Sesin Temel Kavramları II (2024-2025 Güz Dönemi) PDF

SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN SESİN TEMEL KAVRAMLARI II 7. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Desibel Ka...

SAĞLIK BİLİMLERİ FAKÜLTESİ DİL VE KONUŞMA TERAPİSİ BÖLÜMÜ SES FİZİĞİ 2024-2025 Güz Dönemi Dr. Öğr. Üyesi İlkay YILDIRIM GÜMÜŞHAN SESİN TEMEL KAVRAMLARI II 7. Hafta Dil ve Konuşma Terapisi Ses Fiziği  Desibel Kavramı Sesin şiddet birimi desibel (dB) dir. Bell’in onda biri olan desibel, Alexander Graham Bell’ in ismine izafeten geliştirilmiş logaritmik bir birim sistemidir. Desibel relatif bir birimdir. Alexander Graham Bell (1847-1922) Eşik işitmeye göre duyulan sesin şiddetini tanımlamak için kullanılır. İnsan kulağının işitebildiği en düşük ses şiddeti olarak da tanımlanmaktadır.  Ses dalgalarının insan kulağı tarafından işitilebilmesi, atmosferik basınçta meydana gelen çok küçük bir basınç değişikliği ile gerçekleşmektedir.  İnsan kulağını uyarabilen o en düşük güç düzeyi 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 , o basınç cinsinden ise 0.000204 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 olarak belirlenmiş ve referans seviyesi olarak kabul edilmiştir. Bu değer, dB cetvelinde ‘0’ olarak kabul edilmektedir.  İnsan kulağının her frekans için şiddet algısı farklıdır. En iyi algılanan ses 1000 𝐻𝑧’ dir. Ortamdaki ses basınç değerinin referans değere bölünmesi ile elde edilen değerin logaritması dB’in temel birimini oluşturur.  Basınç (𝑃) Formülü 𝑃1 𝑑𝐵 = 20 log 𝑃0 Güç (𝐼) Formülü 𝐼1 𝑑𝐵 = 10 log 𝐼0  Ses Basınç Seviyesi Ses basınç seviyesi dB SPL (Sound Pressure Level) ile gösterilir. İki ses basıncı arasındaki ilişki 𝑃1 𝑑𝐵 = 20 log 𝑃0 Formülü ile ifade edilir. 𝑃: Basınç 𝑃1 : Ortamdaki Enerji 𝑃0 : Referans Değer 𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2  𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20 log = 20 log = 20 log 1 𝑃0 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 0  𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 = 0.002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 0.002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20 log = 20 log = 20 log 10 𝑃0 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20.1 = 20  𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 = 0.02 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 0.02 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20 log = 20 log = 20 log 100 𝑃0 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20.2 = 40  𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 = 0.2 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 0.2 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20 log = 20 log = 20 log 1000 𝑃0 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20.3 = 60  𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 = 2 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 2 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20 log = 20 log = 20 log 10000 𝑃0 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20.4 = 80  𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 = 20 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 20 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20 log = 20 log = 20 log 100000 𝑃0 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20.5 = 100  𝑃0 = 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 = 200 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑃1 200 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20 log = 20 log = 20 log 1000000 𝑃0 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 20.6 = 120  𝒅𝒚𝒏𝒆/𝒄𝒎𝟐 (basınç) cinsinden dB SPL değerleri 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 0 𝑑𝐵 0.002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 20 𝑑𝐵 0.02 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 40 𝑑𝐵 0.2 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 60 𝑑𝐵 2 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 80 𝑑𝐵 20 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 100 𝑑𝐵 200 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 120 𝑑𝐵  Ses Şiddeti Klinik uygulamalarda ses şiddetinin belirtilmesinde logaritmik eşik (dB) kullanılır. İki ses gücü arasındaki ilişki 𝐼1 𝑑𝐵 = 10 log 𝐼0 Formülü ile ifade edilir. 𝐼: Güç (watt/𝑐𝑚2 ) 𝐼1 : Ortamda Bulunan Güç 𝐼0 : Referans Değer 𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2  𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10 log = 10 log −16 = 10 log 1 𝐼0 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 0  𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 = 10−15 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 10−15 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10 log = 10 log −16 = 10 log 10 𝐼0 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10.1 = 10  𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 = 10−14 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 10−14 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10 log = 10 log −16 = 10 log 100 𝐼0 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10.2 = 20  𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 = 10−13 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 10−13 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10 log = 10 log −16 = 10 log 1000 𝐼0 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10.3 = 30  𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 = 10−3 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 10−3 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10 log = 10 log −16 = 10 log 1013 𝐼0 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10.13 = 130  𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 = 10−1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 10−1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10 log = 10 log −16 = 10 log 1015 𝐼0 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10.15 = 150  𝐼0 = 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 = 1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝐼1 1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10 log = 10 log −16 = 10 log 1016 𝐼0 10 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 𝑑𝐵 = 10.16 = 160  𝒘𝒂𝒕𝒕/𝒄𝒎𝟐 (güç) cinsinden dB SPL değerleri 10−16 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 0 𝑑𝐵 10−15 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 10 𝑑𝐵 10−14 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 20 𝑑𝐵 10−13 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 30 𝑑𝐵 10−3 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 130 𝑑𝐵 10−1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 150 𝑑𝐵 1 𝑤𝑎𝑡𝑡/𝑐𝑚2 160 𝑑𝐵  Desibel bir referans seviye şiddetine oran olarak ifade edilir. Ses Basınç Seviyesi (Sound Pressure Level-SPL) İşitme Seviyesi (Hearing Level-HL) Algılama Seviyesi (Sensation Level-SL)  Ses Basınç Seviyesi (Sound Pressure Level-SPL) İnsan kulağının 1000 𝐻𝑧’ de ve 20𝜇𝑃𝑎 veya 0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 ’ de duyabildiği en düşük ses basıncıdır. 0 𝑑𝐵 = 20 𝜇𝑃𝑎 50 𝑑𝐵 𝑆𝑃𝐿 temel referans değerden (0.0002 𝑑𝑦𝑛𝑒/𝑐𝑚2 ), 50 kat daha şiddetli duyulan bir akustik enerjiyi ifade etmektedir.  İşitme Seviyesi (Hearing Level-HL) Normal olarak işiten kişilerin kulakları referans alınarak oluşturulmuş bir değerdir. Bu referans değer her frekans için farklıdır ve normal işitmeye sahip geniş bir grubun aynı frekanstaki işitme eşik ortalamalarını yansıtır. Odyogramda, 𝑑𝐵 𝐻𝐿 skalası kullanılır ve işitmesi tamamen normal olan kişinin, tüm frekanslarda 0 𝑑𝐵 𝐻𝐿 düzeyinde işitmesi beklenir.  Odyolojik ölçümlerde standardizasyonun sağlanması için uluslararası standartlar geliştirilmiştir. Odyolojik enstrümanların kalibrasyonu için farklı yıllarda ASA (American Standards Association), ISO (International Standards Organization) ve ANSI (American National Standards Institute) tarafından geliştirilen protokoller kullanılmaktadır. Günümüzde genellikle odyometrik kalibrasyonlar ISO 1964 ve ANSI 1996 standartları kullanılarak yapılmaktadır.  ASA (1951), ISO (1963) ve ANSI (1969) Referans İşitme Eşik Seviyeleri (Sataloff & Sataloff, 2006) Referans İşitme Eşik Seviyeleri (dB SPL) Frekans (Hz) ASA (1951) ISO (1963)-ANSI (1969) Farklılık 125 54.5 45.5 9.0 250 39.5 24.5 15.0 500 25.0 11 14.0 1000 16.5 6.5 10.0 1500 (16.5) 6.5 10.0 2000 17 8.5 8.5 3000 (16.0) 7.5 8.5 4000 15 9.0 6.0 6000 (17.5) 8.0 9.5 8000 21 9.5 11.5  ISO (1964) ve ANSI (1996) Referans İşitme Eşik Seviyeleri Referans İşitme Eşik Seviyeleri (dB SPL) Frekans (Hz) ISO (1964) ANSI (1996) 125 42.8 47.5 250 24.5 26.5 500 10.1 13.5 1000 7.2 7.5 1500 8.0 7.5 2000 9.5 11.0 3000 7.1 9.5 4000 8.3 10.5 6000 10.0 13.5 8000 15.3 13.0  Algılama Seviyesi (Sensation Level-SL) Belirli bir ses frekansında bireyin işitme eşiğiyle ilgili olan sinyali tanımlamak için kullanılır. Örneğin; bir kişinin 1000 𝐻𝑧’ deki işitme eşiği 30 𝑑𝐵, sinyal şiddeti ise 50 𝑑𝐵 ise, sinyalin algılama düzeyi (Sensation Level-SL) eşik üstü 20 𝑑𝐵 𝑆𝐿’ dir.  Normal insan kulağı 110 𝑑𝐵 şiddetindeki sesleri rahatsız olmadan işitebilir. Ancak en rahat işitebildiği ses şiddeti 50 − 70 𝑑𝐵 arasındadır. 110 𝑑𝐵’ in üzerindeki ses şiddeti kulak için rahatsız edici ve zararlıdır. Aşırı basınç kulak zarında ve iç kulak yapılarında önemli derecede hasara yol açar.  h  Günlük hayatımızda saf sesler oldukça nadir bulunur. Genellikle bütün sesler kulağa kompleks özellikte ulaşır. Konuşma ve müzik gibi kompleks sesler, aynı zamanda meydana gelen çok sayıda sinüzoidal bileşenlerden oluşur.  Alçak frekanslı bileşenler fundamental veya ilk harmonik, yüksek frekanslı bileşenler ise overtones (2. 3. 4. harmonikler) olarak adlandırılır.  Sesin Psikoakustik Özellikleri Ses Perdesi (pitch) Ses Rengi, Tınısı (timbre) Ses Gürlüğü (loudness) Ses Perdesi Sesin inceliği ve kalınlığının algısal karşılığıdır. Frekans ile ilişkilidir.  Ses Rengi, Tınısı Verilen kompleks sesteki fundamental ve overtonların kombinasyonu sesin rengi (timbre) adı verilen özelliğini oluşturur. Direkt olarak ölçülemez. Sesin şiddetine ve bileşenine göre değişiklik gösterir. Frekans ile ilişkilidir. İnce sesler (tiz) yüksek frekansa, kalın sesler (pes) düşük frekansa sahiptir.  Subjektif bir kavram olan tını, frekans ve perde arasındaki ilişki doğrusal olmadığından ‘‘Mel’’ olarak isimlendirilen bir birim kullanılarak ölçülebilir. Bu birim perdedeki eşit artışlara karşılık gelmekte ve bu artışları frekansla ilişkilendirmektedir.  Bir sarkaca anlık bir titreşim 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.  Sesin Gürlüğü Sesin fiziksel şiddetinin ifadesidir. Sesin şiddeti arttıkça gürlüğü de artmaktadır. Sesin durasyonu ve frekansı gürlüğün hissedilmesine katkıda bulunur. Frekansa göre değişiklik göstermektedir.  Gürlük seviyesinin birimi ‘‘Phon’’dur. Farklı şiddetlerde 1000 𝐻𝑧’ lik bir sesin gürlüğünün karşılaştırılmasını ifade eder.  Gürlük birimi ‘‘Sone’’dur. Bir sone, 40 𝑑𝐵 𝑆𝐿’ de 1000 𝐻𝑧’ lik bir sesin gürlüğüdür. Aynı frekanstaki sesin gürlük katsayısının ifadesidir.  Kaynaklar R. Serway, R. Beichner, (K. Çolakoğlu), Fen ve Mühendislik için Fizik, Palme Yayıncılık, 2007. P. Davidovits, (F. Köksal), Biyoloji ve Tıpta Fizik, Nobel Akademik Yayıncılık, 2012. M. Gündüz, Odyolojide Temel Kavramlar, Nobel Tıp Kitabevleri, 2015.