Ses, Frekans ve Akustik Spektrumuna Giriş.

Ultrason hakkında bilgi edinmeden önce, öncelikle sesin kendisiyle ilgili bir giriş yapmak önemlidir. Çoğumuz her dakika çok çeşitli sesler duyarız, ancak bunların nasıl birlikte çalıştığını açıklayabilen çok az kişi vardır.

Basitçe söylemek gerekirse, ses hava moleküllerinin titreşimidir (Bu yüzden uzayda ses yoktur!). Bir cisim titreştiğinde, etrafındaki hava moleküllerinin hareket etmesine neden olur. Bu moleküller yanlarındaki moleküllere çarpar ve bu böyle devam eder. Bu, havada ilerleyen bir titreşim dalgası oluşturur ve biz bunu ses olarak algılarız. Havanın kendisi ses dalgasıyla tamamen birlikte hareket etmez. Aksine, her hava molekülü bir denge noktasından uzaklaşır, ancak sonunda ona geri döner. Ses oluştuğunda, süreç 3 aşamaya ayrılabilir:

1. Kaynak titreşimi

2. Dalga yayılımı (enerjinin bir ortam, örneğin hava molekülleri aracılığıyla aktarılması).

3. Biyolojik tespit (kulak zarı)

Bir şey duyduğumuzda, kulaklarımız havada hareket eden basınç dalgalarını algılar. Saniyedeki basınç salınımlarının sayısı frekans olarak bilinir ve Hertz (1 Hz = saniyede 1 salınım) cinsinden ölçülür. Bu basınç dalgaları dış kulağa girer ve kulak zarının titreşmesine neden olur. Dış kulak tarafından toplanan ses dalgaları, elektriksel sinyallerin oluşturulduğu iç kulağa iletilir. Bu sinyaller beyne taşınır ve beyin bunları algılayabileceğimiz ve duyabileceğimiz sese dönüştürür.

Akustik Spektrum

İnsanların duyabileceği frekans aralığı (işitsel olarak duyabildiğimiz seslerin frekans aralığı) 20 Hz ile 20 kHz (20.000 Hz) arasındadır. Frekans doğrudan perdeyle bağlantılıdır, bu nedenle 20 Hz'lik bir ses son derece düşük bir perdeye sahip olur (örneğin, derin bir bas). Duyulabilir aralığın diğer ucu teknik olarak 20 kHz olsa da, çoğu yetişkin bu frekansa yakın herhangi bir şeyi duymakta zorlanır. Hatta tiz bir ıslığın frekansı bile sadece 10 kHz'dir. Desibel (dB) de sesin birincil ölçümlerinden biridir. Bununla birlikte, frekans ve perde saniyedeki titreşimlerle ilgiliyken, desibel basınç dalgasının yoğunluğu/gürültüsü veya genliği ile ilgili bağımsız bir ölçümdür. Az önce incelediğimiz gibi, duyulabilir aralık duyabildiğimiz ses dalgalarını içerir. Ancak, dünyada duyamadığımız birçok ses vardır. Akustik spektrum, bir ortamda mekanik titreşimler ve dalgalar olarak yayılabilen ses dalgası frekanslarının tam aralığını ifade eder. Akustik spektrum genellikle dört ana frekans bandına ayrılır:

• İnfrases: 20 Hz'den düşük frekanslar. İnsanların duyamayacağı kadar düşük frekanslı ancak fiziksel olarak hissedilebilen sesler.

  • Örneğin, uzaktaki bir yanardağın veya depremin gürültüsü.

• İşitilebilir Ses: 20 Hz ila 20 kHz. İnsan kulağının standart işitme aralığı içinde kabul edilir.

  • Örneğin, sesler, müzik, arabalar vb.

• Ultrason: 20 kHz ile en az 100 kHz arası. Bu, insan kulağının duyma aralığının çok üzerindedir.

  • Örneğin, gaz, elektrik ve mekanik sorunlar, hayvanların ekolokasyon tespiti.

• Hiperses: 10^13 Hz (10.000.000.000.000 Hz).

  • Klasik akustik dalga teorisi çökmeye başlıyor. Bu, bizim ilgi alanımızın çok dışında.

Frekans ve Genlik

Duyulma aralığının dışındaki seslerin desibel üretmediğini düşünebiliriz çünkü onları duymuyoruz. Ancak, frekansın, sesi duyup duyamayacağımızı belirleyen birincil faktör olduğunu unutmayın. Tüm akustik spektrumdaki sesler yine de desibel üretebilir. Yüksek seslerin işitme duyunuza zarar verebileceği bilinen bir gerçektir. Konserler, patlamalar ve 90 dB'den yüksek diğer sesler, uzun süreli maruz kalma açısından genellikle tehlike bölgesinde yer alır. Bununla birlikte, diğer akustik aralıklardaki seslerin (ultrason gibi) de desibel ürettiğini az önce belirttik. İşitme duyunuza zarar vermeseler de, bu sesler yine de olumsuz, duyulmayan etkilere neden olabilir. İnfrasound aralığındaki sesler kaygı veya mide bulantısı hissine neden olabilir ve birçok ultrasonik ses baş ağrısı, baş dönmesi ve kulaklarda basınç hissine neden olabilir. Aslında, son derece yüksek genlikli (~180 dB) ultrason, ciddi iç organ hasarına neden olabilir ve siz hiçbir şey duymazsınız. Frekansın ve ilgili Hz değerinin, neyin duyulabileceğini objektif olarak sınıflandırmadığını unutmayın. Yarasalar yaklaşık 1 kHz'den 200 kHz'in üzerinde frekanslardaki sesleri duyabilirler. Onların duyma aralığı, ultrasonik frekans aralığını da içerirken, bizimki içermez. İnsanlar ekolokasyon gibi teknikleri görselleştirmek zorundadır, oysa yarasalar ve yunuslar ilgili ultrasonik frekansları işitsel olarak duyarlar.

Tebrikler - Ses, frekans ve akustik spektruma giriş dersinizi tamamladınız!