelen sesin frekansına göre farklı duyumlar algılar. Bunun nedeni salyangozun içindeki perilenf sıvısının nöral hücreleri uyarabilmesi için bir genlik değerine ulaşmak zorunda olmasıdır. Bu değer her frekans için farklıdır, çünkü taban zarı ile nöral hücrelerin bulunduğu tavan arasında her frekans aralığı için farklı bir yükseklik vardır. Bizim bu değerleri belirlemek için insan kulağına ihtiyacımız bulunmaktadır. Bu konuda yapılan deneylerde insanlara farklı frekansta sesler dinletilerek, bunları duyum olarak aynı şiddete getirmeleri istenmiş ve grafiğe geçirilmiştir. Şekil 1.14 Gürlük düzeyi(loudness level) 1000 Hz’lik sesin şiddet düzeyi baz alınarak birimlendirilmiştir. 1000 Hz frekanslı sesin şiddet dzeyi 40 db ise gürlük düzeyide 40 phon dur. Ama 100 Hz’de 40 Phon 60 db’e karşılık gelmektedir. Yukarıdaki grafikte 40 phon’luk sesin frekanslara göre hangi şiddet düzeyine geldiğini görebiliyoruz. Aşağıdaki grafiktede 0120 phon arası gösterilmektedir. 21 Akustik- Murat Tıraş Şekil 1.15 Gürlük (Loudness) İnsan kulağının algıladığı şiddetin tam orantısal katlarını elde etmek için gürlük diye ifade ettiğimiz yeni bir psiko fiziksel niceliğe ihtiyaç duyulmuştur. Algıladığımız ses şiddeti duygusunu ifade edebilecek gürlük düzeyi kavramını kullanırken ses şiddet duyumunun katlarını ifade edemiyorduk. Yani 20 phonluk sesin iki katı 40 phon diyemiyoruz. Bu yüzden ses şiddetinin tam katlarını gösteren gürlük kavramı doğmuştur. Gürlük birimi sone dir. Şiddet düzeyi 40 db olan 1000Hz’lik sesin gürlüğüne 1 sone denilmiştir. Şekil 1.16 Bu grafik gürlük düzeyi ile gürlük arasındaki geçişi göstermektedir. 1 phonluk bir sesin şiddet duyumunu iki katına çıkarabilmek için 50 phon’a çıkmamız gerektiği görülmektedir. 40 22 Akustik- Murat Tıraş phonluk bir ses çıkartan bir kaynaktan 10 adet kullanırsam ses 50 phon a çıkar. Bu da gürlük olarak 2 sone yapar. 1 sonenin iki katı 2 sonedir. Müzik Sesi Kaynakları Çalgılar basit sesler değil, müzik sesi denen içinde bir çok basit ses barındıran karmaşık sesler çıkartır. Müzik seslerini basit seslere ayırmak için fourier analizini veya elektronik çözümleyicileri kullanırız. Birleşen seslerin frekansları, genlikleri ve bağıl fazları değiştikçe sesin tınısıda değişir. Müzi sesini oluşturan basit sesleri göstermek için ses spektrumunu kullanırız. Ses spektrumunda yatay eksen basit sslerin frekanslarını, düşey eksen ise birbirlerine göre bağıl şiddetlerini gösterir. Müzik seslerinde bileşen sesi oluşturan basit sesler genellikle tam katlar şeklindedie. Gürültülerde ve zarlardan çıkan seslerde biraz daha karmaşık bir dizilim olur. Tam katlılara selen, tam katlı olmayanlara üst ses denir. Şekil 1.17 Çeşitli çalgılardan elde edilen ses spektumları birbirinden farklıdır. Beynimiz spektrumlara göre sesin hangi çalgıdan geldiğine karar verir. Yukarıdaki grafiklerde solda basit bir sesin ses spektrumu, sağda ise karışık bir müzik sesinin ses spektrumu görünüyor. Tellerin Titreşimleri Bir teli gerdiğimiz zaman telin vereceği sesin frekansı telin gerginliğine, birim kütlesine ve uzunluğuna bağlıdır. Telin gerginliğini arttırırsak ses tizleşir, frekansı artar. Birim kütleyi arttırırsak ses pestleşir, frekans düşer. Telin uzunluğunu arttırdığımızda ise sesin pestleştiğini duyarız. Gergin bir telde oluşacak harmoniklere baktığımızda, iki eşik noktasını düğüm kabul ettiğimizde dalga boyu telin boyunun iki katı olan temel harmoniği tanımlamış oluruz. 23 Akustik- Murat Tıraş Şekil 1.18 f:frekans(Hz); F: gerilme kuvveti(N); d: birim kütle(kg/m) L:telin uzunluğu Bir telin titreşiminin başlangıcı düşünüldüğünde tel birinci harmonik veya ikinci harmonik gibi tireşime başlayamaz. Tel ortasından mızraplandığı zaman bir üçgen oluşturacak şekilde titreşimine başlar. Bu titreşimin başladığı üçgenin tepe kısmı karın bölgesi olarak titreşim yapar ve bu yüzden bu noktada düğüm noktası olan harmonikler bu telde oluşmaz Şekil 1.19 24 Akustik- Murat Tıraş
