Fizik

Sesin Oluşumu

Titreşen cisimlerin ses çıkardığını biliyoruz. Fakat her titreşen cismin ürettiği ses aynı değil­dir. Örneğin boş bir teneke vurduğumuzda çıkan ses ile içi su dolu bir tenekeye vurduğumuzda çıkan ses aynı değildir. Sesin bir takım özellikleri vardır.

Sesin yayılması bazı yön­lerden su dalgalarının ya­yılmasına benzerken ba­zı yönlerden de benze­mez. Örneğin ses dalga­ları da su dalgaları gibi bir noktadan başka bir noktaya doğru dalgalar şeklinde yayılır, kaynak­tan uzaklaştıkça zayıflar ve söner. Su dalgaları su yü­zeyinde yayılırken, ses dalgaları bir balonun genişle­mesi gibi kaynaktan itibaren her doğrultuda yayılır.

Sesin bir ortamda dalgalar hâlinde yayıldığını ve ortam olmayan yerde yani boşlukta sesin yayılmadığını bilmemiz gerekiyor.

Bir ses kaynağının yakınında sesin şiddetli, kaynaktan uzaklaştıkça zayıf olması, bazı seslerin ince bazılarının ise kalın olması sesin özellikleri ile ilgilidir.

Öncelikle sesin nasıl üretildiğini inceleyelim. Sesin üretilmesi için maddelerin titreştirilmesi gerekir. Tahta­ya vurulurken, sazın teli çekilirken, bir kağıt yırtılırken, rüzgâr eserken veya çivi çakılırken madde titreştirilir. Bunun için de bir enerji gerekir.

Bir cetvelin ucunu bir masa kenarına sı­kıştırıp cetvelin boşta kalan ucu­nu aşağı bastırıp serbest bırakalım. Cetvelin aşağı yu­karı titreşim hareketi yapmasından dolayı bir ses du­yarız.

Bu bize sesin incelik ve kalınlığının ses kaynağının özelliği ile ilgili olduğunu gösterir. Ses dalgaları her doğrultuda yayılan boyuna dalgalardır.

Ses Titreşimdir

Titreşen cisimlerin ses çıkardığını söyledik. Peki bir ci­simden çıkan sesi nasıl işitiriz? Cisim titreştiğinde et­rafındaki havayı titreştirir. Bu titreşim dalgalar hâlinde yayılır ve kulağımıza kadar gelir. Kulağımıza gelen dal­galar kulak zarımızı titreştirir.

Zara değen kulak kemikleri bu titreşimleri salyangoza aktarır. Oradaki sinir hücreleri, ses titreşimlerini elektrik sinyallerine dönüştürür ve beynimize iletir. Beyinde ses algılanır.

Bir cisim titreştiğinde cisim etrafındaki hava tanecikle­rini de titreşir. Titreşen bu tanecikler yakındaki tanecik­lere çarparak onların da titreşmesine sebep olur. Bu şekilde ses, titreşen taneciklerden oluşan dalgalar şeklinde etrafa yayılır.

Ses dalgaları, hava tanecikle­rinin oluşturduğu sıkışık ve seyrek bölgelerden mey­dana gelir. Taneciklerin sıkışık olduğu yüksek basınçlı bölge ses dalgasının tepe noktasını, seyrek olduğu düşük basınçlı bölge ise ses dalgasının çukur noktası­nı temsil eder.

ses dalgası

Ses Dalgalarında Temel Kavramlar

Ses dalgalarının ardışık iki sıkışık bölge (tepe noktası) ya da ardışık iki seyrek bölge (çukur noktası) arasında­ki en kısa uzaklığa, ses dalgasının dalga boyu (λ) denir.

Ses dalgalarında genlik, ortamın ne kadar sıkıştırılmış ya da ne kadar seyreltilmiş olduğunun bir ölçüsüdür. Ortam ne kadar sıkıştırılmış ise, dalganın genliği o ka­dar büyük olur. Bir sesin ossiloskop ekranındaki dalga modeli aşağıdaki gibi eğrisel olarak çizildiği gibidir. Grafikte dalga tepesi ile dalga çukuru arasındaki dü­şey uzaklığın yarısı ise genlik olarak adlandırılır.

sesin dalga boyu

Ses dalgasının saniyedeki üretilme sayısına sesin frekansı denir. Frekans dalga kaynağı ile ilgili bir özeliktir. Bir tam ses dalgasının üretilmesi için geçen süreye ise sesin periyodu denir.

Fizikte her zaman olduğu gibi frekans ile periyot arasında T.f = 1 bağıntısı vardır. 

Sesin Şiddeti

Ses kaynağından çıkan sesin kulak zarına yaptığı basınç, ses şiddeti olarak adlandırılır. Ses şiddeti­ne gürlük adı da verilir. Ses şiddeti ne kadar büyük olursa ses dalgalarının genliği de o kadar büyük olur.

Sesin şiddeti titreşim genliği ile orantılıdır. Tokmak­la davulun zarına yavaş vurursak, düşük genlikli ve düşük şiddetli ses oluşturulur. Tokmakla davulun zarına şiddetli vurursak, yüksek genlikli ve yüksek şiddetli ses oluşturulur. Davula daha kuvvetli vurduğu­muzda daha şiddetli ses çıkmasının sebebi, davula daha çok enerji aktarmamızdır.

Sesin şiddetini ölçmede birim olarak desibel kullanılır. Desibel dB ile gösterilir.

Ses kaynağından uzaklaştıkça sesi daha az duyarız, belirli bir mesafeden sonra sesi duymak neredeyse imkânsız hâle gelir.

Günlük hayatta karşılaştığımız ses çıkaran araçlar da farklı şiddette sesler çıkarır. Örneğin bir uçak kalkar­ken, harekete geçen bir arabadan daha şiddetli ses çı­karır.

  • Ses dalgaları maddesel ortamlarda yayılır, boş­lukta ise yayılmaz.
  • Ses dalgaları boyuna dalgalardır.
  • Ses dalgalarının şiddeti kaynağın titreşim genli­ğine bağlıdır.
  • Ses dalgalarının genliği ne kadar büyük olursa sesin şiddeti de o kadar büyük olur.
  • Ses şiddetine gürlük de denilir.
  • Şiddetli ses daha fazla enerji taşır.

Ses Dalgalarının Enerji Taşıması

Aynı ortamda yan yana tutu­lan özdeş diyapazonlardan birisine tokmakla vuruldu­ğunda, diğer diyapazonun da titreştiği gözlenir. Bu du­rum, ortamda oluşturulan titreşimlerin ses dalgaları hâlinde yayıldığını ve sahip olduğu enerjiyi taşıdığını gösterir.

Ses bombası patladığında camların kırılması yine sesin enerji taşıdığını gösterir.

Müzik setinizin hopar­lörünün önüne yanmak­ta olan bir mum yerleşti­rin. Mumun alevinin ha­reketsiz ve sabit bir şek­li olana kadar bekleyin Daha sonra müzik seti­nizin sesini yükseltin. Mum alevinin sesten et­kilendiğini görebilirsi­niz. Bu ve benzeri olaylar ses dalgalarının enerji taşıdığı­nı gösterir.

Dalgaların taşıdığı enerji, dalgalara ait temel kavram­lardan olan genlik ile doğru orantılıdır.

Ses Hızı

Yağmurlu bir havada şimşek çakarken, aynı anda gök gürültüsü de oluşur. Ancak biz önce şimşek çakmasıyla olu­şan ışığı görür, ardın­dan sesi işitiriz. Ses hı­zından daha hızlı uçun jet uçakları gittikten az süre sonra sesini duya­rız. Ayrıca havai fişek patlamalarını uzaktan izliyorsak, önce patla­ma oluyor sonra patlama sesini duyuyoruz.

Bu ve benzeri olaylar, sesin ışıktan çok daha yavaş ya­yıldığını gösterir.

Işık havada yaklaşık 300.000.000 m/s hızla yayılırken, ses havada yaklaşık 340 m/s hızla yayılır. Yani ışık ses­ten yaklaşık 900.000 kat daha hızlıdır.

Dağın karşı yamacında odun kesen birisine baktığınız­da, baltayı oduna vurup tekrar kaldırdıktan sonra "tak" sesi gelmektedir. Bunun nedeni de ışık hızının ses hı­zından büyük olması ile açıklanır. Baltadan yansıyan ışık, vurma anında çıkan tak sesinin hızından büyük ol­masından dolayı bu durum oluşur.

Ses Hızının Bağlı Olduğu Faktörler

Ses dalgaları her ortamda aynı hızla yayılmaz. Ses hı­zını etkileyen bazı faktörler vardır. Bunlardan biri maddenin bulunduğu hâl, diğer ise ortamın sıcaklığıdır. 

Ses katılarda sıvılardakine göre daha hızlı yayılır. Sıvılarda da gazlardakine göre daha hızlı yayılır. Bunun sebebi katıların taneciklerinin sıvılardan, sıvılarınkinin ise gazlarınkinden birbirine daha yakın olma­sıdır. Sesin yayıldığı ortamdaki tanecikler ne kadar bir­birlerine yakın duruyorsa etkileşim o kadar hızlı olur.

Ortam sıcaklığının artması ses hızını arttırır. Çünkü maddenin sıcaklığı arttıkça maddeyi oluşturan tane­ciklerin hareketliliği artar. Bu da sesin madde içinde daha hızlı yayılmasını sağlar.

Sesin yayılabilmesi için maddesel bir ortama ihtiyaç vardır. Çünkü ses taneciklerin birbiriyle çarpışması ile iletilir. Fakat ışık enerjisinin iletimi için maddesel orta­ma ihtiyaç yoktur. Ses boşlukta yayılamazken ışık boş­lukta yayılabilir.

Sesin Yüksekliği: İncelik ve Kalınlığı

Bir köpeğin çıkardığı ses bir kedinin çıkardığı sesten daha kalındır. Aslanın sesi de köpeğinkinden kalındır.

Bir davulun çıkardığı ses bir zurnanın çıkardığı sesten daha kalındır. Bu örneklerden de anlaşılabileceği gibi sesleri incelik ve kalınlığına göre de ayırabiliriz.

İnce seslere yüksekliği fazla ses, kalın seslere ise yük­sekliği az ses de denir. Ses yüksekliği, sesleri ince ya da kalın işitmemize sebep olan bir ses özelliğidir.

Sesin Frekansı

Bir saniyede oluşan ses dalgası sayısına frekans denir.

Bir saniyede çıkan titreşim sayısı az olan kaynaklardan kalın, diğer bir ifadeyle frekansı düşük bir ses çıkar. Bunun tam tersi bazı kaynaklar da her saniyede üret­tikleri ses dalgası fazla olduğundan frekansı yüksek yani ince ses çıkarır.

Arı ve sivrisinek gibi bazı böcekler saniyede 600 -1000 defa kanat çırpabilmektedir. Arı ve sivrisinekler uçar­ken ses çıkarmaları kanatlarının hava moleküllerini tit­reştirmesinden kaynaklanmaktadır.

Yüksek frekanslı ses ince ses olarak duyulurken, dü­şük frekanslı ses kalın ses olarak duyulur.

Farklı büyüklükteki diya­pazonlara vurduğu­muzda çıkan sesle­rin incelik ve kalınlı­ğının farklı olduğunu görürüz.

Bunun sebebi diya­pazonların farklı hızlarla titreşmesidir. Diyapazonların üzerindeki sayılar bize diyapazonun saniyede kaç kez titreştiğini gösterir. Örneğin yukarıdaki şekilde en sağ­daki diyapazon üzerinde 512 Hz yazmaktadır. Bu bize diyapazonun saniyede 512 kez titreştiğini gösterir.

Buradaki Hz ifadesi ise saniyedeki titreşim sayısını ifa­de eden birimdir ve hertz diye okunur. Bu birim Alman fizikçi Henrik Hertz’in onuruna verilmiştir.

Frekanslarına Göre Sesler

Seslerin duyulabilirliğinde sesin şiddeti ile birlikte bir başka önemli olan özellik; sesin frekansıdır, işitme ye­teneği olan her canlı ya da her yapay ses alıcısının du­yabileceği bir ses aralığı vardır. Seslerin duyulabilirliğini frekansları belirler.

Sesler bu özelliğine göre iki gruba sınıflandırılabilir:

1. İnsanın duyabildiği sesler: Ortalama bir insanın işitebileceği seslerin frekans aralığı 20 - 20000 Hz dir. Bu iki frekans değeri arasında frekansa sahip sesler genellikle insanlar tarafından işitilebilir.

2. İnsanın duyamadığı sesler: Normal bir insan fre­kansı 20 Hz den küçük ve 20000 Hz den büyük olan sesleri duyamaz.

Duyamadığımız sesler de ikiye ayrılır.

Ultrasonik sesler: Frekansı 20 000 Hz in üzerin­deki seslere denir.

İnfrasonik sesler: Frekansı 20 Hz den küçük olan seslere denir.

Ses düzeyini ölçmek için desibel denilen bir birim kul­lanıldığını öğrenmiştik. Desibel kısaca dB ile gösterilir, insanın duyacağı en düşük ses düzeyi 0 desibeldir.

10'dB'lik ses düzeyi insanlar tarafından zor duyulur. 20'dB lik ses düzeyi 10'dB'in 10 katıdır. 30 dB'lik ses ise 10 dB’lik ses düzeyinin 10.10 = 100 katıdır. Ölçek üzerinde her 10 dB lik artış 10'kat daha şiddetli ses demektir.

Uluslararası Standartlar Örgütü’nün ortaya koyduğu rahatsızlık sınırı 60 dB dir. 120 dB'lik ses kulaklarımız­da hasara yol açabilir.

İşitilebilen en hafif şiddetteki ses sınırına alt işilm eşi­ği, en yüksek şiddetteki ses sınırına üst işitme eşiği denir.

Ses düzeyi desibelmetre adı verilen bir aletle ölçülür. Ses düzeyini belirtmek için kullanı­lan birim "bel' dir. '‘Bel" telefonu ilk icat eden Graham Bel’in onuruna verilmiştir.

Ses düzeyini belirlemek için kullanılan “Bel” birimi çok bü­yük olduğu için “bel 'in onda biri olan "desibel" kullanılır.