From: Bülent Bolat (bbolat@yildiz.edu.tr)
Date: Mon 31 Jan 2005 - 14:08:16 EET
Selamlar,
Söz verdiğim yazı dizisinin ilk bölümü .txt formatında ekte. Tashihten
geçirildi, ama bir kez daha denetlenmesinde fayda var. Görüşmek üzere.
B.
{baþlýk}
Ses ve Müzik 1. Bölüm
{/baþlýk}
{alt baþlýk}
Akustik dalga ancak duyulduðunda ses adýný alýr
{/alt baþlýk}
{metin}
Ses ve Müzik adlý köþemizden merhaba. Bu köþeyi hazýrlarken kimlere hitap etmesi gerektiðini ve içeriðinin ne olmasý gerektiðini uzun süre düþündüm. Sonunda ses teknisyenlerine, oyun programcýlarýna ve biraz da elektronik müzik yapmak isteyenlere yönelik bir dizi yazý olmasý gerektiðine karar verdim. Ýçerik ise sayýsal ses efektleri olarak kesinleþmiþ olsa da, yazý ilerledikçe gerektiði yerlerde ses mühendisliðinin temel taþlarýndan da bahsedeceðim. Yazý dizimizin ilkinde insan duyma sisteminin üzerinde duracaðýz. Ýlerleyen bölümlerde ise vibrato, flanger, chorus gibi müzisyenlere hitap eden efektlerin yaný sýra reverb gibi oyun programcýlarýna yönelik konulara eðileceðiz.
Ses mühendisliði, doðal olarak adýna ses denen doða olayýnýn kesin bir tanýmýný yapmakla baþlar. Ses, kulak tarafýndan algýlanabilen akustik dalgalarýn genel adýdýr. Biraz tuhaf bir taným, her akustik dalgayý ses olarak nitelendirmiyor. Ýlk bakýþta insanda kuþku yaratsa da tanýmýn bu þekilde olmasýnýn geçerli nedenleri var ki; MP3, Ogg Vorbis gibi ses sýkýþtýrma algoritmalarý bu nedenlerden yararlanýr.
Þimdi isterseniz zaman kaybetmeden insan duyma sistemine, yani kulaklarýmýza biraz yakýndan bakalým. Ýnsan duyma sistemi iki adet kulak ve beynin duyma bölgesinden oluþur. Kulaklar birer algýlayýcý olarak iþ görürken beyin de bir merkezi iþlemci olarak çalýþýr. Algýlayýcýlardan gelen iþaretleri çözer, sýnýflandýrýr ve anlamlandýrýr. Kulak üç alt sistemden oluþur. Dýþ kulak, orta kulak ve iç kulak. Bir akustik dalga dýþ kulaktaki kulak zarý tarafýndan orta kulaktaki örs, çekiç ve üzengi kemikleri aracýlýðý ile iç kulaktaki salyangoz organýna aktarýlýr. Salyangoz akustik dalgayý beynin yorumlayabileceði elektriksel iþarete dönüþtürmekle görevlidir. Bu aktarma ve elektriksel iþarete çevirme iþlemleri, insan duyma sisteminin karakteristik özelliklerinin ana belirleyicisidir. Ses mühendisliðinin ana amacý, bu dönüþüm iþlemini gerçeðe en yakýn þekilde modelleyebilmektir.
Duyma sisteminde iki adet algýlayýcýnýn olmasýnýn en büyük avantajý çift yollu (stereo) duymaya izin vermesidir. Duyduðumuz sesin yönünü belirleyebilme yeteneðimizi çift yollu duymaya borçluyuz. Basit bir örnek vermek gerekirse, tam solumuzda bir piyanonun çalmakta olduðunu hayal edelim. Piyanonun ürettiði akustik dalga önce sol kulaðýmýza ulaþýr. Ses hýzý yaklaþýk 340 m/s'dir. 2 kulak arasýnda 20-25 cm uzaklýk olduðunu düþünürsek, sað kulaða gelen ses sol kulaða göre bir kaç milisaniye gecikmeli olarak gelecektir. Daha fazla yol kateden ses dalgasý biraz daha zayýflayacaktýr. Böylelikle iki kulak arasýnda bir parça zaman farkýna uðramýþ ve biri diðerinden daha fazla zayýflamýþ iki farklý ses duyma sistemine ulaþmýþ olur. Bunun yaný sýra sað kulaða gelen sesin bir kýsmý kafamýzýn ÝÇÝNDEN geçerek geldiði için bir miktar bozulmuþtur. Ýþte bu üç etkinin toplamý, beynimizin sesin geldiði yönü tespit etmesine yeterli bilgiyi oluþturur. Þimdi bir senaryo daha düþünelim. Bir oyun yapmak istiyoruz. Karakterimiz bir odanýn içinde dolaþýrken ses kaynaklarýnýn yerlerini ayýrt edebilsin istiyoruz. Ne yapmalýyýz? Bu sorunun yanýtý aslýnda hemen yukarýdaki satýrlarda. Ses kaynaðý ile oyuncunun arasýndaki mesafe bize iki kulaða giden seslerin arasýndaki süre farkýný ve zayýflamayý yaklaþýk olarak hesaplama olanaðý saðlar. Ancak bu iki parametre inandýrýcý bir çift yollu duyma efekti saðlamamýza yetmez. Kafanýn içinden geçerek kulaklara ulaþan sesi de simüle edebilmeliyiz. Bunun için adýna HRTF (Head related transfer function- Kafaya iliþkin transfer fonksiyonu) süzgecine ihtiyacýmýz var. Kulaklara giden farklý gecikmeli ve farklý genliklere sahip seslere HRTF etkisini de eklediðimizde artýk baþarýlý bir 3-D ses ortamýna sahibiz demektir. Daha ayrýntýlý bilgi için yazýnýn sonundaki linklere bakabilirsiniz. Ancak, bu tür mekanizmalarý tasarlayabilmek için önemli miktarda mühendislik bilgisine sahip olmanýz gerektiðini unutmayýn.
Konumuza dönecek olursak, insan kulaðýnýn iþleyiþi göründüðü kadar karmaþýk olmamakla birlikte, sanýldýðý kadar basit de deðildir. Karmaþýk deðildir, çünkü insan kulaðý iyi bir algýlayýcý deðildir. Basit deðildir, çünkü kulaðýn fizyolojisi ait olduðu kiþiye göre deðiþir. Bu deðiþiklik tüm duyma mekanizmasýný etkiler. Yine de her kulaðýn sahip olduðu ortak özellikler vardýr ve bu yazý dizisinin konusu, bu ortak özelliklerdir.
Kulaðýn çalýþmasýný incelemeye devam etmeden önce bir parça matematik çalýþmamýz gerekiyor. Sinüzoidal sesler üreten bir ses kaynaðýmýz olsun. Bu tümceyi matematiksel olarak þu þekilde yazabiliriz: s(t)=A Sin (wt+p). Burada A, sinüsün genliði, w açýsal frekansý, p de baþlangýç fazýdýr. Bu üç deðeri bilmeniz durumunda s(t)'nin zamanýn baþlangýcýndan sonuna kadar her hangi bir anda hangi deðere sahip olduðunu söyleyebilirsiniz. Ýnsan kulaðý açýsýndan bu üç deðerin en önemlisi w'dýr. W, sesin ne kadar tiz ya da pes olduðunu belirler. Ýkinci sýrada ise genlik var. Bu deðer ise sesin ne kadar gürültülü olduðunu gösterir. Genliði daha büyük olasn sesler daha gürültülüdür. Son parametre olan p, sinüsün t=0 anýnda (zamanýn baþlangýcýnda) hangi deðeri aldýðýný belirler ki, insan kulaðý açýsýndan hiç bir deðeri yoktur. Baþka bir deyiþle, insan kulaðý sesin fazýna duyarlý deðildir. Yani s1(t)=2 sin (10t+5) ile s2(t)=2 sin (10t+250) arasýnda kulaðýmýz açýsýndan hiç bir fark yoktur. Bu iki iþaret arasýndaki farký dinleyerek anlayamayýz.
Ýnsan kulaðýnýn ikinci önemli yeteneksizliði, maskeleme etkisidir. MP3 formatýnýn varlýðýný iþte bu yeteneksizliðimize borçluyuz. Maskeleme etkisini anlayabilmek için önce baþka bir kavrama, kritik bant geniþliðine bakmamýz gerekir. Kritik bant geniþliði, yakýn frekanslý iki ayrý sesin ayrý ayrý duyulabildiði en küçük bant geniþliðidir. Daha anlaþýlýr bir þekilde söylemek gerekirse, kulaðýmýz birbirine yakýn frekanslý sesleri ayrý ayrý duyamaz, tek bir ses olarak duyar. MP3 formatýnda iþte bu duyulmasý komþu sesler tarafýndan engellenen ses bileþenleri bulunarak yok edilir. Sýkýþtýrma bu þekilde saðlandýðýndan bu ve benzeri yöntemlere kayýplý kodlama adý verilir. Maskeleme etkisini elde edebilmek için bir maskeleyici sese ve maskeleyicinin kritik bant geniþliði içindeki uygun genlikli bir maskelenen ses gereksinim vardýr. Eðer maskelenen sesin genliði maskeleyicinin genliðinden yeteri kadar düþükse (maskeleme eþiðinin altýnda ise) maskeleme etkisi gerçekleþir. Ýkinci sesin genliði maskeleyicinin maskeleme eþiðinden daha büyük bir genliðe sahipse maskeleme etkisi gerçekleþmez. Toplam ses, genliði zamanla periyodik olarak deðiþen bir yapýdadýr. Bu duruma ise vuru olayý adý verilir. Elinizin altýnda telli bir çalgý varsa vuru etkisini kolayca gözleyebilirsiniz. Çalgýnýn iki telini yaklaþýk (tam deðil) ayný notaya akord edin. Ýki tele ayný anda vurduðunuzda pürüzlü, gücü artýp azalan bir ses elde edersiniz. Tellerin akordu birbirine yaklaþtýkça genlikteki dalgalanma akord farkýna baðlý olarak azalýr. Ýþte bu etki vuru olayýdýr. Telleirn akordunu yavaþça uzaklaþtýrdýðýnýzda ise önce vuru olayýnýn kuvvetlendiðini hisseder, bir noktadan sonra iki teli ayrý ayrý duyarsýnýz. Telleri ayrý ayrý olarak duyduðunuz anda iki tel arasýndaki akord farký, kritik bant geniþliðini verir.
Önümüzdeki bölümde duyma mekanizmasýný incelemeye devam ederken, notalar arsýndaki iliþkilerden de bahsedeceðiz. Bir sonraki yazýda görüþmek üzere.
{/metin}
{kaynaklar}
HRTF
http://interface.cipic.ucdavis.edu/CIL_tutorial/3D_HRTF/3D_HRTF.htm
http://alumnus.caltech.edu/~franko/thesis/thesis.html#Index
Vuru Olayý ve Maskeleme
John Pierce, The Science of Musical Sound, Scientific American Books, New York, 1983.
{/kaynaklar}
_______________________________________________
Edergi-cg mailing list
Edergi-cg@liste.linux.org.tr
http://liste.linux.org.tr/mailman/listinfo/edergi-cg