SESİN OLUŞUMU ve ÖZELLİKLERİ

Fiziksel olarak ses, gaz, sıvı veya katı ortamlarda oluşan mekanik
titreşimlerdir. Bu
titreşimlerin ses olarak algılanabilmesi için, yayılım ortamı
(propagation medium),
kulak hassasiyeti (duyu yeteneği) ve enerjiye sahip olması gerekir.
Maddesel ortamın herhangi bir bölgesinde oluşan bir hareket, maddenin
esnekliği
nedeniyle diğer bölgelerin de harekete başlamasına neden olur, bu
hareket sesin
duyulmasını sağlar. Havasız (vakum) ortamda ses yayılamayacağı için
duyulamaz.
Bir nesnenin her titreşmesinde, bu nesnenin çevresini saran havanın
yoğunluğu, nem gibi dış etkenlerin de yardımıyla sese dönüşerek bir
parça enerji kaybına neden olur.
Bir ayar çatalı parmaklar arasında vurulursa tınlama sesi çok az
duyulur. Bunun
nedeni titreşimin havadaki çiftlemesini tamamlayamamasıdır. Eğer bu
bir ağaç veya
metal bir aksama vurulursa titreşim bu yüzeylere daha fazla
aktarılacak ve daha fazla ses duyulacaktır. Sesler her zaman aynı
kalitede ve sürede duyulmazlar. Zaman ile boşluk arasında önemli bir
bağ vardır. Çünkü ses bir dalgadır ve zaman ile boşluk içinde
ilerler.Bunu hesaba katarsak, üç çeşit akustik sinyal
tanımlayabiliriz:

Periyodik(continuous) sinyaller, zamanla tekrarlanır ve
süreklidirler.

Rastgele(noise-like sound) sinyaller, periyodik değildir.
Müzisyenlerin ve bilim
adamlarının beyaz veya pembe gürültü dedikleri sinyallerdir.

Darbeler (impulse-like sound) sinyaller, zamana bağlı olarak
tekrarlanmaz
ama şekilleri bellidir.

BASİT UYUMLU HAREKET (Simple harmonic motion)
Kendini yenileyerek sürüp giden bir harekete yenilenen hareket denir.
Ucunda ağırlık
asılı bulunan bir yayın çekilip bırakılmasıyla oluşan hareket
periyodik bir harekettir.
Dengedeki bir sisteme dışarıdan bir kuvvet uygulanırsa, dengesi
bozulacak ve
sistemin her bir parçası bu kuvveti yok edecek yönde davranarak
sistemi denge
konumuna getirmeye çalışacaktır. Böylece sistem denge konumunun
çevresinde
uyumlu bir salınım yapacaktır. Yenilenen bu hareket tek boyut üzerinde
oluşuyorsa
buna basit uyumlu hareket denir.
Sistemin herhangi bir anda denge konumuna olan uzaklığına uzanım,
uzanımın en
fazla olduğu uzaklığa da genlik (amplitude) denir.
P
1
P
Genlik (A)=OP veya O P
1
O
Küçük genlikli basit uyumlu harekete titreşim denir. Basit uyumlu
hareketin bir defa
tamamlanması için geçen saniye cinsinden süreye periyot (T)denir. Bir
saniyelik süreiçinde oluşan titreşim sayısına ise frekans (f)denir ve
Hertz olarak adlandırılır.5 Hz saniyede beş devire karşılık gelir.
Dönüş veya titreşim hızı arttıkça frekans büyür, periyot küçülür (f=1/
T).Basit uyumlu hareket zaman içinde bir sinüs eğrisi oluşturur. Bir
ses titreşimini temsil eden bu eğrinin genliği zaman içinde küçülür.
Titreşim sönerken genlik küçülür, sesin gürlüğü azalır. Sistem
değişmediği
sürece basit uyumlu hareket sonucu oluşan frekans ve periyot değişmez.
Ses duyulmaz hale gelene kadar geçen süreye sönümlenme (damping)
süresi
denir. Gelen iki ses arasında faz farkı olabilir, bu durumda iki dalga
formu
arasındaki ilişki yandaki şekilde gösterilmiştir. Bu faz farkı
sinyalin ölçümünde dezavantaj olarak ortaya çıkar. Aralarında faz
farkı olan iki basit ses aynı anda kulağa gelirse, gürlüğü faz
farkının büyüklüğüne bağlı olarak azalan bir ses duyulur.
Aynı fazda ve frekansta iki dalganın birleşmesi durumunda genlik de
buna bağlı
olarak iki katına çıkacaktır.
KARMAŞIK TİTREŞİMLER (Complex vibrations)
Birden fazla sinyalin aynı anda bir düzlemde başlayan hareklerine
birleşen hareket
denir. Birleşen hareketlerin periyotları aynı olmadığı durumda sinyal
bileşkesi, alınan
girdi sayısına bağlı olarak gürleşip hafifleyerek dalgalanır.
TINI (Resonance)
Bir sarkaca anlık bir kuvvet uygulandığında oluşan titreşime öz
titreşim denir. Öz
titreşimin oluşabilmesi için bir birine enerji aktarabilecek iki ayrı
sisteme gerek vardır.
Bu sistemden daha güçlü olanına uyarıcı sistem denir. Uyarıcı sistemin
etkisiyle
zorlanmış bir titreşim yapan sisteme tınlatıcı (rezonatör) denir.
Uyarıcı sistemin frekansı ile tınlatıcının öz frekansı (resonant
frequency) aynı
değerde ise özel bir zorlanmış titreşim oluşur. Bu titreşimin genliği,
uyarıcı titreşimin
genliğine göre çok büyük değerler alabilir. Böylece uyarıcı titreşim,
tınlatıcı tarafından
güçlendirilmiş olur. Bu olaya tını (rezonans) denir. Yani uyarıcıya
karşı gösterilen
tepkidir.
Tınlatıcıların davranışları, kendi öz titreşimlerinin sönme
süreleriyle ilişkilidir ve
genlikleri zamanla küçülür ve bir süre sonra titreşim söner.
Bant genişliği ne kadar fazla ise sönüm o kadar hızlı olur.
Bant genişliği; genliğin en üst noktasının 3 dB altında iki nokta
arasında formant
genişliği ölçülerek bulunur.
SES DALGALARININ FREKANS EKSENİNDEKİ ÖZELLİKLERİ (Frequency
domain properties of sound waves)
Titreşimin basit şekli sinüzoidal bir eğri ile gösterilmiştir. Bu
dalga şeklinin karmaşık
yapısının matematiksel olarak çözümlenmesi için, Fransız Josep Fourier
tarafından
denklem haline sokulmuş bir kuram vardır(fourier transformu-FT). Bu
kurama göre;
periyodik ses dalgasının, genlik ve faz değişkenli sinüzoidal
serilerin toplamı olarak
analiz edilebileceği ortaya konulmuştur. Bu dalgaların her bir
frekansı "temel
frekansın" katları şeklindedir. Tekrarlayan bu dalgalara harmonik
denir. Fourier
analizinde, zaman ve periyodik genlik frekans dalga şekli, frekans
dalga şekline iletilir
ve frekans bileşenlerinin genlik grafiği olan spektrum oluşturulur.
FT'nin ses
spektrografisi kullanımında bazı problemler vardır. Bu problemler;
· FT periyodik dalgalara uygulanır, oysa konuşma sesleri tamamen
periyodik
değildir.
· FT sürekli dalga şekilleri üzerinedir, oysa sayısal analizde sinyal
üzerinden
bazı bölgelerden örneklem alınması gerekmektedir.
· FT sınırlı ölçüde seriye uygulanabilmektedir.
Bu nedenle sesin sayısal ortamda (bilgisayar) sinyal analizinin
yapılabilmesi için
sinyal parçalara ayrılıp küçük ve belli zaman aralıkları içinde analiz
edilir, bu işleme
de Hızlı Fourier Dönüşümü (Fast Fourier Transform) denir.
Sayısallaştırılmış bir sesin zaman ve frekans ekseni bize şu bilgileri
verir:
Zaman Ekseni
Dalga şekli
Dalga şekli girişi
Girdi sinyalin geri oynatımı (play back)
Temel frekans analzi
Spektrogram
Seçilen Sinyal aralıkları için FTT ve Doğrusal Öngörümlü Kodlama
(DOK-LPC)
Formant izleri
Temel frekans analizi
Sinyal gürültü oranı
SES DALGALARININ BAZI TEMEL ALGISAL ÖZELLİKLERİ (Some basic
perceptual properties of sound)
Algılamada beyin çok önemli bir rol oynamaktadır. Çünkü beyin, sesi
tanıma
esnasında ses seviyesine göre ve sesin süresine göre bütün analizleri
yapar. Beyin,
sesin geldiği yeri, kime ait olduğunu tespit etmek için iki kulaktan
gelen bilgileri
birleştirir ve sesin nereden geldiğine ve kime ait olduğuna karar
verir.
Bir sesin işitme sisteminde algılanan gürlüğü, ses basınç seviyesi
(sound pressure
level-SPL) ile orantılıdır. Akustikte ses şiddeti DESİBEL ile
ölçülür.
Bazı ses basınç seviyeleri
şöyledir.
· 130 dB çok yüksek ses. Yüksek vurgulu çalgılar, uçak motor
gürültüsü...
· 100 dB ambulans yada polis sireni...
· 70 dB normal konuşma...
· 60 dB bir çalışma yerindeki arka gürültü...
· 40 dB çok düşük seviyedeki konuşma...
· 20 dB ses yalıtımı yapılmış oda, ses kayıt stüdyoları...
· 0 dB duyma sınırı
Sesin duyulma seviyesi aşağıdaki sebepler nedeniyle kişiden kişiye
değişebilmektedir:
Bir sesin işitme sisteminde uyandırdığı tizlik/peslik duygusu perde
(pitch) olarak
tanımlanır.
Bu duygunun ölçüsü, ses kaynağının titreşim frekansıdır.Bir sesin
frekansı arttıkça perdesi yükselir (tizleşir), frekansı azaldıkça
perdesi düşer (pesleşir). Ancak frekans
ve perde arasındaki ilişki doğrusal olmadığından MEL adı verilen bir
birim
ortaya atılmıştır. Bu birim perdedeki eşit artışlara karşılık gelmekte
ve bu artışları
frekansla ilişkilendirmektedir. Yandaki şekil frekansa göre MEL
değerlerini
göstermektedir. 100 Hz in altında algılanan perde ile frekans arasında
belirgin,
doğrudan bir ilişki görülmekte, 1000 Hz üstünde bu ilişki logaritmik
bir hal almaktadır
KONUŞMA SESLERİ
Bir dili oluşturan en basit ve en temel birimler olup harf adı verilen
simgeler ile temsil
edilen sesler, ünlü (vowel) ve ünsüz (consonant) sesler olmak üzere
iki grupta
toplanır. Ünlüler, özgür ve gürültüsüz seslerdir. Bir diğer tanımıyla
akciğerden gelen soluğun hiçbir sürtünme ve engellemeye uğramadan
dilin üstünden geçerken çıkardığı seslerdir. Bu sesler çıkarılırken
konuşma organlarının herhangi bir yerinde kapanma ya da daralma
olmadığı için gürültüsüzdürler. Ünlülerin çıkarılışında en önemli
görevi üstlenen organlar dil, çene ve dudaklardır. Bu nedenle
ünlülerin tanımsal ayrımlanması bu organların durumuna göre yapılır
Ünsüzler, konuşma seslerinin ikinci büyük kümesini oluşturan ünsüzler,
engelli seslerdir. Çıkarılışları sırasında konuşma organlarının
herhangi bir yerinde alıkonulurlar ve bunun sonucu olarak bir sürtünme
ya da patlama biçiminde oluşurlar.Ünsüz sesler de kendi aralarında
ötümlü (voiced) ve ötümsüz (unvoiced) olmak üzere iki gruba ayrılır.
Ötümsüz ünsüzler için ses telleri açık tutulur. Ağız ve/veya burun
boşluğunda havaya uygulanan kuvvetle hava türbulans yapar ve sonucunda
gürültü
şeklinde bir uyartı oluşur. Ötümlü ünsüzler ise ses tellerine ihtiyaç
duyarlar
Ünlüler
Geniş
Dar
Geniş
Dar
Kalın
a
ı
o
u
İnce
e
i
ö
ü
Ünsüzler
Sürtünme
Patlamalı
Geniz
Kaygan
Ötümlü
c, j, v, z
b, d, g
m, n
ğ , l, r, y
Ötümsüz
ç, f, h, s, ş
t, k, p
-
-
Yukarıda verilen konuşma seslerinin analizine geçmeden bazı temel
kavramları
anlatmakta yarar var.
Konuşma Sinyalinin Sayısal İşlemi
Spektrografik analiz, bilgisayarların kullanılmasına başlandıktan
sonra yaygınlaşmış
ve yeni teknikler ortaya çıkmıştır.
Spektrogramın oluşturulabilmesi için analog sinyal
sayısallaştırılmalıdır. Sinyal
sayılaştırılma işleminin temeli örnekleme ve nicemlemedir. Örnekleme
(sampling): analog sinyalin örnek serilere dönüştürülmesi işlemidir.
Örneklenen iki nokta arasındaki enerji göz önüne alınmaz, Nyquist'un
kuramına göre örnekleme oranı belli değerde seçilirse örneklenen
sinyal, özgün sinyal ile aynı bilgiyi içerir. Bu oran en yüksek
frekans değerinin en az iki katı olmalıdır. Yani 10 kHz'de alçak
geçiren
filtreden geçirilmiş analog sinyale en az 20 kHz'de örnekleme
yapılırsa,
sayısallaştırılmış sinyal özgün sinyalle aynı bilgiye sahip olur. Eğer
örnekleme sayısı
düşük olursa yeniden isimlendirme (aliasing) ortaya çıkar ki bu da
özgün sinyalin
bozulması demektir.
Nicemleme (quantization): sayısallaştırma içinde yapılan işlemlere
Nicemleme
denir. Örneklenen sinyalin önündeki ve arkasındaki sinyalin
öngörülmesiyle
örnekleme ve genlik düzeylerinin rakamsal karşılıklarına çevrildiğinde
nicemle işlemi
tamamlanmış olur.
Nicemleme seviyeleri arttırılırsa nicemlenen sinyal ile özgün sinyal
arasındaki
benzerlik de artar. Fazla düzeyde nicemleme yapılırsa nicemleme
gürültüsü
denen bozulmalar meydana gelir. Eklenen her bit için nicemleme
seviyesi iki kat artar.
· 1 bit 32 seviye
(örnekleme sayısı)
· 8 bit 256 seviye
· 9 bit 512 seviye
· 10 bit 1024 seviye ye karşılık gelir.


Yorum Yaz
Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !