SES: TARIH, ÖZELLIKLER, NASIL ÜRETILDIĞI, TÜRLERI - FIZIKSEL - 2024

Ses , hava gibi bir ortam içinde ilerleyen bir pertürbasyon olarak tanımlanan alternatif olarak bunun içinde büzülme ve açılımları üretmektedir. Hava basıncı ve yoğunluktaki bu değişiklikler kulağa ulaşır ve beyin tarafından işitsel duyumlar olarak yorumlanır.

Başlangıcından bu yana sesler, hayvanların birbirleriyle ve çevreleriyle iletişim kurması gereken araçların bir parçasını oluşturarak hayata eşlik etmiştir. Bazı insanlar bitkilerin de dinlediklerini iddia ediyorlar, ancak her halükarda daha yüksek hayvanlar gibi işitme cihazları olmasa bile çevrenin titreşimlerini algılayabiliyorlar.

Şekil 1. Ses bariyerinin kırılması

Konuşma yoluyla iletişim kurmak için sesi kullanmanın yanı sıra, insanlar onu müzik yoluyla sanatsal bir ifade olarak kullanırlar. Eski ve yeni tüm kültürler, hikayelerini, geleneklerini, dini inançlarını ve duygularını anlattıkları her tür müzik tezahürüne sahiptir.

Tarih

Önemi nedeniyle, insanlık onun doğasını incelemeye ilgi duymaya başladı ve ses dalgalarının özelliklerine ve davranışına adanmış bir fizik dalı olan akustiği yarattı.

Ünlü matematikçi Pisagor'un (M.Ö. 569-475) sesler arasındaki yükseklik (frekans) farklarını incelemek için uzun zaman harcadığı bilinmektedir. Öte yandan doğanın tüm yönleri üzerine spekülasyon yapan Aristoteles, sesin havadaki genişleme ve sıkışmalardan oluştuğunu doğru bir şekilde ileri sürmüştür.

Daha sonra ünlü Romalı mühendis Vitruvius (M.Ö. 80-15), akustik ve tiyatro yapımındaki uygulamaları üzerine bir inceleme yazdı. Isaac Newton'un kendisi (1642-1727) sesin katı ortamda yayılmasını inceledi ve yayılma hızı için bir formül belirledi.

Zamanla, matematiksel hesaplama araçları, dalga davranışının tüm karmaşıklığını yeterince ifade etmeyi mümkün kıldı.

Ses özellikleri (özellikler)

En basit haliyle, bir ses dalgası, şekil 2'de gösterildiği gibi, zaman ve uzayda yayılan sinüzoidal bir dalga olarak tanımlanabilir. Burada dalganın periyodik olduğu, yani bir zamanla kendini tekrar eden bir yol.

Boyuna bir dalga olduğundan, yayılma yönü ve titreşen ortamın parçacıklarının hareket ettiği yön aynıdır.

Ses dalgası parametreleri

Şekil 2. Ses, uzunlamasına bir dalgadır, bozulma, moleküllerin yer değiştirmelerini deneyimledikleri yönde yayılır. Kaynak: Wikimedia Commons.

Bir ses dalgasının parametreleri:

T Periyodu: Dalganın bir aşamasını tekrar etmek için geçen süredir. Uluslararası Sistemde saniyelerle ölçülür.

Döngü : Dalganın dönemin içerdiği ve bir noktadan diğerine aynı yüksekliğe ve aynı eğime sahip olan kısmıdır. Bir vadiden diğerine, bir sırttan diğerine veya açıklanan özellikleri karşılayan bir noktadan diğerine olabilir.

Dalga boyu λ : Dalganın bir tepesi ile diğeri arasındaki, bir vadi ile diğeri arasındaki veya genel olarak aynı yükseklik ve eğime sahip bir nokta ile bir sonraki arasındaki mesafedir. Uzunluk olarak metre cinsinden ölçülür, ancak diğer birimler dalganın türüne bağlı olarak daha uygundur.

Frekans f : zaman birimi başına döngü sayısı olarak tanımlanır. Birimi Hertz'dir (Hz).

Genlik A: yatay eksene göre dalganın maksimum yüksekliğine karşılık gelir.

Ses nasıl üretilir ve yayılır?

Şekil 2'nin alt kısmında gösterildiği gibi, bir malzeme ortamına batırılmış bir nesne titreştirildiğinde ses üretilir. Soldaki hoparlörün gergin zarı titreşir ve paraziti havaya iletir. dinleyiciye ulaşır.

Bozulma yayıldıkça enerji, genleşmeler ve sıkışmalar yoluyla birbirleriyle etkileşime giren ortamdaki moleküllere iletilir. Katı, sıvı veya gaz olsun, sesin yayılması için her zaman maddi bir ortama ihtiyacınız vardır.

Havadaki rahatsızlık kulağa ulaştığında, hava basıncındaki değişiklikler kulak zarının titremesine neden olur. Bu, beyne işitme siniri yoluyla iletilen elektriksel dürtülere yol açar ve bir kez orada uyarılar sese çevrilir.

Ses hızı

Belirli bir ortamdaki mekanik dalgaların hızı şu ilişkiyi takip eder:

Örneğin, hava benzeri bir gazda yayılırken, sesin hızı şu şekilde hesaplanabilir:

Sıcaklık arttıkça, sesin hızı da artar, çünkü ortamdaki moleküller titreşmeye ve hareketleriyle titreşimi iletmeye daha isteklidir. Öte yandan baskı, değerini etkilemez.

Dalga boyu ve frekans arasındaki ilişki

Dalganın bir döngüyü tamamlaması için geçen sürenin dönem olduğunu, bu süre içinde kat edilen mesafenin bir dalga boyuna eşit olduğunu daha önce görmüştük. Bu nedenle sesin hızı v şu şekilde tanımlanır:

Öte yandan, frekans ve dönem birbiriyle ilişkilidir, biri diğerinin tersidir, şöyle:

Bu şunlara yol açar:

İnsanlarda duyulabilir frekans aralığı 20 ile 20.000 Hz arasındadır, bu nedenle yukarıdaki denklemdeki değerler değiştirilirken ses dalgaboyu 1,7 cm ile 17 m arasındadır.

Bu dalga boyları, sesin yayılmasını etkileyen ortak nesnelerin boyutudur, çünkü bir dalga olduğundan, engellerle karşılaştığında yansıma, kırılma ve kırılma yaşar.

Kırınımın yaşanması, sesin dalga boyuna yakın veya daha küçük boyutta olan engellerle ve açıklıklarla karşılaştığında etkilendiği anlamına gelir.

Bas sesleri en iyi şekilde uzun mesafelere yayılabilir, bu yüzden filler geniş bölgelerinde iletişim kurmak için infrasound (çok düşük frekanslı, insan kulağı tarafından duyulamayan sesler) kullanır.

Ayrıca yakındaki bir odada müzik olduğunda, dalga boyu kapı ve pencere boyutunda olduğu için bas tizden daha iyi duyulur. Öte yandan, odadan çıkarken tiz sesler kolayca kaybolur ve bu nedenle duyulmayı durdurur.

Ses nasıl ölçülür?

Ses, havanın, yayıldıkça basınçta artışa ve azalmaya neden olacak şekilde bir dizi sıkışması ve seyrekleşmesinden oluşur. Uluslararası Sistemde, basınç Pa olarak kısaltılan paskal cinsinden ölçülür.

Olan şey, bu değişikliklerin yaklaşık 101.000 Pa değerindeki atmosferik basınca kıyasla çok küçük olmasıdır.

En yüksek sesler bile, kıyaslandığında oldukça küçük bir miktar olan sadece 20-30 Pa (ağrı eşiği) dalgalanmalar üretir. Ancak bu değişiklikleri ölçebilirseniz, o zaman sesi ölçmenin bir yolu vardır.

Ses basıncı, sesli atmosfer basıncı ile sessiz atmosfer basıncı arasındaki farktır. Söylediğimiz gibi, en yüksek sesler 20 Pa'lık ses basıncı üretirken, en zayıfları yaklaşık 0,00002 Pa'ya (ses eşiği) neden olur.

Ses basınçlarının aralığı 10'un birkaç katını kapsadığından, bunları belirtmek için logaritmik bir ölçek kullanılmalıdır.

Öte yandan, deneysel olarak insanların düşük yoğunluklu seslerdeki değişiklikleri aynı büyüklükteki ancak yoğun seslerdeki değişikliklerden daha belirgin algıladıkları tespit edilmiştir.

Örneğin, ses basıncı 1, 2, 4, 8, 16… artarsa, kulak yoğunlukta 1, 2, 3, 4… artışları algılar. Bu nedenle, ses basınç seviyesi (Ses Basınç Seviyesi) L _P olarak adlandırılan yeni bir miktarın tanımlanması uygundur:

P _o , işitme eşiği olarak alınan referans basınçtır ve P ₁ , ortalama etkin basınç veya RMS basıncıdır. Bu RMS veya ortalama basınç, kulağın ses sinyalinin ortalama enerjisi olarak algıladığı şeydir.

Desibel

L _P için yukarıdaki ifadenin sonucu, çeşitli P ₁ değerleri için değerlendirildiğinde , boyutsuz bir miktar olan desibel cinsinden verilir. Ses basıncı seviyesini bu şekilde ifade etmek çok uygundur, çünkü logaritmalar büyük sayıları daha küçük, daha yönetilebilir sayılara dönüştürür.

Ancak birçok durumda desibelleri belirlemek için ses basıncından çok ses yoğunluğunun kullanılması tercih edilir.

Ses yoğunluğu, dalganın yayıldığı yöne dik olarak yönlendirilmiş bir birim yüzeyden bir saniye (güç) boyunca akan enerjidir. Ses basıncının gibi, bir skaler miktar ve W / m olan I. birimleri gösterilir ² , birim alan başına gücü.

Ses yoğunluğunun ses basıncının karesiyle orantılı olduğu gösterilebilir:

Bu ifadede ρ ortamın yoğunluğudur ve c sesin hızıdır. Daha sonra ses yoğunluğu seviyesi L _I şu şekilde tanımlanır :

Bu da desibel olarak ifade edilir ve bazen Yunanca β harfi ile gösterilir. Referans değeri I _o 1 x 10 ^-12 W / m ² . Bu nedenle, 0 dB, insan işitme duyusunun alt sınırını temsil ederken ağrı eşiği 120 dB'dir.

Logaritmik bir ölçek olduğu için desibel sayısındaki küçük farklılıkların ses yoğunluğu açısından büyük fark yarattığı vurgulanmalıdır.

Ses seviyesi ölçer

Ses seviyesi ölçer veya desibelmetre, ses basıncını ölçmek için kullanılan ve ölçümü desibel cinsinden gösteren bir cihazdır. İnsan kulağının vereceği şekilde buna yanıt verecek şekilde tasarlanmıştır.

Şekil 3. Ses seviyesi ölçer veya desibelmetre, ses basınç seviyesini ölçmek için kullanılır. Kaynak: Wikimedia Commons.

Sinyali toplamak için bir mikrofon, bu sinyali bir elektrik akımına yeterince dönüştürmekle sorumlu olan amplifikatör ve filtreli daha fazla devre ve son olarak okumanın sonucunu gösteren bir ölçek veya bir ekrandan oluşur.

Belirli seslerin insanlar ve çevre üzerindeki etkisini belirlemek için yaygın olarak kullanılırlar. Örneğin fabrikalardaki, endüstrilerdeki, havalimanlarındaki, trafik gürültüsündeki ve diğerlerindeki sesler.

Ses türleri (infrasound, ultrason, mono, stereo, polifonik, homofonik, bas, tiz)

Ses, frekansı ile karakterizedir. İnsan kulağının yakalayabildiğine göre, tüm sesler üç kategoriye ayrılır: duyabildiğimiz veya işitilebilir spektrum, işitilebilir spektrum veya infrasound alt sınırının altında bir frekansı olanlar ve duyulabilir spektrumun üzerinde olanlar. ultrason adı verilen üst sınır.

Her durumda, ses dalgaları doğrusal olarak üst üste gelebildiğinden, bazen benzersiz olarak yorumladığımız günlük sesler, aslında farklı ama yakın frekanslara sahip farklı seslerden oluşur.

Şekil 4. Ses spektrumu ve frekans aralıkları. Kaynak: Wikimedia Commons.

Sesli spektrum

İnsan kulağı geniş bir frekans aralığını algılayacak şekilde tasarlanmıştır: 20 ile 20.000 Hz arası Ancak bu aralıktaki tüm frekanslar aynı yoğunlukta algılanmaz.

Kulak 500 ile 6.000 Hz arasındaki frekans bandında daha hassastır ancak yaş gibi sesi algılama yeteneğini etkileyen başka faktörler de vardır.

Infrasound

Frekansı 20 Hz'den az olan seslerdir ancak insanların bunları duyamaması, diğer hayvanların duyamayacağı anlamına gelmez. Örneğin, infrasound uzun mesafeler kat edebileceği için filler onları iletişim kurmak için kullanır.

Kaplan gibi diğer hayvanlar, avlarını sersemletmek için kullanırlar. Infrasound, büyük nesnelerin algılanmasında da kullanılır.

Ultrason

20.000 Hz'den büyük frekanslara sahiptirler ve birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Ultrasonun en dikkate değer kullanımlarından biri, hem teşhis hem de tedavi amaçlı bir ilaç aracıdır. Ultrason ile elde edilen görüntüler non-invazivdir ve iyonlaştırıcı radyasyon kullanmaz.

Ultrasonlar ayrıca yapılardaki hataları bulmak, mesafeleri belirlemek, navigasyon sırasında engelleri tespit etmek ve daha fazlası için kullanılır. Hayvanlar da ultrasondan yararlanırlar ve aslında onun varlığı da böyle keşfedilmiştir.

Yarasalar ses darbeleri yayar ve ardından mesafeleri tahmin etmek ve avın yerini belirlemek için ürettikleri yankıyı yorumlar. Köpekler de ultrasonları duyabilir ve bu nedenle sahiplerinin duyamayacağı köpek düdüğüne yanıt verirler.

Monofonik ses ve stereofonik ses

Şekil 4. Bir kayıt stüdyosunda, ses elektronik cihazlar tarafından uygun şekilde değiştirilir. Kaynak: Pixabay.

Monofonik ses, tek bir mikrofon veya ses kanalı ile kaydedilen bir sinyaldir. Kulaklık veya sesli boru ile dinlerken, her iki kulak da tam olarak aynı şeyi duyar. Bunun aksine, stereofonik ses sinyalleri iki bağımsız mikrofonla kaydeder.

Mikrofonlar, kaydetmek istediğiniz şeyin farklı ses basınçlarını alabilmeleri için farklı konumlarda bulunur.

Sonra her kulak bu sinyal setlerinden birini alır ve beyin bunları toplayıp yorumladığında, sonuç monofonik sesleri dinlemekten çok daha gerçekçidir. Bu nedenle müzik ve film söz konusu olduğunda tercih edilen yöntemdir, ancak yine de radyoda özellikle röportajlar ve konuşmalar için monofonik veya mono ses kullanılmaktadır.

Homofoni ve çok seslilik

Müzikal anlamda homofoni, iki veya daha fazla ses veya enstrüman tarafından çalınan aynı melodiden oluşur. Öte yandan, polifonide melodileri ve hatta farklı ritimleri takip eden eşit öneme sahip iki veya daha fazla ses veya enstrüman vardır. Bu seslerin ortaya çıkan topluluğu, Bach'ın müziği gibi uyumludur.

Bas ve tiz sesler

İnsan kulağı işitilebilir frekansları yüksek, düşük veya orta olarak ayırt eder. Bu, sesin perdesi olarak bilinen şeydir.

1600 ile 20.000 Hz arasındaki en yüksek frekanslar akut ses olarak kabul edilir, 400 ile 1600 Hz arasındaki bant orta tonlu seslere karşılık gelir ve son olarak 20 ile 400 Hz aralığındaki frekanslar bas tonlarıdır.

Bas sesleri tizden farklıdır, birincisi derin, karanlık ve gürleyen, ikincisi ise hafif, net, mutlu ve delicidir. Ayrıca kulak, daha az yoğunluk hissi veren bas seslerinin aksine bunları daha yoğun olarak yorumlar.

Referanslar

1. Figueroa, D. 2005. Dalgalar ve Kuantum Fiziği. Seri: Bilim ve Mühendislik için Fizik. D. Figueroa tarafından düzenlenmiştir.
2. Giancoli, D. 2006. Fizik: Uygulamalı Prensipler. 6. Ed Prentice Hall.
3. Rocamora, A. Müzik akustiği üzerine notlar. Kurtarıldı: eumus.edu.uy.
4. Serway, R., Jewett, J. (2008). Bilim ve Mühendislik için Fizik. Cilt 1. 7. Ed. Cengage Learning.
5. Vikipedi. Akustik. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı.