Akustik ve sinyal işleme (müthiş bir yazı)

[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]

tarafından John Perr <johnperr(at)linuxfocus.org>

Yazar hakkında:1994'den beri Linux kullanır.LinuxFocus'un Fransız yazarlarından biridir. Makina Mühendisidir ve MSc Ses ve Titreşim okumuştur.


Türkçe'ye çeviri:Özcan Güngör <ozcangungor(at)netscape.net>


Temel akustik ve Sinyal İşleme

Özet: Bu makale, müzisyenler ve bilgisayar mühendisleri için Temel Akustik ve Sinyal İşleme ile ilgilidir..
Eğer hep kendi kayıtlarını yapmak veya bilgisayarınızda ses ile ilgilenmek istediyseniz
, bu makale tam size göredir.

_________________ _________________ _________________
Tanıtım

Bu makale eğitimi amaçlamaktadır. Okuyucuya temel ses ve ses işleme bilgisini vermeyi umar.Tabii ki müzik bizim ilgilenemek istediğimiz konulardan biridir ama diğer az memnun edici sesler arasında sadece bazı gürültüdür.
İlk önce, sesin fiziksel kavramı, onu insan kulağının işlemesi ile sunulur.Sonra, sinyallere bakılır.Örneğin Örnekleyiciler veya bilgisayarlar gibi modern dijital araçlarla ses kayıt edildiğinde nasıl bir şey olur.
En son olarak, mp3 veya Ogg vorbis gibi güncel sıkıştırma teknikleri sunulur.
Bu makalede anlatılan konu büyük bir okuyucu kitlesi tarafından anlaşılabilirdir. Yazar, kullanımı zor olan "normal terminiloji"yi ve müzisyenlerin kullandığı teminolojoyi kullanmayı denemiştir. Bazı matematiksel formüller ve bazı resimler kullanılmıştır ama bunları fazla dert etmeyin (uuuu!!!ne rahatlama ama) ...


Birazcık Fizik


Ses

Fiziksel olarak ses, gaz, sıvı veya katı ortamlarda mekanik titreşimlerdir.Ortamın elastik özelliği sesin kaynaktaktan dalgalar halinde uzaklaşmasını sağlar, göle atılan bir taş gibi...
Bir nesnenin her titreşmesinde, bu nesnenin çevresini saran şeyler içinde sese dönüşerek bir parça enerji kaybına neden olur.Şu anda diyebiliz ki vakum oramında ses yayılmaz.
Şekil 1a, titreşen bir kaynağa bağlı iğnenin, altından bir kağıt şeridi geçirildiğinde nasıl dalgaya dönüştürdüğünü gösterir.


[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]


z:±A0 büyüklüğündeki bir titeşen iğne
lambda;: dalga boyu
x:c hızındaki band hızı
w: Oluşan dalga
Şekil 1a: Hareket eden bir kağıt şerit üztündeki titreşen iğne
Hava göz önüne alındığında, ses bir basınç çeşidi olarak yayılır.Bir hoparlör, basınç çeşitlerini çevresindeki havaya iletir.Sıkıştırma (zayıf) hava içinde yayılır.Burada havanın değil sadece basıncın iletildiğine dikkat edin.Daha önce bahsedilen su dalgasıda, dalga ilerlediği halde su yerinde kalır.Yüzen nesne sadce yukarı ve aşağı hareket eder.Bu yüzden bir hoparlörün önünde "rüzgar" oluşmaz.Ses dalgaları 20°C sıcaklıktaki havada yaklaşık saniyede 344 metre hızla ilerler ancak hava parçacıkları sadece birkaç mikron ileri ya da geri gider.


[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]

P: Titreşen piston
T: Tüp
t: zaman
Şekil 1b: sıvı içndeki titreşen piston


Frekans ve Ses Seviyesi

Yukarıdaki şekillerden anlayacağımız gibi, ses dalgaları sinüz şeklindedir.İki tepe arasındaki uzaklık dalga boyu olarak adlandırılır ve bir saniyede gözlenen dalga tepesi sayısına frekans denir.Bu fiziksel terim müzisyenlerin ses seviyesi dedikleri şey ile aynıdır.Düşük frekansla bas sesler, yüksek frekanslar ise yüksek seviyeli seslerdir.
Şekil 2, havada ilerleyen ses dalgasının dalga boyu ve frekans değerlerini vermektedir:


[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]

λ: Dalga boyu
F: Frekans
Şekil 2: Havadaki dalga boyu ve frekans


Genlik ve Seslilik

Sesin diğer bir karakteristiği ise genliğidir.Sesler yumuşak veya yüksek olurlar.Bu havada, havayı sıkıştırmak için kullanılan güce bağlı olan küçük veya büyük basıç çeşididir.Akustikçiler ses gücünü desibel ile ölçerler.Desibel şekil 3a ve 3b'de gözüldüğü gibi anlaşılması zor bir birimdir.Bu şekillerin seçilmesinin sebebi anlaşilmasının kolay olması ve diğer bölümde göreceğimiz gibi bu logatirmik formül kulağın işleyişine karşılık gelmektedir.Şüphesiz bilmeden matematik kullanıyorsunuz:

[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]

[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]
Şekil 3a: Gürültü seviyesi ve basınç Şekil 3b: Gürültü seviyesi ve güç Şimdiye kadar, dB'nin ses gücüyle ilgili olduğunu bilmemiz yeterlidir.0 dB, insan kulağının işitebildiği düşük eşit değeridir, gürültünün olamaması değildir.Desibel, insanın kapasitesine göre gürültü ölçümüdür.Referans noktasının değişimi (Po ya da Wo) yukarıdaki dB değerlerini değiştirecektir.Müzik setinizin üzerinde yazan dB değeri akustik seviyeler değil cihazın elektriksel çıkış gücüdür.Bu tamamen farklı bir ölçümdür.0 db sıklıkla amplifikatörün maksimum çıkış gücüdür.Akustik işin içine girdiğinde, dB cinsinden ses seviyesi çok daha büyük olur.Yoksa bu cihazı almazdınız.Ancak bu sizin hoparlörünüzün performansına da bağlıdır.Şekil 4, birkaç sıradan ses kaynağını genlik ve ferkans olarak tanımlar.Eğriler, insan kulağının hissettiği sesliliğin seyiveyesidir.Ayrıntıyı daha sonra anlatacağız:



[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]

Figure 4: acoustic levels of usual sound sourcesŞekil 4: sıradan ses kaynaklarının akustik seviyeleri
Aşağıdaki dizi, birkaç sıradan ses kaynağının desibel ve watt cinsinde seviyelerini verir.Desibelin notasyonu nasıl kolaylaştırdığına dikkat ediniz:
Güç (Watt) Seviye dB Örnek Güç (W) 100 000 000 200 Saturn V Roketi


4 jet motorlu uçak 50 000 000

50 000 1 000 000 180 10 000 160 100 140 Büyük orkestra 10 1 120 Kullanılan çekiç 1 0.01 100 Yüksek sesli bir konuşma 0.001 0.000 1 80 0.000 001 60 Karşılıklı bir konuşma 20x10-6 0.000 000 01 40 0.000 000 000 1 20 Fısıltı 10-9 0.000 000 000 001 0 Tipik ses kaynaklarının ses çıkış güçleri Ses genliği değişik yollardan hesaplanabilir.Bu diğer sinyallere de uygulanabilir.Şekil 5'te bir örenk verilmiştir:

[Linkleri Görebilmek İçin Üye Olmanız Gerekmektedir. Üye Olmak İçin Tıklayın...]

Şekil 5: Sinyal seviyesinin çeşitli ölçünleri


Sembol İsim Tanım Aortalama Oralama Genlik Pozitif sinyalin aritmetik ortalaması ARMS Root mean square Genliğin enerji içeriğine oranı Atepe Tepe Genliği Maksimum Pozitif Genlik Atepe-tepe Tepeden Tepeye Genlik Pozitiften negatife maksimum genlik Ortalama genlik sadece teorik bir ölçümdür ve teknik olarak kullanılmaz.Diğer yönden, root mean square değeri evrensel olarak eşdeğer sinyalleri ölçmek için kabul edilmiştir (genellikle sinüs dalgaları). Örneğin, Evinizde bulunan elektrik 220 Volt'a ayarlanmış ve 50 Hz sabitlenmiştir.Burada 220 V RMS değeridir ve gerçekte voltaj -311 ile 311 V arasında osilasyon yapmaktadır.Diğer tanımları kullanırsak, bu voltaj 311 V tepe değerine ve 622 V tepeden tepeye değere sahiptir.Aynı tanım amplifikatörlere de uygulanabilir.10 W RMS değerine sahip bir apmlifikatör 14 W tepe değerine ve 28 W tepeden tepeye değere sahiptir. Bu tepeden tepeye değer satıcılar tarafında müziksel güç olarak adlandırılır çünkü satiş için güzel bir özelliktir.



alıntı