Üçüncü yazıya geldiğimiz bu köşede, ses mühendislerinin günlük hayatta kullandığı sesle ilgili bazı bilgilerin ve terimlerin dayandığı teknik, fiziksel ve matematiksel temelleri, konunun nedenleriyle birlikte anlaşılabilmesi açısından ele alıyoruz. Daha önceki yazılarda dB canavarını alt ettikten sonra bu ay sırada İşaretler, Seviyeler ve Dinamik Aralık (Dynamic Range), İşaret Gürültü Oranı (Sound to Noise Ratio, SNR) gibi ilgili işaret özellikleri bulunuyor.
Ses Uzamsal Vertigo: Hava - Elektri - Sayı
Tipik bir ses sisteminde ses çeşitli değişik ortamlarda bulunur.
En basit durumda akustik bir kaynağın titreşmesi ile çıkan ses, hava basıncında değişiklik yaratarak iletilmesi ve bu basıncın kulak zarında hissedilmesi ile duyma olayı gerçekleşir1. Burada sese ilişkin mesaj içeren herhangi bir ortamdaki bilgiye işaret denilmekte. İşaretin, aslı olan sese ne kadar benzediği (sadakat) önemli konulardan biri. Bu örnekte sesin iletildiği ortam hava ancak ortamlar zaman içinde teknoloji ile değişiklik göstermiş.
İnsanoğlu rahat durmamış, hava ortamındaki bu sesi güçlendirmek, değiştirmek ve hatta kaydetmek istemiş. Durum böyle olunca aslında en doğal sonucu verecek olan doğal/akustik yöntemler yetersiz kalmış ve sesi doğal ortamı olan titreşimler ve hava dünyasından çıkartıp; gerilim/akım değişimleri ile elektriksel bir dünyaya getirmişiz. Burada devreye dönüştürücüler (transducer) giriyor. Affedersiniz, mikrofon demek istemiştim ve evet, bir de manyetikler (ör. gitar manyetikleri). Doğal olarak gerilim/akım değerlerini duyamadığımız için bu işlemi bir de tersine çevirmek gerekmiş ve bu sefer de tutmuş elektriği sese dönüştürmüşüz (hoparlörler).
Böylelikle akustik sesin basınç değişimlerini, elektriksel dünyada gerilim değişimleri ile karşılamaya çalışarak sesin elektriksel bir benzeşimini yaratmaya çalıştık. Yani elektriksel bir ses işareti yaratmış olduk. İşte Analog İşaret terimi de buradan çıkıyor. Bu şekilde yaratılan benzeşimin analog olarak nitelenmesi bu yüzden (TDK sözlük: analoji = benzeşim.)
İnsanoğlu bununla yetinmemiş tabi ki, hazır işareti elektriğe dönüştürdük bunu bir de sayılara dönüştürelim, böylelikle işareti güçlendirme, efekt ekleme, kaydetme gibi işlemleri, toplama, çıkarma, çarpma yapar gibi kolayca hallederiz; hem özelliği daha bol aletler yaparız, hem de kocaman trafolar, manyetik bantlar falan gibi pahalı ekipmanlardan kurtuluruz, satışlar artar, maliyetler düşer demiş. Bunun içinse iki dönüştürücü gerekli olmuş. Olay çok mantıklı olduğundan isimlerini de eski çağın dönüştürücüleri gibi (mikrofon, hoparlör vb.) değil daha mantık dolu havalı kısaltma isimlerden seçmişler: ADC ve DAC (Analog Dijital Çevirici ve Dijital Analog Çevirici).
Önemli bir nokta dijital cihazlardaki ADCler analog elektriksel işareti sayılara dönüştürürler. Yani akustik ses ilk önce analog elektriksel işarete bildiğimiz analog yollarla dönüştürülür, daha sonra bu analog elektriksel işaret, dijital işarete dönüşür. Başka bir deyişle işaret sayısal olabilmek için iki kere dönüşüme uğrar. Sayısal elektriksel işaret de DAC üzerinden benzer bir şekilde analog elektriksel işarete dönüştükten sonra yine bir analog dönüştürücü olan hoparlörden geçerek ses olarak yayınlanır. Yani işaret, ses, elektrik, sayı, elektrik ve yeniden ses olmak üzere 5 katmandan 3 değişik şekle (ses, elektrik, sayı) dönüşerek çıkar.
Ayrıca sayıya dönüşen sesin fiziksel bir tarafı kalmadığını ve yalnızca insan aklında var olabilecek bir çeşit ruhlar alemine geçtiğini ve sonra geri döndüğünü de ekleyelim.2
Bu kadar dönüşümden sonra sesin başının dönmediğine ve ortaya çıkanın hala dinlenebilir olabildiğine de şaşmak gerekir aslında. Bu da teknolojinin ve yetenekli ses insanlarının bir hikmeti.
Elimizde neler var toparladıktan sonra şimdi sesin yolculuğuna biraz daha yakından bakalım.
İşaretin Yolculuğu
Miksleme sırasında olası bir sistem:
gitar + mikrofon(lar) + efekt katları + güçlendirici + ADC + sayısal işlemler [güçlendirme, efekt ekleme, kayıt, efekt ekleme] + DAC + güçlendirici + monitörler + dinleyen ve kaydı düzeltmeye çalışan insanlar
ya da elektro gitar durumunda:
gitar + manyetik + efekt katları + gitar güçlendirici + ek efektler + hoparlör + mikrofon + efekt katları + güçlendirici + ADC + sayısal işlemler [güçlendirme, efekt ekleme, kayıt, efekt ekleme] + DAC + güçlendirici + monitörler + dinleyen ve kaydı düzeltmeye çalışan insanlar
şeklinde olabilir. Kırmızılar dönüştürücüleri gösteriyor ve farklı renkler de sesin farklı hallerini (akustik, elektrik, sayı).
Sesin bütün bu yolculuğuna güvenli ve etkin bir şekilde devam edebilmesi için işaretin bazı özelliklerine dikkat etmek gerekiyor. Bu özelliklerin başında da işaret seviyeleri önemli bir konu olarak karşımıza çıkıyor.
Önemli bir nokta dijital cihazlardaki ADCler analog elektriksel işareti sayılara dönüştürürler. Yani akustik ses ilk önce analog elektriksel işarete bildiğimiz analog yollarla dönüştürülür, daha sonra bu analog elektriksel işaret, dijital işarete dönüşür. Başka bir deyişle işaret sayısal olabilmek için iki kere dönüşüme uğrar. Sayısal elektriksel işaret de DAC üzerinden benzer bir şekilde analog elektriksel işarete dönüştükten sonra yine bir analog dönüştürücü olan hoparlörden geçerek ses olarak yayınlanır. Yani işaret, ses, elektrik, sayı, elektrik ve yeniden ses olmak üzere 5 katmandan 3 değişik şekle (ses, elektrik, sayı) dönüşerek çıkar.
Ayrıca sayıya dönüşen sesin fiziksel bir tarafı kalmadığını ve yalnızca insan aklında var olabilecek bir çeşit ruhlar alemine geçtiğini ve sonra geri döndüğünü de ekleyelim.
Bu kadar dönüşümden sonra sesin başının dönmediğine ve ortaya çıkanın hala dinlenebilir olabildiğine de şaşmak gerekir aslında. Bu da teknolojinin ve yetenekli ses insanlarının bir hikmeti.
Elimizde neler var toparladıktan sonra şimdi sesin yolculuğuna biraz daha yakından bakalım.
Farklı girişler ve elektronik cihazlar farklı işaretleri işlemeye uygun olarak tasarlanmıştır. Bir tipteki işareti farklı bir işaret için imal edilmiş bir girişe takarsanız sorunlar yaşarsınız.
Mikrofon ve manyetiklerden gelen işaret sabit tek bir değere sahip bir işaret değildir. Bu işaret zaman içinde notalara (frekansa) ve müzik aletinin yumuşak, sert çalınmasına göre değişir. Bu yüzden burada belirli bir dBu değerinin3 işlenmesinden daha çok belirli bir dBu aralığının nasıl işlendiği önem kazanıyor. Elektronik ekipmanlar belirli bir giriş güç aralığındaki işareti işleyip belirli bir güç aralığında çıkış verecek şekilde tasarlanırlar. Belirli seviyelerde üstüste de binen üç farklı standart ses aralığı bulunmaktadır.
Düşük Seviye ya da Mikrofon Seviyesi (Mic Level):
Sıfır seviyesinden yaklaşık 20 dBu değerlerine kadar
Bu değer birçok mikrofon ve manyetik için tipik çıkış değeridir. Bazıları yine de bu değeri geçebilir. Bu seviyelerdeki işaretler bir preampa ya da mic in girişlerine girilmelidir.
Orta Seviye (Line Level): -40 dBu'dan +30 dBuya kadar
Pre-amplilerin tipik çıkış seviyesidir. Aynı zamanda syntheziserların, CD çalarların v.b. tipik çıkış seviyeleridir. Bu seviyelerdeki işaretler power-amplara ya da line in girişlerine takılabilir. Yalnız tüketici aletlerinde line in seviye sınırlarının (-4dBu) profesyonel aletlere göre (+10 dBu) daha düşük olduğuna dikkat edilmelidir.
Yüksek Seviye ya da Hoparlör Seviyesi (Speaker Level):
Bunlar power amp çıkışındaki oldukça yüksek çıkış seviyeleridir. Hoparlörleri sürmek için uygundurlar.
Bakışımızı tüm sistemden, tek bir cihazdaki işaretin durumuna çevirecek olursak, hem dostumuz hem de düşmanımız gürültünün işaretle olan ilişkisi önem kazanmakta. Başlıktaki terimlerin hepsi cihazın kullanılabilir seviye aralığını belirlemek için yapılan ölçümleri göstermekte.
Kullanılabilir seviye aralığı iki seviye ile belirlenmekte: gürültü olmadan kullanılabilir en alt seviye ve distorsiyon olmadan elde edilebilir en yüksek seviye. Bu seviyeleri daha nesnel bir şekilde belirleyelim. Cihazın kullanılabilir üst seviyesi çıkışın bir referans işarete %1 distorsiyon verdiği ilk seviyedir. Bu en yüksek seviyeye tam ölçek (full scale) denilmektedir. Başka deyişle işaret seviyesini cihaz içinde yükseltiyoruz ve bir noktada cihaz çıkışındaki işaret bozulmaya başlıyor, bu bozulmanın en az %1 olduğu seviye cihazı kullanabileceğimiz en üst seviye oluyor. Bazı cihazlarda işaret cihazda son seviyesine kadar yükseltildiğinde bile %1 distorsiyona ulaşılmayabilir. Bu durumda cihazın en üst seviyesi, kullanılabilir en yüksek seviyedir.
İkinci bir durum olarak cihaza giren işaret, cihazın gürültü seviyesinin altında olduğunda, gürültü tarafından boğulacak ve anlaşılır olmayacaktır. Bu durumda bir işaretin cihazda istenildiği şekilde işlenebilmesi için işaretin gürültü seviyesinden yüksek olması gerekir. Başka deyişle cihazın kullanılabilir alt seviyesi de gürültü seviyesi ile belirlenmiş olur.
Sinyal varken gürültü oranı, daha yeni bir terim olmakla birlikte dinamik aralık ve sinyal gürültü oranı dahil üç terim de özünde cihazın alt ve üst seviyelerinin arasındaki farkın dB ifadesinden başka bir şey değildir. Bu üç terimin arasındaki fark üçünde de bu alt ve üst seviyeleri ölçerken farklı yöntem kullanılmasından kaynaklanıyor. Başka deyişle tüm üç özellik de cihazın çalıştırılabileceği çalışma aralığını belirtiyor; tek fark bu aralık üçünde de farklı şekilde ölçülüyor. (Ses teknolojilerinde böyle gereksiz yere kafa karıştıran çok olgu var. Bunun bir nedeni de üreticilerin yeni olgulara yaslanıp kafası karışan topluluğa ürünlerini pazarlamayı daha kolay bulmaları sanırım.)
Tüm üç terimde de üst seviye ölçüm şekli aynıyken alt seviye (gürültü) ölçümünde farklı yaklaşımlar bulunmakta. İşaret Gürültü Oranı (SNR, Signal to Noise Ratio) cihazın tam ölçek çıkışının, sükunet durumundaki (cihaza işaret girişi yokken) gürültü seviyesine oranıdır. Dinamik Aralık (Dynamic Range) cihazın tam ölçek çıkışının, cihaz çok düşük bir sinyal seviyesinde çalışırken ölçülen gürültüye oranıdır. Sinyal Varken Gürültü Oranı ise cihazın tam ölçek çıkışının, çıkışında tam ölçek bir işaret varken ölçülen gürültüye oranı olmaktadır.
En doğru sonucu veren Sinyal Varken Gürültü Oranı, bu konudaki en yeni teknik olup, yeni DSP/FFT analiz tekniklerinin, özgün işareti, bu işaretin harmonik bileşenlerini ve gürültüyü birbirinden ayırabilmesi sayesinde hesaplanabilir/ölçülebilir olmuştur.
