Kemanlarda Evrimsel Tasarım: Kemanlarda Neden F Deliği Var? Deliğin Bu Şekli Nasıl Tasarlandı?

Elektronik ses yükselticilerden (amfilerden) önce müzisyenler, seslerini bir topluluk, orkestra ve gürültülü kalabalıklar önünde duyurabilmek için hep yeni ve daha iyi yöntemler geliştirmek zorundaydı. Gitar, çello ve viyola gibi akustik enstrümanların tasarımları, bu problemin çözümü yolunda geliştirilen uzun bir deneyimin ürünüdür. Bu müzik aletlerinin her biri üzerine oyulmuş yuvarlak veya f harfi (veya integral işareti) şeklindeki delikler mutlaka dikkatinizi çekmiştir. Bunların neden var olduğunu hiç düşündünüz mü?

Ahşap müzik aletlerin içi boş olarak tasarlanmasının nedeni, aletin adeta bir yankı odası gibi davranarak amfiye ihtiyaç duymaksızın yayların sesini yükseltmektir. Ancak bu boşlukta yankılanarak amplifike edilen ses dalgalarının, bir şekilde dışarı çıkması gerekir. İşte bu da, bir akustik gitarın altındaki dairesel ses boşluklarından ya da bir kemanın her iki yanında bulunan f-deliklerinin yardımıyla gerçekleşir. Ama bir soru daha kalıyor: Neden f harfi? Bu şekil nereden geliyor.

Dikkat çekici bu şeklin Rönesans Dönem'den kalma abartılı bir sanatsal artık olduğunu düşünebilirsiniz. Hatta bir müzik aleti yapımcısının imzası olduğu ihtimali üzerinde bile durabilirsiniz. Ancak f deliklerinin kökeninin Rönesans'tan geldiği doğru olsa da; bu delikler bir süsten çok daha fazlasıdır! Tesadüfen de olsa, bilinçli bir şekilde tasarlanmış da olsa bu tasarımın bugüne kadar ulaşıp da başka tasarımların bulunmamasının çok iyi bir nedeni vardır: Evrim!

The Royal Society

Akustik uzmanı Nicholas Makris ve MIT'deki ekip arkadaşları yayınladıkları bir çalışmada, bir kemandaki f deliklerinin gerçekten de güçlü bir akustik sesin sağlanmasında mükemmel bir yöntem olduğunu ortaya koydular. Bu konu hakkında The Economist dergisinde yayınlanan bir rapor, f-deliklerinin "fithele" (kemanın 10. yüzyıldaki öncülü) üzerinde bulunan dairesel boşlukların sonik gücünü ikiye katladığını vurguluyor.

İyi ama, bu tasarım nereden geldi? İlk defa nasıl düşünüldü? Bundan asırlar önce yaşamış keman üreticileri bu tasarımın mükemmelliğini nereden biliyordu?

F-Deliği, Tıpkı Biyolojideki Gibi Kademeli Bir Şekilde Evrimleşti!

Aslında uzun yıllardır, 16. yüzyılda yaşamış bir keman üreticisi ailesi olan Amati ailesinin bu ilginç şekli bir mandalinayı soyarken fark etmeleri üzerine uyguladıkları iddia edilmektedir. Belki de bu mandalinanın kabuğunu düz bir yüzeye koyarak bu şekle ulaşmışlardı. Bu olasılık her ne kadar ilgi çekici olsa da, yeni çalışma bu açıklamaya gölge düşürüyor. The Economist şöyle yazıyor:

1560-1750 yılları arasında üretilmiş 470 enstrümanı analiz eden Makris ve ekibi ile bir keman üreticisi olan Roman Barnas, bu şeklin değişiminin kademeli ve sürekli olduğunu keşfettiler.

MIT News'tan Jennifer Chu ise şöyle anlatıyor:

Tıpkı biyolojide olduğu gibi, enstrüman tasarımında da bu f-delikleri, doğal mutasyon sonucu ortaya çıkmışlardır. Ya da kemanlar söz konusu olduğunda bu, ustalık hatası olarak da düşünülebilir.

The Royal Society

Üreticiler, durmaksızın diğer enstrümanların kaçınılmaz olarak hatalı olan kopyalarını yaptılar. Her biri, kendisinden önce gelen enstrümanların benzerlerini üretmeye çalıştı; ancak ustalıkları arasında farklar olduğu için kaçınılmaz olarak ufak tefek hatalar yaptılar. Delikler daha büyük oldu, bazıları şekilsizdi, bazıları boylamasına uzamıştı. Her bir keman üreticisi, kendisinden önce gelenin hatalı kopyasının hatalı bir diğer kopyasını yaptıkça, orijinal yuvarlak şekilden kademeli bir şekilde uzaklaşıldı. Tıpkı evrimsel biyolojide türlerin ebeveynlerinin "hatalı" bir kopyası ve karışımı olması gibi; ancak bunlardan en uyumlu ve başarılı olanların gelecek nesle kendi "hatalı" kopyalarını daha çok bırakabilmesi gibi...

Amati, Stradivari ve Guarneri gibi ünlü keman üreticisi aileler bu kademeli süreç sonucunda f-deliğine ulaştıklarında, diğer şekillerden daha üstün bir şekil ortaya koyduklarını ve bu şekille üretilen kemanların daha iyi enstrümanlar olduğunu fark ettiler. Tabii bu üreticilerin, f-deliğinin matematiksel prensiplerini anlayıp anlamadıklarını bilemiyoruz.

Makris ve ekibi, iletkenliğin doğrusal oranlaması ile ses deliğinin çeper uzunluğu arasında bir ilişki olduğunu keşfettiler. Görünen o ki, bir deliğin uzunluğunu büyüttüğümüzde, kemandan daha fazla ses çıkmaktadır. Jennifer Chu şöyle anlatıyor:

Uzatılmış ses deliği, sesin tamamını çıkarmayı başarırken, bir yandan da keman üzerinde çok az bir yer kaplıyor. Bu nedenle de güç verimliliği, önceki dairesel deliklerden daha yüksek.

The Economist dergisi ise şöyle yazıyor:

16 ve 18. yüzyıllar arasında şekillerin aniden uzamaya başlaması, bu dönemin sonlarına doğru ilk kez deliğin kasıtlı bir şekilde değiştirilmeye başlandığını gösteriyor olabilir. 19. yüzyılda f-deliklerinin tasarımı üzerine uğraşlar, aslında deliğin işlevini bozdu ve bu nedenle de bu tasarımlar kalıcı olmadı.

Bir diğer deyişle nesilden nesle aktarılırken biriken hatalardan en iyi ses çıkaranların seçilmesi sonucu yaşanan keman evrimi, keman tasarımcılarının akıllı müdahalesinden çok daha önce optimal (en uyumlu) sonuca ulaşmayı başarmıştı bile! İnsanların her türlü müdahalesi, bu sonuçtan uzaklaşması ve ses kalitesinin düşmesiyle sonuçlandı. Araştırmacılar şöyle yazıyor:

Evrimsel oran analizi yaparak, keman deliklerindeki bu değişimin, ustaların beceri sınırları çerçevesinde, kendilerinden önce gelenlerin keman tasarımlarını kopyalamaları sırasında yanlışlıkla oluşan mutasyonlar ve bunların daha yüksek ses rezonansı üretenlere göre seçilmesi ve daha çok üretilmesi yoluyla değiştiğini gösterdik. Bu değişimler önceden düşünülerek planlanmış tasarım değişiklikleri değildir.