Bilim adamlarının, özellikle de fizikçilerin müzikle aralarının iyi olduğu bilinen bir gerçektir.Hatta, bazıları gerçekten iyi birer müzisyendir. Ne var ki, okulda, müzik ya da fizik derslerinde,ikisinin arasındaki ilişkiden hemen hemen hiç söz edilmez. "Müzik bir sanattır.Fizikle ne ilgisi olabilir" denilebilir. Evet, müzisyen olmak için belki fizik bilgisine sahip olmak gerekmiyor. Ancak, müzik yapmamıza olanak tanıyan ses ve onu üreten çalgıların çalışma biçimi çok basit fizik bilgisiyle anlaşılabilir.
Sesi en yalın biçimiyle,"işitme duyularımızla algılayabildiğimiz dalga hareketi" olarak tanımlayabiliriz.Ses dalgaları, enerjinin
bir tür yayılma biçimidir. Sesin kaynağıysa,kulağımızın algılayabileceği hızda titreşen herhangi bir cisim olabilir.Bir yaylı çalgının teli ya da bir hoparlörün diyaframı, ses kaynaklarına verilebilecek örneklerdir.
Kaynağı ne olursa olsun, ses dalgalar biçiminde yayılır. Bir gitarın sesini,onun tellerinin titreşiminin yaydığı enerjinin ses dalgalarıyla kulağımıza ulaşması sayesinde duyarız. Gitarın teli hangi frekansta titreşiyorsa,havayı da o frekansta titreştirir. Şimdi,tireşen bir gitar telini yavaş çekimde izlediğimizi düşünelim. Tele vurduğumuzda, ileri-geri gidip gelmeye başlayacaktır. Işte tel, bu gidiş gelişleri sırasında havayı itip çeker.Titreşen tel enerjisini yavaş yavaş havaya aktarır ve havada periyodik bir basınç değişikliğine yol açar.Basınçtaki bu değişim, havada ilerler ve dalgalar halinde her yöne dağılır.Ses dalgalarının nasıl ilerlediğini daha iyi anlatabilmek için, ünlü domino taşları gösterisi iyi bir örnektir.Bu gösteri için, domino taşları, biri devrildiğinde ötekini devirecek biçimde dik olarak birbiri ardına dizilir.
Dizinin başındaki taşı arkasındakine doğru devirdiğimizde, taşlar birbirini devirir. Taşları doğru dizdiysek en son taşa kadar hepsi devrilir. Bu gösteride,baştaki taşa verdiğimiz enerji,aradaki taşlar tarafından en son taşa iletilmiş oldu. Sesin havada ilerleyiş biçimi de bunun gibidir. Sesin kaynağı olan titreşen cisim, yakınındaki hava molekülünü titreştirir. Titreşen her hava molekülü bir ileridekini titreştirir.Böylece titreşim her yöne ayılır.
Eğer bu ses bizim algılayabileceğimiz frekanstaysa ve yeterince güçlüyse, kulağımıza ulaştıktan sonra kulak zarımızın en yakınındaki moleküller titreştiğinde, kulak zarımızı da titreºtirir. Bu titreºim sinirler yoluyla beynimize iletilir ve böylece sesi algılamış, yani duymuº oluruz.Peki, hava olmasa ne olurdu? Yine domino taşlarımıza dönelim. Sadece baºtaki ve sondaki domino taşı yerinde kalsın bu sefer. Aradaki taşları kaldıralım. Baºtaki domino taşını devirdiğimizde, sondakinin de devrilmesini bekleyebilir miyiz? Bekleyemeyiz.Bu düºünce deneyi, ses dalgalarının neden boºlukta ilerleyemeyeceği konusunda bizi aydınlatıyor.Ses dalgaları boºlukta ilerleyemez;çünkü, titreºimi iletecek herhangi bir madde yok arada.
Biz genellikle hava yoluyla kulağımıza ulaºan sesleri algılayabiliriz.Ancak, ses dalgaları sadece havada değil, baºka ortamlarda da ilerleyebilir.Katılar ve sıvılar da ses dalgalarını iletir. Üstelik, yoğunlukları havanınkinden fazla olduğundan, sesi hem daha iyi iletirler hem de daha hızlı. Bunu kolayca deneyebiliriz.Sert bir cismi bir masaya vurduğumuzda bir ses duyarız. Deneyi bir de kulağınızı masaya dayayarak yaparsak sesin daha yüksek geldiğini hissederiz.Bu, sesin katı ortamlarda daha iyi iletildiğinin bir göstergesidir.
Eski bir müzik aleti yapımcısı Sir Charles Wheatstone, ses dalgalarının katı ortamlarda havaya göre çok daha iyi iletildiğini göstermek için güzel bir deney yapar. Wheatstone, deneyi yaptığı binanın bodrum katına yerleştirdiği arpları, iki kat yukarıdaki salonda bulunan arplara tahta sütunlarla birleştirir. Müzisyenler bodrum kattaki arpları çaldığında, iki kat yukarıda bulunan dinleyiciler o kattaki "kimsenin çalmadığı" arpların sesini duyarlar. Bodrum katta çalınan arpların titreºimleri tahta sütunlardan birinci kattaki arplara iletilir. Bu arplar titreşirler ve sesleri salonda duyulur.Buna karşılık, ikisi arasında yer alan zemin kattakiler hiç müzik sesi duymazlar. Gramofonun bile icad edilmediği dönemde yapılan bu gösteride salonda bulunanların hali nasıldı acaba?
Sesi Müzik Yapan Doğal olarak her ses müzik değildir.Peki, müzik nedir? Bunu anlatabilmek için, çok basit fakat müzik olmadığı hemen herkesçe onaylanabilecek bir sesle başlayalım.Herhangi bir istasyona ayarlı olmayan bir radyodan çıkan sesi düşünelim. Fizikçiler,buna "beyaz gürültü" derler. Beyaz gürültüye verebileceğimiz bir başka örnekse alkıştır. Büyük bir salonda bulunan kalabalık bir grup ellerini rastgele çırparsa, el şaklamalarını tek tek ayırmak olası değildir.Alkışı düzgün, sürekli bir ses olarak algılarız.Beyaz gürültüyü zaman içinde hiç değişim göstermeyen, "sonsuza değin süren" bir gürültü olarak tanımlayabiliriz.Ancak, bu gürültü zaman içerinde bir miktar değişim gösterirse dinleyiciye anlamlı gelmeye baºlayabilir.Örneğin bu sesin üzerine biraz martı sesi ekleyelim. Simdi, bu ses bize gürültü gibi mi geliyor yoksa kumsala vuran dalgaların sesi gibi mi? Sesi pek değiştirmeden dinleyiciye anlamlı gelebilecek bir biçime soktuk. Bu durumda,müziği, "Dinleyiciyi etkileyen, ona anlamlı gelen sesler" olarak tanımlayabilirmiyiz?
Sesin havadaki titreşimler yoluyla iletildiğine değinmiştik. Kulağımız belli aralıktaki frekansları işitebilir.Bu saniyede yaklaşık 20 ile 20 000 titreşim aralığıdır. Frekans, saniyedeki titreşim sayısıdır ve birimi (Hz) Hertz'dir. (Hertz, 19 yüzyılda radyo dalgalarının nasıl oluştuğunu keºfeden bilim adamının adıdır.)
Bazı canlılar daha geniş bir frekans aralığını algılayabilir.Bu, köpeklerde 50 ile 45 000 Hz, kedilerde 45 ile 85 000 Hz aralındadır. Yarasalar 120 000 Hz'e, yunuslarsa 200 000 Hz'e kadar olan sesleri algılayabilirler.Düşük titreşimli sesleri kalın (bas), yüksek titreşimli sesleriyse ince (tiz) algılarız. Sesin kalınlığına (yada inceliğine) "perde" denir. Yüksek frekanslı sesler yüksek perdeli,düşük frekanslı sesler düşük perdeli seslerdir. Müzik konusunda iyi eğitilmiş kişiler, frekansı sadece 2 Hz farklı iki perdeyi bile birbirinden ayırabilirler.
Müzik, genellikle rastgele seslerden değil, belli frekanslardaki seslerin kullanımıyla yapılır.Bunlar, notalardır. Bir telli çalgının çalışma prensibini anlayarak, notaların nasıl ortaya çıktığını keşfedebiliriz. Evimizdeki herhangi bir telli çalgıyı bunun için kullanabiliriz. Eğer telli bir çalgımız yoksa, kendimize basit bir tane yapabiliriz. Bir parça tahta ve esnek bir tel (bir gitar teli ya da misina olabilir) kullanarak çalgıyı yapabiliriz. Yaklaşık yarım metre uzunluğundaki tahtanın iki ucuna çiviyle tutturarak gereceğimiz telin altına, tahtanın iki ucuna yakın yere,birer destek koymalıyız ki tel tahtadan biraz uzaklaşsın ve serbestçe titreşebilsin.Destek olarak bir kalem kalınlığında iki tahta parçası kullanabiliriz.
Oktavdan sonraki en önemli aralık "beşli"dir. Bunun için tel üçe bölünür ve 2/3 oranındaki uzun bölümü titreştirilir. Beşli denmesinin nedeni, başlangıç boyundaki telle, boyu onun 2/3'ü oranındaki telin verdiği seslerin arasında beş notanın bulunmasıdır.Bu aralık, bir tenor ile bas ya da soprano ile alto arasındaki farktır.Bazı iki sesle söylenen şarkılarda, şarkıcılar sesleri arasında bir beşli farkla söylerler.
Bir başka aralıksa, dörtlü olarak adlandırılır ve teli 3/4 oranında bölerek elde edilen sesle orjinal ses arasındadır. Tüm bu notalarla elde edilen sesler, kulağa çok uyumlu gelir.Bu nedenle, çoğu geleneksel müzikte bu uyum gözlenebilir.Telimizin temel frekansını 1 kabul edersek, ikinci armoniğin frekansı 2 olur (telin tam ortasına basarak elde ettiğimiz ses). Bu durumda yukarıda sözünü ettiğimiz bölünmeleri,ondalık sayılar biçiminde yazabiliriz.Bu durumda: 1 (1/1), 1,333 (4/3), 1,5 (3/2) ve 2 (2/1) sayılarını elde ederiz. Do4'ün frekansının 264 olduğunu biliyoruz. Bu frekansı, 4/3'le çarptığımızda, Fa4'ün frekansı olan 352'yi; 3/2'yle çarptığımızda Sol4'ün frekansı olan 396'yı elde ederiz. 2'yle çarptığımızda zaten bir oktav yukarıdaki Do5'in frekansını bulacağımızı biliyoruz.
Bu dört notadan oluşan nota takımının, Orpheus'un çalgısı Lir'in akordu olduğu söylenir. Bugün kullanılan 7 notalı sisteme göre sayısal bölünmeyi sürdürürsek, yedi notaya karşılık gelen frekans oranları şöyle olur: Do (1), Re (1,125), Mi (1,250), Fa (1,333), Sol (1,500), La (1,667), Si (1,875).Do4'ün frekansını 264 olarak bildiğimize göre, 264'ü bu sayılarla çarparsak, öteki notaların frekansını elde edebiliriz. Buna göre, Re4 297, Mi4 330, Fa4 352, Sol4 396, La4 440, Si4 496, Do5 528 olmaktadır.
Görüldüğü üzere, ses ve müzik fizik ve matematikle yakından ilişkilidir. Sesin nasıl oluştuğunu, yayıldığını;notaların nasıl oluşturulduğunu,aralarında nasıl bir ilişki olduğunu çok basit fizik ve matematik bilgisiyle anlayabiliyoruz.
Alp Akoğlu
Kaynaklar
Taylor, C., Exploring Music, Institute of Physics Publishing, Bristol, 1994
Johnston, I., Measured Tones, Institute of Physics Publishing, Bristol, 1994Kaynak: Müzikkervaniyiz.com