Ses Fiziği

Ses, canlıların işitme organları tarafından algılanabilen periyodik basınç değişimleridir. Bir maddedeki moleküllerin titreşmesi sonucunda oluşur. Fiziksel boyutta ses; katı, sıvı veya gaz ortamlarda oluşan basit bir mekanik düzensizlikken, aynı zamanda sesin algılanmasıyla sonuçlanan işitme mekanizmasının bir uyarımı olarak da görülebilir. Ses uyarımının algılanması olan işitme, insanların çevreleriyle iletişimini sağlayan beş temel duyudan biridir.

İnsanların ya da hayvanların farklı sebeplerle iletişim için oluşturdukları sesler dışında cansız varlıklar da ses oluşumuna sebep olabilir. Bir kişinin masayı iterken masanın yerle sürtünmesi sonucu ortaya çıkan ses, bir canlının bir cansıza etkisi sonucu ortaya çıkmaktadır. Rüzgarın yere düşmüş yapraklar üzerinden çıkardığı ses ise iki cansız varlığın etkileşmesi sonucu ortaya çıkan seslere örnek gösterilebilir.

Bir enerji türü olan ve titreşimle oluşan ses, iletimi için maddesel bir ortama ihtiyaç duyar, hava ve başka elastik ortamlarda dalga hareketleri şeklinde yayılır. Havadaki ve herhangi bir akışkan ortamdaki ses dalgaları boyuna dalgalardır, çünkü sesin taşındığı ortamın parçacıkları ses dalgasının hareket ettiği yöne paralel titreşir. Ses dalgalarının beş ana fiziksel özelliği vardır; dalga boyu, genlik, frekans, periyot ve hız. Dalga boyu, bir ses dalgasının oluşması için aldığı yoldur, dalganın ardışık özdeş parçaları arasındaki mesafedir; çoğunlukla ardışık iki tepe veya çukur arasındaki mesafeden yola çıkılarak gösterilir. Metre, mikrometre ve nanometre cinsinden ölçülen dalga boyu, λ (lambda) harfi ile gösterilir. Bir dalganın genliği, bir ortamdan geçerken ses dalgası tarafından bozulan parçacıkların maksimum yer değiştirmesini tanımlar. Ses dalgalarının genliği arttıkça sesin enerjisi ve şiddeti de artar. Ses düzeyi birimi desibel (dB) dir. Bir ses dalgasının frekansı her bir saniyede üretilen ses dalgalarının sayısını gösterir. Aynı zaman diliminde düşük frekanslı sesler, yüksek frekanslı seslere kıyasla daha az sayıda dalga üretir. Ses dalgası havada yayılırken, tam bir dalga boyunun uzayda belirli bir noktadan geçmesi için geçen süreye ise periyot denir. T ile temsil edilir ve genelde saniyenin kesirleri olarak ölçülür. Son olarak ses dalgasının hızı, dalganın birim zamanda kat ettiği yolu ifade eder ve çoğunlukla m/s şeklinde ölçülür. Sesin yayıldığı ortamın yoğunluğu, ses dalgasının hızını etkiler. Ortamın yoğunluğu ne kadar fazlaysa ses dalgası o ortamda o kadar hızlı yayılır.

Dalga özelliği gösteren diğer fiziksel varlıklarda olduğu gibi, seste de ismini ünlü bilim insanından alan Doppler etkisi görülmektedir. Sesteki Doppler etkisi basitçe, frekans ve dalga boyunun hareketli bir gözlemci tarafından farklı zaman veya konumlarda farklı algılanması durumudur. Kaynaktan yayılan sesler taşıyıcı bir ortamın içinde yol alarak gözlemciye ulaşır. Kaynaktan yayılan sesin gözlemciye ulaşması sırasında geçen süre, aradaki mesafeye ve sesin ortamdaki yayılma hızına bağlı olarak değişir. Eğer kaynak ve gözlemci birbirlerine göre hareket etmiyorlarsa, gözlemcinin algıladığı ses frekansı kaynaktan yayılan sesin frekansıyla aynı olacaktır. Kaynak ve gözlemci hareket etmeye başladığında ise durum değişir. Kaynak ve gözlemci birbirlerinden uzaklaşıyorsa gözlemcinin algıladığı sesin frekansı düşer çünkü kaynağın ürettiği ses dalgasının her bir tepe noktası gözlemciye ulaşırken kendisinden önceki tepe noktalarından daha fazla yol kateder. Böylece gözlemci sesleri giderek daha seyrek algılamaya başlar yani algılanan seslerin frekansı azalır, dalga boyu uzar. Kaynak ve gözlemcinin birbirine yaklaşması durumundaysa tam tersi olur. Kaynaktan yayılan sesin her bir tepe noktası gözlemciye ulaşmak için kendisinden önce yayılanlardan daha az yol kateder. Dolayısıyla gözlemci sesleri giderek daha sık algılamaya başlar yani gözlemlenen seslerin frekansı artar, dalga boyu kısalır. Doppler etkisini günlük hayatta gözlemleyebiliriz. Örneğin bir yolun kenarında beklerken bize yaklaşan ambulansın sireninden çıkan seslerin frekansının giderek arttığını duyarız yani ses bize tiz gelir. Araç yanımızdan geçip bizden uzaklaşmaya başladığındaysa frekans giderek azalır.

Günlük hayatta da kimi zaman ismini duyduğumuz, insan kulağına bir patlama veya gök gürültüsü gibi gelen, kimi zaman ürküten veya rahatsız eden sonik patlama, bir nesne havada ses hızından daha hızlı hareket ettiğinde oluşan şok dalgalarıyla ilişkilendirilen sestir. Sonik patlamalar, muazzam miktarlarda ses enerjisi üretir. Ateşlenen bir merminin patlama sesi veya bir kamçının sesi küçük sonik patlamalar olarak sayılabilir. Büyük süpersonik uçaklardan kaynaklanan sonik patlamalar özellikle gürültülü ve ürkütücü olabilir, insanları uyandırabilir ve bazı yapılarda küçük hasara neden olabilir.

Geçmişten günümüze insanlar, duygu ve düşüncelerini ifade etmek için farklı müzik aletleri aracılığıyla müzik üretmiştir. Müzik aletleri, basit sesleri değil müzik sesi denilen birçok basit sesten meydana gelen ses kümelerini oluşturur. Müzik sesleri, yinelenen belirli bir periyodu ve frekansı olan seslerdir. Birleşen seslerin frekansları, genlikleri, bağıl fazları değiştikçe müzik sesinin niteliği de değişir. Dünyada pek çok müzik aleti kullanılmaktadır. Çeşitleri bu kadar çok olmasına rağmen dayandıkları ilkeler temelde aynıdır. Biçimleri değişiktir. Çeşitli maddelerden yapılmışlardır. Çeşitli şekillerde çalınır ama hepsinde sesi oluşturan ya bir tel, ya bir hava sütunu ya bir zar ya da levhadır.

İnsanlar; haberleşmek, duygu ve düşüncelerini ifade etmek çeşitli sesler çıkarırlar. Bir insanda sesin oluşabilmesi için bir titreşimin olması gerekir, bir bireyin nefes verirken akciğerlerinden gelen hava gırtlağında yer alan ses tellerini titreştirerek sesi oluşturur. Larinks yani gırtlak üç bölümden oluşur: ses tellerinin bulunduğu orta kısım (glottis), ses tellerinin üzerinde kalan supraglottik bölüm ve glottisin altında kalan subglottik bölüm. Doğum sırasında bir bebeğin larinksi, 2 cm boyunda ve 2 cm eninde olup erişkindekinin üçte biri kadardır. Erişkine göre çok yumuşak ve esnektir. Ses tellerinde henüz erişkinlerde bulunan tabakalar mevcut değildir. Cinsiyetler arasında doğumdaki larinks açısından farklılık yoktur. Doğumda yenidoğan larinksi hayatın hiçbir zamanında olmadığı kadar boyunda yüksek konumdadır. Süt çocuğunda larinks o kadar yüksektedir ki, epiglot yumuşak damağa temas eder ve hem soluyup hem süt içebilmeye imkân verir. Larinks, inişine doğumdan hemen sonra başlar. Laringeal iniş, ses yolunu uzatır, ses yolu rezonans frekansının düşmesini sağlar, vücut büyüklüğünün daha fazla imiş gibi algılanmasını sağlar. Aynı durum şempanze ve geyiklerde yapılan çalışmalarda da gösterilmiştir. Yapılan çalışmalar, pes erkek sesinin kadınlar tarafından artmış vücut büyüklüğü olarak algılandığını göstermektedir. Erkeklerin çoğunun ses frekansı kadınların çoğunun ses frekansından daha düşüktür. Larinksin inişi (yutak boşluğu uzadıkça, düşük temel frekanslar daha fazla rezonans kazanmaktadır) ile ortalama ses perdesinin düşüşü arasında gelişimsel bir ilişki vardır. Laringeal iniş hem yutma hem de ses için evrimsel açıdan önemlidir.

Her insanda iki adet ses teli, boyunun ortasında, yutağın (farinks) hemen altında, soluk borusunun (trakea) hemen üzerinde bulunur. Evrimsel gelişim sürecinde, ses tellerinin ve genel anlamda gırtlağın (larinks, hançere) asıl fonksiyonu, hava yolunu ve akciğerleri dışarıdan gelen yabancı partiküllerden ve yemeklerin buraya kaçmasından korumaktır. Nefes alma sırasında V harfi şeklinde açık olan ses telleri, yemek yerken ve ses çıkarma sırasında tamamen karşı karşıya gelerek kapanır. Ses telleri iki ayrı katmandan oluşur. Üstte yer alan ve her iki ses telinde birbiri ile temas eden mukoza, epitel ve lamina propriadan oluşur. Mukozanın altında katman ise kas dokusudur. İnsan ses telleri, konuşma ve ses çıkarma sırasında saniyede erkeklerde ortalama 120, kadınlarda 200 kez birbiri ile temas eder (titreşir). Yenidoğan bir bebeğin ses tellerinin temel frekansı (F0) ise 450-520 Hz arasında değişir. Yani bebek ağlarken ses telleri saniyede bu kadar sayıda titreşir. İnsan sesi ile ilgili temel bilgilere buradan ulaşabilirsiniz.