AKUSTİK ve İŞİTMENİN BİYOFİZİĞİ
Literatürlerde akustik, N. acusticusu uyaran hava basıncı dalgaları veya ses uyarısının fiziksel özellikleri olarak ifade edilmiştir. Esneme yeteneğine sahip bir cismin molekülleri titreştiğinde sesi meydana getirir. Ses olarak tanımlanan bu titreşimler hava ortamında dalgalar şeklinde yayılır. “Genel anlamda dalgasal yayılma gösteren uyarılar üç önemli grafiksel özellik taşırlar.
Amplitüd: Genlik ya da şiddeti ifade eder, ses söz konusu olduğunda N / m2 = Pascal = ses basıncıdır.
Frekans: Birim zamandaki dalga sayısını ifade eder. Bir ses tek bir frekansa sahipse buna “ton” denir. Günlük hayatta saf tonlar yoktur. Çoğu durumda bir ses dalgasında aynı zamanda pek çok frekans bulunur. Bu durumda da bir “ tını” dan söz edilir.
Farklı ses kaynakları farklı ölçülerde üst tonlar da verebildiklerinden dolayı temel frekanslarda çeşitli tını kompozisyonları oluştururlar Örn: Orkestra müziği.
İşitilebilir aralıktaki tüm frekansları bulunduran kompozisyonda ise herhangi bir periyot ayırt edilemiyorsa bu halde gürültüden bahsedilir.
( Ganong’dan)
Dalga boyu: Bir dalganın başlangıcından bitimine kadar olan kısmını ya da bir periyotta aldıkları yolu ifade eder
Ses hızı 00 C ısıda havada 331 m / s, suda 1485 m / s ve çelikde 5100 m / s dir. 15 0 C ısıda havada 340 m / s ve suda 1440 m / s dir.
Amplitüt (dB veya watt/cm2)
A B
Frekans
(Hertz)
A – B aralığı bir dalga boyunu ifade eder ve (lambda) ile gösterilir.
( Birimler ses dalgaları için örnek verilmiştir )
İşitme eşiği: 1000 hertz ( 1 kHz ) frekans kriter olarak alınırsa 2x104 dyn / cm2
Bir başka ifade ile de normal duyma yeteneğine sahip bir kulağın algılayabileceği 1000 frekansİı bir sesin en düşük şiddeti 10 -12 watt / m2 . !000 Hz deki işitme eşiği ses şiddetine referans ses şiddeti de denir. Bu değerden faydalanarak bir başka sesin şiddetini ifade etmeye yarar. O halde işitme eşiği sabit bir sayı olmayıp frekansa bağlı olarak değişim gösteren bir sayıdır.
İnsan kulağı 16 – 20 000 Hz frekans aralığındaki sesleri algılar. 16 Hz den daha düşük frekanslı seslere infrason veya infraşal 20 000 Hz den daha yüksek frekanslı seslere ultrason veya ultraşal denir. Kulağın en duyarlı olduğu frekans aralığı 1000 Hz – 4000 Hz dir.
Sesin şiddeti: Amplitüdü veya genliği kavramından ses dalgalarının birim zamanda birim alandan geçirdiği titreşim enerjisi miktarı anlaşılmalıdır.
Şiddet= Enerji / Alan x Zaman = Güç / Alan dır. Bunun da SI birimi Jul / s / cm2 veya watt / cm2 dir.
Yukarıdaki şekilde olduğu gibi bir grafik veren hareketlere sinuzoidal hareketler denir.
Titreşimlerin havada oluşturduğu basınç değişikleri dalgalar şeklinde yayılır.
Seslere karşı olan duyarlılık sesin frekansına bağlı değildir. İşitme eşiği çeşitli frekansdaki seslerde değişir. Bundan dolayı kulağın fizyolojisine uygun olan bir skala (ölçek) geliştirilmiş ve buna desibel skalası denmiştir. 1000 Hz frekansta insanın işitme eşiği ya da işitilebilen en düşük ses şiddeti 10-12 W / m2, basınç değeri ise 2x 10 –5 N / m2 dir ( 0,0002 bar veya 0,1 N / cm2 olarak da ifade edilir ) ve 0 dB olarak kabul edilir. DB ölçeğinde herhangi bir sesin şiddeti ( I ), kulağın 1000 Hz deki işitme eşiği ses şiddeti ( Io ) baz alınarak belirtilir.
DB= 10 log I / Io dır.
DB sesin şiddet düzeyini Io = 10 –12 watt / m2 ye göre ölçeklendirir.
Ses basıncı 10 luk kuvvetlerle yükseltildiğinde sesin şiddeti 20 dB civarında artar.
Duyabildiğimiz bütün seslerin şiddet düzeyleri 0 – 160 dB arasında değişmektedir.
P ( N / m2 ) I ( W / m2 ) L dB Modalite (sesin niteliği )
2x10 -5 cm2 10 -12 0 Eşik
10 -11 10 Yaprak hışırtısı
2x10 -4 cm2 10 -10 20 Fısıltı ( 1 m den )
2x10 -3 cm2 10 -8 40 Orta gürültülü oda
2x10 -2 cm2 10 -6 60 Konuşma, trafik
2x10 -1 cm2 10 -4 80 Yoğun trafik
2x10 0 cm2 10 -2 100 Makine dairesi
2x10 1 cm2 10 -0 120 Ağrı
2x10 2 cm2 10 2 140 Jet motoru ( 30 m )
2x10 3 cm2 10 4 160 Kulak zarı patlar
Tablodan da anlaşıldığı gibi 20 dB lik bir artış ses basıncının 10 kez katlanmasını ifade etmektedir. Sesin yüksekliği ses basıncı ile linear (doğrusal, doğru orantılı) değildir. Ses basıncının logaritması ile lineardır. Buna Weber- Fechner yasası denir.
DB skalada 0 dB en düşük işitme eşiğine karşılık gelir ve 2 x 10 –5 paskala eşittir.
Watt / m2 ise sesin intensitesini yani yoğunluğunu ifade eder. Bu da ses basıncının karesi ile orantılıdır. Ses basıncı 10 kez artarsa bu da 100 kez artar. İntensitenin 10 kez artması 10 dB lik artışa uyar. Yani her 20 dB, ses basıncının 10 kez artması demektir.
Soru: 80 dB ses şiddetinin kaç kez artmasına tekabül eder ?? ( 10 4 defa )
Aynı ölçek hayvanlarda da işitme eşiğini belirlemek için kullanılır. Ancak metodik güçlükler ve her hayvan türünde eşik değerin farklı olması nedeniyle eşik 0 dB olmayıp daha fazla bulunmuştur.
Orta kulakçıktaki kemikcikler kulak zarındaki titreşimlerin genliğini azaltır fakat basıncını artırırlar. Ses, dış kulaktaki hava ortamından iç kulağın sıvı ortamına sesin şiddetinde bir kayıp olmadan iletilir. Kulak zarı ile malleusun temas alanı 50 mm2 , stapesi oval pencere ile temas alanı 3 mm2 dir. Oval penceredeki ses basıncı kulak zarındaki basıncın 22 katıdır. Kulak zarından malleusa uygulanan kuvvet = kulak zarı basıncı x temas alanıdır.
!!!!!!! Sesin bir ortamdan diğerine şiddet kaybı olmadan geçmesi için iki ortamın akustik empedanslarının eşit olması gerekir.
Bir ortamın akustik empedansı = Ortamdaki sesin hızı x ortamın öz kütlesi ( ya da yoğunluğu).
Sesin havadan suya geçerken titreşim genliği 35 kat düşürülmektedir. Orta kulakçıktaki kemikcikler de sesin havadan vücudun sıvı ortamına kayıpsız geçirilmesi için titreşim genliğini havadakinin 1 / 22 ine düşürürler.
Linkback: http://www.gencveteriner.com/index.php?PHPSESSID=7b26b570ad6092b55862dadb0bd14f16&topic=345.0