Ses

Ses. Tambura vurulduğunda, davul başlığı titrer ve titreşimler hava yoluyla dalgalar halinde iletilir. Bu dalgalar kulağa çarptığında ses hissi yaratır. Ancak duyulamayan sesler de vardır: insan işitme aralığının altında olan infrasound ve insan işitme aralığının üzerinde olan ultrason.

Ses çalışmalarında kullanılan terimler

Akustik, sesin ve onun insanlar üzerindeki etkilerinin bilimidir.

Yoğuşma, ses ortamının normalden daha yoğun olduğu bir ses dalgasındaki bir bölgedir.

Desibel (dB), bir sesin yoğunluğunu ölçmek için kullanılan birimdir. 0 dB'lik 3.000 hertz'lik bir ton, normal bir insan kulağının duyabileceği en yumuşak sestir.

Bir sesin frekansı, belirli bir noktadan her saniye geçen ses dalgalarının sayısıdır.

Hertz, ses dalgalarının frekansını ölçmek için kullanılan birimdir. Bir hertz, saniyede bir döngüye (titreşim veya ses dalgası) eşittir.

Bir sesin yoğunluğu, dalgalarının gücünün bir ölçüsüdür.

Yükseklik, bir sesin onu duyduğumuzda ne kadar güçlü göründüğünü ifade eder.

Gürültü, rahatsız edici, rahatsız edici ve dikkat dağıtıcı bir sestir.

Perde, bir sesin duyduğumuz şekliyle yükseklik veya alçaklık derecesidir.

Nadirlik, ses dalgasında ses ortamının yoğunluğunun normalden az olduğu bir bölgedir.

Rezonans frekansı, bir nesnenin rahatsız edildiğinde doğal olarak titreyeceği frekanstır.

Ses ortamı, ses dalgalarının içinde hareket ettiği bir maddedir. Örneğin hava, sağlam bir ortamdır.

Tını olarak da adlandırılan ses kalitesi, müzikal seslerin bir özelliğidir. Ses kalitesi, farklı müzik aletleri tarafından üretilen aynı frekans ve yoğunluktaki notaları ayırt eder.

Ultrason, insanın duyabileceği aralığın, yani 20.000 hertz'in üzerindeki frekanslara sahip sestir.

Dalga boyu, bir dalga üzerindeki herhangi bir nokta ile bir sonraki dalga üzerindeki karşılık gelen nokta arasındaki mesafedir.

Teknik olarak ses, elastik bir ortamda hareket eden mekanik bir rahatsızlık olarak tanımlanır - deforme olduktan sonra orijinal durumuna dönme eğiliminde olan bir malzeme. Ortamın hava olması gerekmez; metal, ahşap, taş, cam, su ve diğer birçok madde sesi iletir ve bunların çoğu havadan daha iyidir.

Pek çok ses kaynağı vardır. Tanıdık türler, bir kişinin ses tellerinin titreşimini, titreşen telleri (piyano, keman), titreşen bir hava sütununu (trompet, flüt) ve titreşen katıları (birisi çaldığında bir kapı) içerir. Hepsini listelemek imkansızdır, çünkü elastik bir ortama rahatsızlık veren herhangi bir şey (örneğin, çevreleyen havaya patlayan bir havai fişek gibi) bir ses kaynağıdır.

Ses, uzak gök gürültüsünün alçak gümbürtüsünden bir sivrisineğin tiz vızıltısına kadar perde ve gürlük olarak tanımlanabilir. Ancak perde ve ses yüksekliği öznel niteliklerdir; kısmen dinleyicinin işitme duyusuna bağlıdırlar. Sesin nesnel, ölçülebilir nitelikleri, perde ve ses yüksekliği ile ilgili frekans ve yoğunluğu içerir. Bu terimler ve sesi tartışırken kullanılan diğer terimler, en iyi şekilde ses dalgalarının ve davranışlarının incelenmesiyle anlaşılır.

Çeşitli ortamlarda ses hızı
Orta	Saniyede fit cinsinden hız	Saniyede metre cinsinden hız
59 derece F'de hava. (15 derece C)	1116	340
Alüminyum	16.000	5.000
Tuğla	11.980	3.650
77 derece F'de (25 derece C) damıtılmış su	4.908	1.496
Bardak	14.900	4.540
Deniz suyu 77 derece F. (25 derece C)	5.023	1.531
Çelik	17.100	5.200
Ahşap (akçaağaç)	13,480	4,110

İçindekiler

1. Ses dalgaları
2. Sesin hızı
3. Ses Dalgalarının Davranışı
4. Ses kalitesi
5. Tarih

Hava, tüm maddeler gibi moleküllerden oluşur. Küçük bir hava bölgesi bile çok sayıda hava molekülü içerir. Moleküller sürekli hareket halindedir, rastgele ve büyük bir hızla hareket ederler. Sürekli olarak birbirleriyle çarpışırlar ve birbirlerinden geri tepirler ve hava ile temas halinde olan nesnelere çarparlar ve geri tepirler.

Titreşen bir nesne havada ses dalgaları üretecektir. Örneğin, bir davulun kafasına bir tokmakla vurulduğunda, davul başlığı titrer ve ses dalgaları üretir. Titreşimli davul başlığı ses dalgaları üretir çünkü sırayla dışa ve içe doğru hareket eder, yanındaki havaya doğru iter ve sonra ondan uzaklaşır. Bateri dışarı doğru hareket ederken vuran hava molekülleri, davuldan bir itme alarak normal enerji ve hızlarından daha fazla geri dönerler. Bu daha hızlı hareket eden moleküller, çevreleyen havaya doğru hareket eder. Bu nedenle, bir an için, davul başlığının yanındaki bölge normalden daha fazla hava molekülü konsantrasyonuna sahiptir - bu bir sıkıştırma bölgesi haline gelir. Daha hızlı hareket eden moleküller, çevreleyen havadaki hava moleküllerini sollarken, onlarla çarpışır ve ekstra enerjilerini iletirler.

Air molecules that strike the drumhead while it is moving inward rebound from it with less than their normal energy and speed. For a moment, therefore, the region next to the drumhead has fewer air molecules than normal—it becomes a region of rarefaction. Molecules colliding with these slower-moving molecules also rebound with less speed than normal, and the region of rarefaction travels outward.

The wave nature of sound becomes apparent when a graph is drawn to show the changes in the concentration of air molecules at some point as the alternating pulses of compression and rarefaction pass that point. The graph for a single pure tone, such as that produced by a tuning fork. The curve shows the changes in concentration. It begins, arbitrarily, at some time when the concentration is normal and a compression pulse is just arriving. The distance of each point on the curve from the horizontal axis indicates how much the concentration varies from normal.

Each compression and the following rarefaction makes up one cycle. (A cycle can also be measured from any point on the curve to the next corresponding point.) The frequency of a sound is measured in cycles per second, or hertz (abbreviated Hz). The amplitude is the greatest amount by which the concentration of air molecules varies from the normal.

The wavelength of a sound is the distance the disturbance travels during one cycle. It is related to the sound's speed and frequency by the formula speed/frequency = wavelength. This means that high-frequency sounds have short wavelengths and low-frequency sounds long wavelengths. The human ear can detect sounds with frequencies as low as 15 Hz and as high as 20,000 Hz. In still air at room temperature, sounds with these frequencies have wavelengths of 75 feet (23 m) and 0.68 inch (1.7 cm) respectively.

Intensity refers to the amount of energy transmitted by the disturbance. It is proportional to the square of the amplitude. Intensity is measured in watts per square centimeter or in decibels (db). The decibel scale is defined as follows: An intensity of 10-16 watts per square centimeter equals 0 db. (Written out in decimal form, 10-16 appears as 0.0000000000000001.) Each tenfold increase in watts per square centimeter means an increase of 10 db. Thus an intensity of 10-15 watts per square centimeter can also be expressed as 10 db and an intensity of 10-4 (or 0.0001) watts per square centimeter as 120 db.

The intensity of sound drops rapidly with increasing distance from the source. For a small sound source radiating energy uniformly in all directions, intensity varies inversely with the square of the distance from the source. That is, at a distance of two feet from the source the intensity is one-fourth as great as it is at a distance of one foot; at three feet it is only one-ninth as great as at one foot, etc.

Pitch

Pitch depends on the frequency; in general, a rise in frequency causes a sensation of rising pitch. The ability to distinguish between two sounds that are close in frequency, however, decreases in the upper and lower parts of the audible frequency range. There is also variation from person to person in the ability to distinguish between two sounds of very nearly the same frequency. Some trained musicians can detect differences in frequency as small as 1 or 2 Hz.

Because of the way in which the hearing mechanism functions, the perception of pitch is also affected by intensity. Thus when a tuning fork vibrating at 440 Hz (the frequency of A above middle C on the piano) is brought closer to the ear, a slightly lower tone, as though the fork were vibrating more slowly, is heard.

When the source of a sound is moving at relatively high speed, a stationary listener hears a sound higher in pitch when the source is moving toward him or her, and a sound lower in pitch when the source is moving away. This phenomenon, known as the Doppler effect, is due to the wave nature of sound.

Loudness

In general, an increase in intensity will cause a sensation of increased loudness. But loudness does not increase in direct proportion to intensity. A sound of 50 dB has ten times the intensity of a sound of 40 dB, but is only twice as loud. Loudness doubles with each increase of 10 dB in intensity.

Loudness is also affected by frequency, because the human ear is more sensitive to some frequencies than to others. The threshold of hearing—the lowest sound intensity that will produce the sensation of hearing for most people—is about 0 dB in the 2,000 to 5,000 Hz frequency range. For frequencies below and above this range, sounds must have greater intensity to be heard. Thus, for example, a sound of 100 Hz is barely audible at 30 dB; a sound of 10,000 Hz is barely audible at 20 dB. At 120 to 140 dB most people experience physical discomfort or actual pain, and this level of intensity is referred to as the threshold of pain.

The speed of sound depends on the elasticity and density of the medium through which it is traveling. In general, sound travels faster in liquids than in gases and faster in solids than in liquids. The greater the elasticity and the lower the density, the faster sound travels in a medium. The mathematical relationship is speed = (elasticity/density).

The effect of elasticity and density on the speed of sound can be seen by comparing the speed of sound in air, hydrogen, and iron. Air and hydrogen have nearly the same elastic properties, but the density of hydrogen is less than that of air. Sound thus travels faster (about 4 times as fast) in hydrogen than in air. Although the density of air is much less than that of iron, the elasticity of iron is very much greater than that of air. Sound thus travels faster (about 14 times as fast) in iron than in air.

The speed of sound in a material, particularly in a gas or liquid, varies with temperature because a change in temperature affects the material's density. In air, for example, the speed of sound increases with an increase in temperature. At 32 °F. (0 °C.), the speed of sound in air is 1,087 feet per second (331 m/s); at 68 °F. (20 °C.), it is 1,127 feet per second (343 m/s).

The terms subsonic and supersonic refer to the speed of an object, such as an airplane, in relation to the speed of sound in the surrounding air. A subsonic speed is below the speed of sound; a supersonic speed, above the speed of sound. An object traveling at supersonic speed produces shock waves rather than ordinary sound waves. A shock wave is a compression wave that, when produced in air, can usually be heard as a sonic boom.

Süpersonik nesnelerin hızları genellikle Mach sayısı cinsinden ifade edilir - nesnenin hızının çevredeki havadaki ses hızına oranı. Böylece Mach 1'de hareket eden bir nesne ses hızında hareket etmektedir; Mach 2'de sesin iki katı hızda hareket ediyor.

Işık dalgaları ve diğer dalgalar gibi, ses dalgaları da yansıtılır, kırılır ve kırılır ve girişim sergiler.

Refleks

Ses, birçok farklı yüzeyden sürekli olarak yansıtılmaktadır. Çoğu zaman yansıyan ses fark edilmez, çünkü insan kulağına 1/15 saniyeden daha az aralıklarla ulaşan iki özdeş ses, ayrı ses olarak ayırt edilemez. Yansıyan ses ayrı ayrı duyulduğunda yankı olarak adlandırılır.

Ses, yüzeye çarptığı açıyla bir yüzeyden yansır. Bu gerçek, kavisli aynaların ışığı odaklamak için kullanılabilmesi gibi, kavisli yansıtıcı yüzeyler aracılığıyla sesi odaklamayı mümkün kılar. Aynı zamanda, bir noktada fısıldanan bir kelimenin, odanın başka hiçbir yerinde duyulamamasına rağmen, oldukça uzaktaki başka bir noktada belirgin bir şekilde duyulabildiği odalar olan sözde fısıltı galerilerinin etkilerini de açıklar. (Birleşik Devletler Başkenti Statuary Hall bir örnektir.) Yansıma ayrıca megafondaki sesi odaklamak için ve eller aracılığıyla arama yaparken kullanılır.

Sesin yansıması, konser salonlarında ve oditoryumlarda ciddi bir sorun oluşturabilir. Kötü tasarlanmış bir salonda, konuşmacının ilk kelimesi birkaç saniye boyunca yankılanabilir (tekrar tekrarlanabilir), böylece dinleyiciler aynı anda yankılanan bir cümlenin tüm kelimelerini duyabilirler. Müzik de benzer şekilde bozulabilir. Bu tür sorunlar genellikle yansıtıcı yüzeylerin perdelik veya akustik kiremit gibi ses emici malzemelerle kaplanmasıyla düzeltilebilir. Giysiler de sesi emer; bu nedenle boş bir salonda yankılanma insanlarla dolu bir salondan daha fazladır. Tüm bu ses emici malzemeler gözeneklidir; küçük hava dolu boşluklara giren ses dalgaları, enerjileri tükenene kadar etraflarında sekerler. Aslında tuzağa düşmüş durumdalar.

Sesin yansıması, bazı hayvanlar, özellikle yarasalar ve dişli balinalar tarafından ekolokasyon için kullanılır - nesneleri görme duyusu yerine işitme duyusu yoluyla konumlandırmak ve bazı durumlarda tanımlamak. Yarasalar ve dişli balinalar, balinalar söz konusu olduğunda 200.000 Hz'e kadar çıkan, insan işitmesinin üst sınırlarının çok ötesinde frekans patlamaları yayarlar. Kısa dalga boylu sesler çok küçük nesnelerden bile yansır. Bir yarasa zifiri karanlıkta bir sivrisineği bile hatasız bir şekilde bulabilir ve yakalayabilir. Sonar, yapay bir ekolokasyon biçimidir.

Refraksiyon

Bir dalga bir malzemeden diğerine belirli bir açıyla geçtiğinde, genellikle hızını değiştirerek dalga cephesinin bükülmesine neden olur. Sesin kırılması, bir fizik laboratuvarında, ses dalgalarını bir odak noktasına getirmek için karbon dioksit ile doldurulmuş lens şeklinde bir balon kullanılarak gösterilebilir.

Kırınım

Ses dalgaları bir engelin etrafından veya bir engeldeki bir açıklıktan geçtiğinde, engelin kenarı veya açıklığı, orijinal kaynak olarak aynı frekansta ve dalga boyunda (ancak daha düşük yoğunlukta) dalgalar göndererek ikincil bir ses kaynağı görevi görür. İkincil kaynaktan çıkan ses dalgalarının yayılmasına kırınım denir. Bu fenomen nedeniyle, ses dalgaları genellikle düz bir çizgide hareket etmesine rağmen, köşelerde ses duyulabilir.

Parazit yapmak

Dalgalar etkileşime girdiğinde, girişim meydana gelir. Ses dalgaları için fenomen, belki de en iyi, iki dalganın bir noktaya vardıklarında sıkışmaları ve seyreklikleri açısından düşünülerek anlaşılabilir. Dalgalar, sıkıştırmaları ve seyreklikleri çakışacak şekilde aynı fazda olduğunda, birbirlerini güçlendirirler (yapıcı girişim). Faz dışı olduklarında, birinin sıkıştırmaları diğerinin seyrekleşmeleriyle çakıştığında, birbirlerini zayıflatma ve hatta iptal etme eğilimindedirler (yıkıcı girişim). İki dalga arasındaki etkileşim, ortaya çıkan bir dalga üretir.

Oditoryumlarda, sahneden gelen ses ile salonun diğer bölümlerinden yansıyan ses arasındaki yıkıcı girişim, sesin hem hacminin hem de netliğinin zayıf olduğu ölü noktalar oluşturabilir. Bu tür parazitler, yansıtıcı yüzeylerde ses emici malzemeler kullanılarak azaltılabilir. Öte yandan, parazit bir oditoryumun akustik özelliklerini iyileştirebilir. Bu, yansıtıcı yüzeylerin, seyircinin oturduğu alanda ses seviyesi gerçekten artırılacak şekilde düzenlenmesiyle yapılır.

Neredeyse eşit olmayan frekanslara sahip iki dalga arasındaki girişim, iki dalga sürekli olarak faz içine ve dışına düştüğü için dönüşümlü olarak artan ve azalan yoğunlukta bir ton üretir. Duyulan nabızlara vuruş denir. Piyano akortçuları bu efektten yararlanarak bir telin tonunu vuruşlar artık duyulmayıncaya kadar standart bir akort çatalınınkine göre ayarlar.

Tek bir saf frekansın sesleri, yalnızca akort çatalları ve osilatör adı verilen elektronik cihazlar tarafından üretilir; çoğu ses, farklı frekans ve genlikteki tonların bir karışımıdır. Müzik aletleri tarafından üretilen tonların önemli bir ortak özelliği vardır: bunlar periyodiktir, yani titreşimler tekrar eden kalıplarda meydana gelir. Bir trompet sesinin osiloskop izi böyle bir model gösterir. Bir balonun patlaması veya öksüren bir kişinin sesleri gibi çoğu müzikal olmayan ses için, bir osiloskop izi, frekans ve genlik karmaşasını gösteren pürüzlü, düzensiz bir model gösterecektir.

Trompette olduğu gibi bir hava sütunu ve bir piyano telinin her ikisinin de temel bir frekansı vardır - harekete geçtiklerinde en kolay titredikleri frekans. Titreşen bir hava sütunu için, bu frekans esas olarak sütunun uzunluğu tarafından belirlenir. (Boruların valfleri, kolonun etkin uzunluğunu değiştirmek için kullanılır.) Titreşen bir tel için temel frekans, telin uzunluğuna, gerilimine ve birim uzunluk başına kütlesine bağlıdır.

Temel frekansına ek olarak, bir sicim veya titreşen hava sütunu, temel frekansın tam sayı katları olan frekanslara sahip imalar da üretir. Belirli bir kaynaktan gelen bir müzik tonuna, ayırt edici niteliğini veya tınısını veren, üretilen tınıların sayısı ve bunların göreceli gücüdür. Ek tonların eklenmesi, trompet sesinin osiloskop izininki gibi karmaşık bir model üretecektir.

Titreşen bir telin temel frekansının, telin uzunluğuna, gerilimine ve birim uzunluk başına kütlesine nasıl bağlı olduğu üç kanunla tanımlanır:

1. Titreşen bir telin temel frekansı, uzunluğuyla ters orantılıdır.

Titreşen bir telin uzunluğunu yarıya indirmek, eğer gerilim aynı kalırsa, perdeyi bir oktav yükselterek, frekansını ikiye katlayacaktır.

2. Titreşen bir telin temel frekansı, gerilimin karekökü ile doğru orantılıdır.

Titreşen bir telin geriliminin arttırılması, frekansı yükseltir; Gerilim dört kat daha fazla yapılırsa, frekans iki katına çıkar ve perde bir oktav yükseltilir.

3. Titreşen bir ipin temel frekansı, birim uzunluk başına kütlenin karekökü ile ters orantılıdır.

Bu, aynı malzemeden ve aynı uzunluk ve gerilime sahip iki diziden daha kalın olanın daha düşük temel frekansa sahip olduğu anlamına gelir. Bir telin birim uzunluğu diğerinin kütlesinin dört katıysa, daha kalın telin temel frekansı daha ince telin yarısı kadardır ve bir oktav daha düşük bir ton üretir.

Sesle ilgili ilk keşiflerden biri MÖ altıncı yüzyılda Yunan matematikçi ve filozof Pisagor tarafından yapıldı. Titreşen bir sicimin uzunluğu ile ürettiği ton arasındaki ilişkiyi not etti - şimdi sicimlerin birinci yasası olarak bilinen şey. Pisagor, ses hissinin titreşimlerden kaynaklandığını da anlamış olabilir. Zamanından kısa bir süre sonra, bu hissin, havada dolaşan ve kulak zarına çarpan titreşimlere bağlı olduğu anlaşıldı.

1640'larda Fransız matematikçi Marin Mersenne, sesin havadaki hızını belirlemek için ilk deneyleri yaptı. Mersenne ayrıca sicimlerin ikinci ve üçüncü yasalarını keşfetmesiyle de tanınır. 1660'da İngiliz bilim adamı Robert Boyle, sesin iletilmesi için bir ortama ihtiyaç duyduğunu gösterdi - havanın pompalandığı bir kavanozdaki zilin çalmasının duyulamadığını göstererek.

Alman fizikçi Ernst Chladni, 1700'lerin sonlarında ve 1800'lerin başlarında ses üreten titreşimlerin kapsamlı analizlerini yaptı. 1801'de Fransız matematikçi Fourier, tüm tonları ile titreşen bir sicim tarafından üretilenler gibi karmaşık dalgaların bir dizi basit periyodik dalgadan oluştuğunu keşfetti.

Genel olarak dalgalar üzerinde çok çalışma 19. yüzyılda yapıldı. İngiliz fizikçi Thomas Young, özellikle kırınım ve girişim üzerine araştırmalar yaptı. Avusturyalı Christian Johann Doppler, dalgaların kaynağı gözlemciye göre hareket ederken dalgaların gerçek ve algılanan frekansları arasındaki matematiksel ilişkiyi formüle etti.

Akustik anlayışına önemli bir katkı, 1890'ların sonlarında Harvard Üniversitesi'nde fizikçi olan Wallace Clement Sabine tarafından yapılmıştır. Sabine'den Harvard'ın Fogg Sanat Müzesi'ndeki ana konferans salonunun akustiğini iyileştirmesi istendi. Konferans salonunda 5 1/2 saniye olarak bulduğu yankılanma süresini ilk ölçen oydu. Önce yakındaki bir tiyatronun koltuk minderleriyle, daha sonra diğer ses emici malzemeler ve diğer yöntemlerle deneyler yapan Sabine, mimari akustiğin temellerini attı. Bilimsel olarak formüle edilmiş akustiğe sahip ilk bina olan Boston Senfoni Salonu'nu (1900'de açıldı) tasarladı.

20. yüzyılın ikinci yarısında, modern dünyada - özellikle kentsel alanlarda - yükselen gürültü seviyesi, büyük ölçüde gürültünün insanlar üzerindeki fizyolojik ve psikolojik etkileriyle ilgilenen yepyeni bir dizi araştırmayı teşvik etti.