Stereofonik Ses Algısı Nasıl Oluşur?
1 Stereofonik Ses Kavramı
Stereofoni geometrik bir kavramdır, üç boyutlu uzayda konum işgal eden nesneleri ifade eder. Peki ses de stereodur? Benzetme yoluyla cevap evet olabilir. Çünkü ses kaynaklarının belirli uzaysal konumları vardır, sesler belirli yönlerden gelir ve insan işitme sistemi ses kaynağının yönünü ayırt edebilir. Özellikle birden fazla ses kaynağı aynı anda çalıştığında, insanlar işitsel algıyla ses grubunun uzaysal dağılımını kavrayabilir. Dolayısıyla ses stereodur denilebilir. Ancak daha doğru ifade: Orijinal ses stereodur. Çünkü ses kaydedilip yükseltildikten sonra tek bir hoparlörden çıkıyorsa, bu ses artık stereo değildir. Tüm sesler aynı kaynaktan geldiği için orijinal uzaysallık hissi - özellikle ses grubu dağılımı - kaybolur. Bu tür sese mono (tek ses) denir. Eğer ses sistemi orijinal sesin uzaysallığını kısmen geri yükleyebiliyorsa, bu sese stereofonik ses (stereo) denir. Orijinal sesin doğal olarak stereo olduğu açık olduğundan, stereofonik ses terimi özellikle belirli bir uzaysallık (veya yön algısı) içeren yeniden üretilmiş sesi ifade eder.
2 Çift Kulak Etkisi (Binaural Effect)
Yeniden üretimde uzaysallığı geri kazandırmak için öncelikle insan işitme sisteminin neden ses kaynağı yönünü ayırt edebildiğini anlamak gerekir. Araştırmalar, bunun temel nedeninin iki kulağa sahip olmamız olduğunu göstermiştir.
Kulaklar kafatasının iki yanında bulunur. Aralarında hem mesafe hem de kafatası engeli vardır, bu nedenle her iki kulağa ulaşan sesler çeşitli farklılıklar gösterebilir. İşte bu farklılıklar sayesinde ses kaynağının konumunu ayırt ederiz. Başlıca farklılıklar:
(1) Sesin Kulaklara Ulaşma Süresi Farkı (ITD)
Kulaklar arası mesafe nedeniyle, ön/arka merkez dışındaki tüm yönlerden gelen sesler kulaklara farklı zamanlarda ulaşır. Kaynak sağdaysa ses önce sağ kulağa, sonra sol kulağa ulaşır. Ters durumda ise önce sol kulağa gelir. Kaynak ne kadar yana yakınsa, zaman farkı o kadar artar. Deneysel olarak, yapay olarak oluşturulan kulaklar arası zaman farkı, ses kaynağı yanılsaması yaratır. Yaklaşık 0.6ms zaman farkında, ses tamamen bir taraftan geliyormuş gibi algılanır.
(2) Sesin Kulaklara Ulaşma Şiddet Farkı (ILD)
Kulaklar arası mesafe kısa olsa da kafatasının sesi bloke etmesi nedeniyle ses şiddeti farklı olabilir. Kaynağa yakın kulakta şiddet daha yüksek, diğerinde daha düşüktür. Maksimum şiddet farkının 25dB'ye ulaşabildiği kanıtlanmıştır.
(3) Sesin Kulaklara Ulaşma Faz Farkı (IPD)
Ses dalgalar halinde yayılır ve dalgalar uzayda farklı konumlarda farklı fazdadır (tam bir dalga boyu mesafesi hariç). Kulaklar arası mesafe nedeniyle, ses dalgalarının kulaklara ulaşma fazı farklı olabilir. Kulak zarı ses dalgasıyla titreşir, bu titreşimler arasındaki faz farkı da yön algımızı etkiler. Deneysel olarak, ses şiddeti ve zamanı aynı olsa bile sadece faz farkını değiştirmek, kaynak konum algısında büyük fark yaratır.
(4) Sesin Kulaklara Ulaşma Tını Farkı
Ses sağ taraftan geliyorsa, sol kulağa ulaşmak için kafanın etrafından dolaşması gerekir. Dalga kırınım yeteneği, dalga boyu ile engel boyutu arasındaki orana bağlıdır. İnsan kafası çapı ~20cm'dir, bu da havada 1,700Hz sesin dalga boyuna eşdeğerdir. Dolayısıyla kafa, yaklaşık 1000Hz üzerindeki ses bileşenleri için engelleyici etki yapar. Yani sesin bileşenlerinin kafa etrafından dolanma yeteneği frekansa bağlıdır, yüksek frekanslar daha fazla zayıflar. Böylece sol ve sağ kulakta duyulan tını farklı olur. Ses tam ön/arkadan gelmediği sürece, iki kulakta duyulan tını farkı yön algısı sağlar.
(5) Doğrudan Ses ve Ardışık Yansımaların Oluşturduğu Fark
Kaynaktan çıkan ses, kulaklara doğrudan ulaşan ses dışında, çevredeki yüzeylerden bir veya daha fazla yansıyarak oluşan yankılar (reflection cluster) şeklinde de kulaklara ulaşır. Doğrudan ses ve yankılar arasındaki fark, ses kaynaklarının uzaysal dağılımı hakkında bilgi sağlar.
(6) Kulak Kepçesinin Yol Açtığı Farklılıklar
Kulak kepçesi öne dönüktür, ön/arka ayrımı yapmamızı sağlar. Ayrıca kepçenin karmaşık şekli, farklı yönlerden gelen seslerde özel etkiler yaratarak yön bilgisi sağlar.
Pratikte bu farklılıklardan ses şiddeti, zaman ve faz farkları (ILD, ITD, IPD) işitsel konumlandırmada en etkilidir. Ancak koşullara göre etkileri değişir. Genel olarak düşük/orta frekanslarda faz farkı, orta/yüksek frekanslarda şiddet farkı daha baskındır. Ani seslerde (impuls) zaman farkı özellikle belirleyicidir. Dikey konumlandırmada ise kulak kepçesi rolü daha önemlidir. Aslında çift kulak etkisi bütünseldir, işitme sistemimiz konum algısı için tüm etkileri birleştirerek karar verir.
Ek olarak, işitme sistemimizin ses şiddeti, tını, yön gibi algılarının yanı sıra Öncelik Etkisi (Precedence Effect / Haas Effect) gibi önemli bir etkisi daha vardır. Deneysel olarak, biri gecikmeli olmak üzere iki özdeş sesin kulaklara 30ms içinde ulaşması durumunda, gecikmeli sesin varlığı fark edilmez, sadece tını/şiddet değişimi algılanır. Ancak gecikme süresi uzarsa durum değişir. 50-60ms'yi aşan gecikmelerde (ses yolunda 17m'den fazla fark), dinleyici ikinci sesi ayrı olarak algılar.
Stereofoni geometrik bir kavramdır, üç boyutlu uzayda konum işgal eden nesneleri ifade eder. Peki ses de stereodur? Benzetme yoluyla cevap evet olabilir. Çünkü ses kaynaklarının belirli uzaysal konumları vardır, sesler belirli yönlerden gelir ve insan işitme sistemi ses kaynağının yönünü ayırt edebilir. Özellikle birden fazla ses kaynağı aynı anda çalıştığında, insanlar işitsel algıyla ses grubunun uzaysal dağılımını kavrayabilir. Dolayısıyla ses stereodur denilebilir. Ancak daha doğru ifade: Orijinal ses stereodur. Çünkü ses kaydedilip yükseltildikten sonra tek bir hoparlörden çıkıyorsa, bu ses artık stereo değildir. Tüm sesler aynı kaynaktan geldiği için orijinal uzaysallık hissi - özellikle ses grubu dağılımı - kaybolur. Bu tür sese mono (tek ses) denir. Eğer ses sistemi orijinal sesin uzaysallığını kısmen geri yükleyebiliyorsa, bu sese stereofonik ses (stereo) denir. Orijinal sesin doğal olarak stereo olduğu açık olduğundan, stereofonik ses terimi özellikle belirli bir uzaysallık (veya yön algısı) içeren yeniden üretilmiş sesi ifade eder.
2 Çift Kulak Etkisi (Binaural Effect)
Yeniden üretimde uzaysallığı geri kazandırmak için öncelikle insan işitme sisteminin neden ses kaynağı yönünü ayırt edebildiğini anlamak gerekir. Araştırmalar, bunun temel nedeninin iki kulağa sahip olmamız olduğunu göstermiştir.
Kulaklar kafatasının iki yanında bulunur. Aralarında hem mesafe hem de kafatası engeli vardır, bu nedenle her iki kulağa ulaşan sesler çeşitli farklılıklar gösterebilir. İşte bu farklılıklar sayesinde ses kaynağının konumunu ayırt ederiz. Başlıca farklılıklar:
(1) Sesin Kulaklara Ulaşma Süresi Farkı (ITD)
Kulaklar arası mesafe nedeniyle, ön/arka merkez dışındaki tüm yönlerden gelen sesler kulaklara farklı zamanlarda ulaşır. Kaynak sağdaysa ses önce sağ kulağa, sonra sol kulağa ulaşır. Ters durumda ise önce sol kulağa gelir. Kaynak ne kadar yana yakınsa, zaman farkı o kadar artar. Deneysel olarak, yapay olarak oluşturulan kulaklar arası zaman farkı, ses kaynağı yanılsaması yaratır. Yaklaşık 0.6ms zaman farkında, ses tamamen bir taraftan geliyormuş gibi algılanır.
(2) Sesin Kulaklara Ulaşma Şiddet Farkı (ILD)
Kulaklar arası mesafe kısa olsa da kafatasının sesi bloke etmesi nedeniyle ses şiddeti farklı olabilir. Kaynağa yakın kulakta şiddet daha yüksek, diğerinde daha düşüktür. Maksimum şiddet farkının 25dB'ye ulaşabildiği kanıtlanmıştır.
(3) Sesin Kulaklara Ulaşma Faz Farkı (IPD)
Ses dalgalar halinde yayılır ve dalgalar uzayda farklı konumlarda farklı fazdadır (tam bir dalga boyu mesafesi hariç). Kulaklar arası mesafe nedeniyle, ses dalgalarının kulaklara ulaşma fazı farklı olabilir. Kulak zarı ses dalgasıyla titreşir, bu titreşimler arasındaki faz farkı da yön algımızı etkiler. Deneysel olarak, ses şiddeti ve zamanı aynı olsa bile sadece faz farkını değiştirmek, kaynak konum algısında büyük fark yaratır.
(4) Sesin Kulaklara Ulaşma Tını Farkı
Ses sağ taraftan geliyorsa, sol kulağa ulaşmak için kafanın etrafından dolaşması gerekir. Dalga kırınım yeteneği, dalga boyu ile engel boyutu arasındaki orana bağlıdır. İnsan kafası çapı ~20cm'dir, bu da havada 1,700Hz sesin dalga boyuna eşdeğerdir. Dolayısıyla kafa, yaklaşık 1000Hz üzerindeki ses bileşenleri için engelleyici etki yapar. Yani sesin bileşenlerinin kafa etrafından dolanma yeteneği frekansa bağlıdır, yüksek frekanslar daha fazla zayıflar. Böylece sol ve sağ kulakta duyulan tını farklı olur. Ses tam ön/arkadan gelmediği sürece, iki kulakta duyulan tını farkı yön algısı sağlar.
(5) Doğrudan Ses ve Ardışık Yansımaların Oluşturduğu Fark
Kaynaktan çıkan ses, kulaklara doğrudan ulaşan ses dışında, çevredeki yüzeylerden bir veya daha fazla yansıyarak oluşan yankılar (reflection cluster) şeklinde de kulaklara ulaşır. Doğrudan ses ve yankılar arasındaki fark, ses kaynaklarının uzaysal dağılımı hakkında bilgi sağlar.
(6) Kulak Kepçesinin Yol Açtığı Farklılıklar
Kulak kepçesi öne dönüktür, ön/arka ayrımı yapmamızı sağlar. Ayrıca kepçenin karmaşık şekli, farklı yönlerden gelen seslerde özel etkiler yaratarak yön bilgisi sağlar.
Pratikte bu farklılıklardan ses şiddeti, zaman ve faz farkları (ILD, ITD, IPD) işitsel konumlandırmada en etkilidir. Ancak koşullara göre etkileri değişir. Genel olarak düşük/orta frekanslarda faz farkı, orta/yüksek frekanslarda şiddet farkı daha baskındır. Ani seslerde (impuls) zaman farkı özellikle belirleyicidir. Dikey konumlandırmada ise kulak kepçesi rolü daha önemlidir. Aslında çift kulak etkisi bütünseldir, işitme sistemimiz konum algısı için tüm etkileri birleştirerek karar verir.
Ek olarak, işitme sistemimizin ses şiddeti, tını, yön gibi algılarının yanı sıra Öncelik Etkisi (Precedence Effect / Haas Effect) gibi önemli bir etkisi daha vardır. Deneysel olarak, biri gecikmeli olmak üzere iki özdeş sesin kulaklara 30ms içinde ulaşması durumunda, gecikmeli sesin varlığı fark edilmez, sadece tını/şiddet değişimi algılanır. Ancak gecikme süresi uzarsa durum değişir. 50-60ms'yi aşan gecikmelerde (ses yolunda 17m'den fazla fark), dinleyici ikinci sesi ayrı olarak algılar.