Ses
Kuş cıvıltıları, trafik gürültüsü, kıyıya çarpan dalgaların çıkardığı sesler, fabrika ve bürolardaki makinelerin gürültüsü, banttan yayımlanan ya da “canlı” müzik, bütün bu olgular ve daha pek çoğu bizim bir sesler dünyasında yaşadığımızın açık kanıtlarıdır. Peki ama ses nedir?
İşitilebilen herhangi bir şey, şu ya da bu türden bir sestir. Ama bütün seslerde ortak olan önemli bir özellik vardır. Seslerin hepsi titreşen bir cisim tarafından üretilir. Gitar çalarken tellerinin, arı vızıldarken kanatlarının titreştiği çıplak gözle görülebilir. Üflemeli çalgılarda ses, çalgının içindeki hava sütunu titreştirilerek çıkartılır. Telefon kulaklığında ve radyo hoparlöründe sesi, titreşen bir diyafram (zar) üretir. İnsanın konuşurken çıkardığı sesin nasıl oluştuğu KONUŞMA sayfasında anlatılmıştır.
Ses nedir?
Ses bir enerji biçimidir. Herhangi bir maddeyi, örneğin davulun derisini ya da flütün içindeki hava sütununu titreştirmek istediğimizde o maddeye belirli bir miktarda mekanik enerji veririz. Bu enerji, tıpkı ışık ya da radyo dalgaları gibi dalgalar halinde bir noktadan bir başka noktaya ilerleyebilir. Ama, ışık ve radyo dalgalarının boşlukta da yol alabilmesine karşılık, ses dalgalarının ilerleyebilmesi için mutlaka başka bir maddenin aracılığına gereksinimi vardır.
Titreşen bir cisimden yayılan ses dalgalarının kulağa ulaşabilmesi için arada başka bir maddenin bulunması gerektiği, çok bilinen bir deneyden yararlanılarak gösterilebilir. Ağzı sıkıca kapatılmış bir kavanoza bir elektrikli zil yerleştirilir; zil teller aracılığıyla kavanozun dışındaki bir pile bağlanır. Zil sürekli çalınmaya başlanır ve bu arada bir pompanın yardımıyla kavanozdaki hava boşaltılır. Hava dışarı atıldıkça zilin sesi giderek zayıflar; ama eğer kavanoza tekrar hava sızdırılırsa, zilin sesi yeniden şiddetlenir ve belirginleşir. Bu durum sesin boşlukta, yani havasız ortamda yol almadığını kanıtlar.
İşittiğimiz seslerin pek çoğu havada ilerler; ama ses, katı ve sıvı maddelerde de yol alabilir. Kuzey Amerika Yerlileri kulaklarını yere dayayarak hayvanların ya da düşmanlarının yaklaştığını saptayabilirlerdi. Hatta bazıları birbirleriyle uzaktan yere vurarak işaretleşirlerdi. Sualtında çıkartılan seslerin de kulağımıza ulaştığına tanık olmuşsunuzdur. İçinizde, iki kibrit kutusunun arasına gerilmiş bir ipten oluşan bir oyuncak telefon aracılığıyla konuşanlar da olmuştur. Bütün bunlar, yani toprak, su, ip hepsi sesi iletebilir.
Keman teli, davul derisi ya da titreşen başka bir cisim küçük hava tanecikleriyle çevrilidir. Cisim ileri geri titreşirken bitişiğindeki hava taneciklerini dışa doğru iter; bu tanecikler de kendilerine komşu olan tanecikleri iter ve bu böylece sürüp gider. Titreşen cisim, örneğin keman teli, her hareketinde havaya yeni bir vuru, yani bir darbe verir. Her saniye bu tür yüzlerce vuru oluşur ve iki vuru arasında tel geriye doğru hareket eder. Sonuçta, titreşen telle birlikte hava tanecikleri de ileri geri hareket etmeye başlar.
Tanecikler telin itmesiyle bir araya toplandıklarında hava basıncı hafifçe artar. Tel geriye doğru hareket ettiğinde tanecikler tekrar yayılır ve o zaman da basınç düşer. Bu hareketlerin oluşturduğu ses dalgaları, havuza atılan taşın oluşturduğu dalgaların çevreye yayılması gibi, giderek daha uzaklardaki parçacıkları da etkileyerek telden dışa doğru ve her yönde yayılır. Dalgaların doğurduğu basınç değişimleri kulak zarlarına çarpar ve bu zarların da uyumlu bir biçimde titreşmesine neden olur. Beyin bu titreşimleri çözer ve böylece sesin işitilmesini ve tanınmasını sağlar.
Hava tanecikleri yalnızca ileri geri hareket eder, ama ses dalgaları havanın içinde ilerler. Sesin kaynağından uzaklaştıkça hava taneciklerinin titreşimi de zayıflar ve ses giderek işitilemeyecek ölçüde zayıflar. Ses dalgaları katıların ve sıvıların içinde de aynı biçimde yol alır.
Şimşek çaktığında çıkan çatırtının ya da gök gürültüsünün, şimşeğin görülmesinden belirli bir süre sonra işitildiğini herkes bilir. Bunun nedeni, ışık 1 saniyede yaklaşık 300 milyon metre yol alırken, aynı süre içinde sesin havada yalnızca yaklaşık 340 metre yol almasıdır. Bu nedenle gök gürültüsünün, örneğin 1 km uzaktan bize ulaşması hemen hemen 3 saniye sürer. Eğer gök gürültüsü şimşeğin görülmesinden 6 saniye sonra işitiliyorsa, bu durum şimşeğin 2 km ötede çakmış olduğu anlamına gelir.
Uçak ya da benzeri bir cisim havada saniye de 340 metrenin üzerinde bir hızla yol alıyorsa (yani havada ses dalgalarından daha hızlı gidiyorsa), bu cismin hızı süpersonik olarak nitelenir. Ses su içinde havada olduğundan daha hızlı yol alır (saniyede yaklaşık 1.450 metre); çelikteki hızı daha da yüksektir (saniyede yaklaşık 5.000 metre). Maddenin sıkıştırılabilirliği ve ağırlığı ne kadar büyükse, ses de o madde içinde o kadar yavaş hareket eder. Çelik havadan daha ağırdır, ama ondan çok daha az sıkıştırılabilir olduğu için, ses çelikte daha hızlı yol alır.
Gürlük, Perde ve Tını
Sesler üç önemli özelliğe göre ayırt edilir; bunlar, sesin gürlüğü, perdesi ve tınısıdır. Sesin gürlüğü ya da şiddeti, titreşmekte olan cismin titreşim şiddetine (ileri geri gidip geldiği uzaklığa) yani yeğinliğine bağlıdır; titreşim şiddeti ne kadar büyükse ses de o ölçüde gür olur. İşitilen sesin gürlüğü, titreşen cisim ile sesin işitildiği nokta arasındaki uzaklığa göre değişir. Bilim adamları ses gürlüğünü ölçmek için desibel, fon ve son gibi çeşitli birimlerden yararlanırlar.
Sesin perde'si, onu doğuran cismin titreşim hızına bağlıdır. Saniyedeki titreşim (ya da çevrim) sayısına frekans denir ve frekans hertz birimiyle ölçülür (simgesi Hz). Sesin frekansı ne kadar yüksekse perdesi de o kadar yüksektir ve ses daha ince ya da tiz bir biçimde işitilir. Bütün dalga hareketlerinde olduğu gibi sesin dalga boyu da, yayılma hızının frekansına bölünmesi yoluyla bulunur. Buna göre piyanoda çıkartılan ve frekansı saniyede 264 titreşim (264 Hz) olan do sesinin havadaki dalga boyu 340/264, yani yaklaşık 1,3 metredir. Bu, hava taneciklerinin basıncının en yüksek olduğu kesimde, taneciklerin ileri geri titreştiği iki nokta arasındaki uzaklığın yaklaşık 1,3 metre olduğu anlamına gelir.
İnsan kulağının işitebileceği en alçak perdeden, yani en kalın sesin frekansı yaklaşık 16 Hz, en yüksek perdeden, yani en ince sesin frekansı ise yaklaşık 20.000 Hz’dir. İnsanlar yaşlandıkça bu frekans aralığının üst ucunda bulunan sesleri daha zor duymaya başlarlar. Yarasaların çığlığı pek çok insanın işitebileceğinden daha yüksek perdedendir. Köpekler insanların işitemeyecekleri kadar yüksek frekanslardaki sesleri duyabilirler ve bazı kimseler köpeklerini çağırmak için, çıkardığı sesin frekansı insanların işitebileceklerinden daha yüksek olan özel bir düdük kullanırlar. Frekansı 20.000 Hz’den daha yüksek olan seslere ses üstü ya da ultrasonik ses denir.
Aynı gürlükte ve aynı perdeden olan iki müzik sesi kulağa tümüyle değişik gelebilir. Eğer bunlardan biri bir kemandan, öteki ise piyanodan geliyorsa, bu iki ses birbirinden tını’larına göre ayırt edilebilir. Aralarındaki fark, gerçekte bir ses karışımı olmalarından kaynaklanır. Bu karışım her alete göre değişir. Bir keman teli, yalnızca uzun tek bir tel halinde titreşmez; telin parçaları da, örneğin her bir yarısı ya da üçte birlik bölümü bağımsız olarak titreşimde bulunur. Telin çeşitli bölümlerinin titreşim frekansı, bir bütün olarak telin frekansından daha büyüktür. Bütün bir telin çıkardığı notaya temel ses, telin çeşitli bölümlerinin çıkardığı daha yüksek notalara ise kısmi sesler ya da doğal armonikler denir. İşte bu temel ses ile kısmi sesler üst üste biner, birbiriyle bir karışım oluşturur. Tını ya da ses rengi denen özellik de bu doğal armoniklere bağlıdır; her müzik aletinin doğal armonikleri yalnızca kendisine özgüdür. Bir trompet, piyanonunkinden tamamen farklı bir dizi doğal armonik üretir; dinleyici bu doğal armoniklerden yararlanarak çalgıları ve farklı müzik seslerini birbirinden ayırt edebilir.
Her notanın frekansı farklıdır. Örneğin orta perdeden do sesinin üzerindeki la sesinin frekansı 440 Hz’dir. Aralarında bir oktav, yani sekiz notalık aralık olan iki notadan, daha yüksek perdeden olanınkinin frekansı ötekinin frekansının iki katıdır.
Kaynağı dinleyiciye doğru yaklaşan ya da dinleyiciden uzaklaşan bir sesin frekansı, kaynak hareketsizken gelen aynı sesin frekansından farklıymış izlenimini verir. Kaynağı yaklaşan ses gerçektekinden daha yüksek, uzaklaşan ise daha düşük frekanstaymış gibi gelir. Bu olguya Doppler etkisi denir.
Rezonans
Nasıl saat sarkaçları kendi doğal ritimlerinde salmıyorlarsa, titreşimde bulunan her cisin de kendine özgü doğal bir frekansta titreşir Eğer bir piyanoya yakın bir noktada belirli bir müzik sesi çıkartılırsa piyanodaki tellerin bir ya da birkaçının (ama hepsinin değil) titreşimde bulunduğu görülür. Titreşen teller, çıkartılan sesle ve onun doğal armonikleriyle aynı frekansta olanlardır. Bu etkilenme sonucunda ortaya çıkan titreşime rezonans denir.
Rezonans olgusu, titreşime geçirilen bir diyapazon (ses çatalı), içine yavaş yavaş su doldurulan yüksekçe bir kavanozun üstünde tutularak gösterilebilir. Kavanozdaki hava sütununun yüksekliği, doğal frekansı diyapazonunkiyle aynı olan bir sütun yüksekliğine geldiğinde, diyapazonun çıkardığı ses şiddetlenir. Bu, hava sütununun diyapazon ile rezonansta titreşime geçmiş olmasından kaynaklanır.
Akustik
Akustik ses bilimidir. Müzik aletlerinin ve konser salonlarının yapımında akustik bilgisinden yararlanılır. Sahnedeki seslerin her yerden duru bir biçimde işitilemediği, rahatsız edici yankılanmaların olduğu konser salonlarının akustik özelliklerinin zayıf olduğu söylenir.
Yankıya, ses dalgalarının duvar ve tavan gibi geniş ve düz yüzeylerden yansıması neden olur. Eğer salonun içinde geniş ve kesintisiz yüzeyler yoksa, güçlü yankılar dinleyicileri rahatsız etmeyecek biçimde kırılmaya uğrar. Ama gene de küçük yankılanmalar kalabilir. Bu küçük yankılar da duvarların ve tavanın ağır perdelik kumaş, keçe, gözenekli sıva ya da yapısı lifli karo gibi sesi emen malzemelerle kaplanmasıyla önlenebilir. Halı ya da öteki yer kaplamaları binanın katları arasında ses geçişini en aza indirir. Yayım ve plak kayıt stüdyolarında bu yöntem uygulanır.
Sesten Yararlanma
Ses bir enerji biçimi olduğu için başka enerji biçimlerine dönüştürülebilir ve böylece çeşitli alanlarda kullanıma konabilir. Ses sinyalleri telefon aracılığıyla çok uzaklara gönderilebilir, ama konuşan iki kişi arasındaki telden geçen ses dalgaları değil, değişken bir elektrik akımıdır. Vericideki mikrofon ses dalgalarını bir elektrik akımına dönüştürür ve bu akım bu kez alıcıdaki elektromıknatıs aracılığıyla tekrar sese çevrilir. Benzer biçimde, elektrik akımına dönüştürülmüş konuşmalar radyo dalgalarına “bindirilerek” kısa ve uzun mesafelere gönderilebilir.
Ses, ileride kullanılmak üzere “saklanabilir”. Plaklar, magnetik bant kayıtları ve sinema filmlerindeki ses kuşakları bunun örnekleridir.
Gemiler su derinliğini bulmak için sese dayalı bir aygıttan yararlanırlar. Geminin dibindeki bir vericiden sesüstü frekanslardan oluşan ses vuruları gönderilir. Bu vurular suyun içinde yol alarak deniz dibine kadar ulaşır ve oradan geri yansırlar. Geri dönen ses dalgaları, genellikle gemi dibinin ters yanına takılmış bir alıcıyla yakalanır, yükseltilir ve kalemli bir kaydediciye aktarılır. Kaydedicinin hareketli bir kâğıt şeridi vardır.
Vuru gönderildiğinde ve bunun yankısı alındığında kalem, kâğıt üzerine belli işaretler koyar. Bu işaretler arasındaki uzaklık iki olay arasındaki zamana bağlıdır. Bu zamana ve sesin sudaki hızına göre yapılan bir hesaplamayla geminin seyri sırasında, verili herhangi bir noktadaki deniz dibi derinliği bulunabilir. Eğer vurunun gönderilmesi ile yankının alınması arasında geçen süre 1,8 saniyeyse, sesin sudaki hızı saniyede yaklaşık 1.450 metre olduğundan, vurunun gemiden deniz dibine gidip oradan tekrar gemiye dönüşünde aldığı yol 1,8x1.450=2.610 metre olarak bulunur. Suyun derinliği bunun yarısı kadar, yani 1.305 metre demektir. Kaydedici, su derinliğinin doğrudan okunabileceği biçimde ölçeklendirilebilir. Bu türden aygıtlara yankılı iskandil denir. Bu aygıtlar, derinlik bulmanın dışında balık sürülerinin ya da batık gemilerin yerlerinin belirlenmesinde de kullanılabilir.
Eğer sesüstü vurular suyun altında her yöne yayılacak biçimde gönderilebilirse, savaş gemileri denizaltıların varlığını, yönlerini ve uzaklıklarını saptayabilir. İşte bu tür aygıtlara sonar denir.
Sonar, insanın keşfettiği bir olgu değildir. Bazı hayvanlar çevrelerini bu olgudan yararlanarak algılar. Örneğin yarasalar kesikli sesüstü vurular göndererek uçuş halindeki böceklerin varlığını ve türünü saptayabilirler. Yarasaların görme yetenekleri çok iyi olmamakla birlikte, sonarları insanı şaşırtacak kadar doğru çalışır. Yunuslar da balık bulmak için yankıyla yer belirleme tekniğini kullanırlar. Ayrıca birbirleriyle, sesüstü vurularla ve başka değişik seslerle iletişim kurdukları da bilinmektedir.
