Dalgaları genel olarak, mekanik ve elektromanyetik dalgalar olmak üzere iki ana gruba ayırabiliriz. Elektromanyetik dalgalar, yayılmak için bir ortama ihtiyaç duymazlar ve boşlukta da yayılabilirler. Mekanik dalgalar ise, enerjilerini aktarabilmek için ortam taneciklerine ihtiyaç duyarlar. Bu yüzden boşlukta (örneğin uzayda) yayılmazlar. 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 dalgaları, bir basınç dalgasıdır. Pek çok esnek cisimlere bir kuvvet uygulanıp kesildiğinde titreşim hareketi yapar. Yani, bu cisimlerin şekilleri bir kez bozulduğu zaman, denge konumuna gelmeye çalışır. Hatta bir katı içindeki atomlar, komşu atomlara bir yayla bağlıymış gibi bir denge konumuna göre titreşir. Dalga hareketi titreşim (salınım) olayı ile yakından ilgilidir. Ses dalgaları, deprem dalgaları, gerilmiş yaydaki dalgalar ve şu dalgaları gibi bütün dalgalar, titreşim kaynakları tarafından oluşturulur. Bir ses dalgası, hava gibi bir ortam içinde ilerlerken ortamın molekülleri ileri-geri titreşir. Şu dalgaları da bir havuzda yayılırken, şu molekülleri aşağı yukarı doğru titreşir. Dalgalar bir ortamdan geçerken ortamın parçacıkları periyodik olarak hareketine devam eder. Böylece; parçacıkların hareketi, salınan bir sarkacın yada yay bağlı bir kütlenin hareketine çok benzer.
Doğada daha pek çok olaylar vardır ki bu olayların açıklanması, dalga ve titreşim kavramlarının öncelikle anlaşılmasına bağlıdır. Örneğin; gökdelenler, köprüler gibi çok büyük yapılar, katı olmasına rağmen onlarda titreşir. Bu gerçek onların tasarımlarını ve inşasını yapan mühendis ve mimarlar tarafından göz önüne alınmaktadır. Çoğumuz çocukken, bir çakıl taşını havuza düşürdüğümüzde, dalgaların oluştuğunu görmüşüzdür. Çakıl taşının oluşturduğu sarsıntı küçük havuzun kenarında son bulur. Eğer, sarsıntının yakınında yüzen bir yaprağın hareketini dikkatlice incelerseniz, onun ilk konumu etrafında aşağı-yukarı hareket ettiğini, fakat sarsıntı kaynağından asla uzaklaşmadığını veya ona yaklaşmadığını görürsünüz. Yani su dalgaları (ya da sarsıntı) bir yerden başka bir yere hareket eder, fakat su onunla birlikte sürüklenmez.
Einstein ve Infeld’in “Fiziğin Evrimi” kitabında çok ilginç bir benzetmeye yer verilmiştir: “Washington’da başlayan küçük bir dedikodu çabucak New York’a ulaşır. Gerçi bu iki şehir arasında dedikodunun yayılmasında tek bir kişinin rol almadığı görülür. Burada,farklı iki hareket vardır: Birisi Washington’dan New York’a giden söylenti, diğeri bu söylentileri yayan kişilerdir. Bir ekin tarlasından geçen rüzgar, tarlanın bir ucundan diğer ucuna yayılan bir dalga oluşturur. Burada yine, küçük salınım yapan ayrı bitkilerin hareketi ile dalganın hareketini ayırt etmeliyiz… Ortamı oluşturan parçacıklar yalnız küçük titreşimler yaparken , bütün hareket ilerleyen bir dalgadır.Burada gerçekte yeni olan şey, maddesel olmayan bazı şeylerin hareket ettiği yani madde içinde yayılanın enerji olduğunu ilk kez düşünmemizdir.”
Buraya bir şey eklemek istiyorum. Bir çok insan Einstein’a bilimsel buluşlarından veya mükemmel zekasından dolayı hayranlık duyar fakat ben başka bir yönünden dolayı, hayatın içinden verdiği örneklerle zihnimizde durumları daha kolay canlandırması özelliğinden dolayı da hayranım. Buna çok iyi bir örnekte Görelilik Kuramını anlatırken: ”Bir dakika için sıcak sobanın üstüne elinizi koyun o size saat gibi gelir, bir saat için güzel bir kızla oturun o size bir dakika gibi gelir.” diye betimlemesidir. Şimdi ses ve ses dalgaları ile ilgili terimleri tanımlayalım.
Ses Dalgaları Nedir
Frekans (sıklık): Bir dalganın frekansı, dalganın hava veya başka bir ortam içinden geçerken ortamdaki partiküllerin ne sıklıkta titreşimine 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). Bu tanıma göre frekansın, bir işin birim zaman içinde kaç kez yapıldığını anlatmak için kullanılmakta olduğu söylenebilir. Birim zamandaki salınım sayısı arttıkça frekans artar, azaldıkça frekans azalır. Ses frekansının artması bir saniyede oluşan titreşim sayısının artmasıyla gerçekleşir. Farklı diyapozonlara lastik tokmakla vurduğumuzda diyapozonun frekansı ne kadar büyükse o kadar ince ses, frekansı ne kadar küçükse oluşan ses aynı oranda kalın ses olur. Sesin frekansı arttıkça ses inceleşir, azaldıkça ses kalınlaşır. İnce sesi kalın sesten ayıran bu özelliğe sesin yüksekliği denir. Dolayısıyla sesin yüksekliği sesin frekansına bağlıdır. Sesin frekansı titreşim yapan maddenin boy ve ebatlarına bağlı olarak değiştiği gibi maddenin cinsine de bağlı olarak farklılık gösterir. Örneğin boy ve kalınlıkları eşit titreşim hareketi yapan çelik ve bakır tellerin ürettikleri seslerin frekansları birbirinden farklıdır.
Tabiatta çok değişik frekans değerlerinde ses üretilmekte iken bizler fizyolojik yapımız gereği olarak ancak 20 Hz ile 20 000 Hz frekans değerleri arasındaki sesleri duyabiliriz. Ürettiğimiz sesler de bu frekans bandındaki seslerdir. Yani insanlar çok küçük ve çok büyük frekanslı sesleri duyamaz. İnsan kulağının işitemeyeceği kadar yüksek frekanslı ses dalgalarına utrason dalgaları denir. Ultrason dalgaları adı verilen ses dalgaları frekansları 20 000 Hz-150 000 Hz arasında olan ve işitilmeyen seslerdir. İnsan kulağının işitemediği birtakım sesleri, duyma bandı daha geniş olan bazı hayvanlar rahatlıkla duyabilir. Örneğin yunuslar 150 000 Hz, köpekler 35 000 Hz frekans değerinde ultrasonu duyabilirler. Hatta yunusların bu duyuları o kadar iyidir ki bu yetenekleri sayesinde bir balık sürüsü içindeki tek bir balığı izleyebilir, zifiri karanlıkta kendinden 3 km uzakta duran sudaki iki ayrı metal parayı birbirinden ayırt edebilir. Yüksek frekans değerleri için Hertz’in bin katı olan “kilohertz“ (kHz) birimi kullanılır. Aşağıdaki videoda insan kulağının duyabileceği ses frekans aralığı gösterilmiştir.Videoyu oynatırken bilgisayarınızın sesinin açık olduğundan ve orta alt seviyede olduğundan emin olun.
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.
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”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 1.10-12 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=10.log [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 1.10-12 W/m2 değerine eşdeğerdir. 10 kat daha şiddetli ses 1.10-11 W/m2; yani 10 dB iken, 100 kat daha şiddetli ses 20 dB’dir.
Ses dalgaları enerjilerini 3 boyutlu ortamda taşırken, kaynaktan uzaklaştıkça ses dalgaları 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 azalır.
Başka bir yazımda görüşmek üzere.