"8D Müzik": Ambisonik Müzik, Beynimiz ve Duyma Fizyolojisi Hakkında Bize Neler Öğretebilir?

İnsanların gerçekliği yapay bir şekilde üretme çabalarının bir örneği: 8D Müzik. 3 boyutlu görüntüler bize eskisi kadar yabancı değil, birçok insanın evinde 3 boyutlu görüntü sunan televizyonlar mevcut, aynı şekilde birçok sinema salonunda 3 boyutlu filmler izleyebilirsiniz. 3 boyutlu görüntülere alıştık peki ya 3 ve hatta 8 boyutlu müzik?

Devam etmeden önce, eğer daha önce karşılaşmadıysanız, aşağıdaki videoda 8D sesi tecrübe edebilirsiniz. Kulaklıklarınızla, yüksek sesle ve konsantre olarak dinlemenizi öneririz.

Burada önemli bir noktayı açıklayarak başlayalım. 2 boyutlu görüntüden 3 boyutlu görüntüye geçildiğinde değişen, aslında görüntüye katılan derinlikti. Artık ekranda izlediğimiz nesneler içinde bulundukları ortamda bir derinliğe sahipti. Peki bu düşünce çerçevesini, ses için de kullanabilir miyiz?

Nesnelerin sahip olduğu 3 boyut geometrik cisimler bağlamında açıklanırsa en, boy ve yükseklik şeklinde tanımlanabilir. Ses dalgaları için boyutlardan bahsettiğimizde tam olarak sesin eninden, boyundan ve yüksekliğinden bahsetmiyoruz; zira ses dalgaları gözle görünür değildir ve bu şekilde incelenemez.

Aslında sesin 8 boyutu yok. Dolayısıyla 8D müzik de yanlış bir adlandırma. 8D müzik dediğimiz, müziğin teknik karşılığı ise ambisonik müzik. Daha önceden duymuş olabileceğiniz surround müzik sistemlerinin gelişmiş bir hali diyebiliriz. Mono ve stereo kaydın aksine bu şekilde kaydedilen sesin kaynağını ön-arka, alt-üst, sağ-sol olmak üzere 3 farklı düzlemde lokalize edebilirsiniz. Stereo sistemlerde ise bu lokalizasyon yatay iki düzlem ile (ön-arka, sağ-sol) sınırlıdır. Dolayısıyla ses kayıt sistemlerinde boyut meselesi sizin bu sesin yerini daha iyi lokalize etmeniz ve bunun sonucunda daha gerçekçi -sanki sesin üretildiği ortamdaymış gibi- bir tecrübe yaşamanızdır.

“Gerçekçi” Müziğin Tarihi

Antifonal (soru-cevap) performanslar, sesin mekansal manipülasyonunun ilk örnekleri arasında gösterilebilir. Bu tarz performanslar mezmurların okunmasıyla İncil zamanlarına, Roma Katolik kiliselerinde kullanılmasıyla da 4. yüzyıla tarihlenebilir.

16. yüzyılın ortalarında Flaman besteci Adrian Willaert’in antifonal müziğin bilinen ilk bestesini ortaya koymuştur. Kullandığı tekniğe cori spezatti (İng: "split choirs", Tr.: "ayrılmış korolar") adı veriliyor. Koro ve enstrüman gruplarının farklı konumlarda bulunması ile müzik mekansal değişikliklere tabi olmuştur. Willaert’in vesperleri (rahipler tarafından seslendirilen gece duaları) karşılıklı enstrüman ve vokal gruplarını kullandığı ilk eserlerden, başka eserler de barok dönem boyunca ortaya çıkmaya devam etmiştir.

İlk örneklerinin ardından geç barok ve klasik dönemde antifonik müziğe olan ilginin azlığına rağmen takip eden romantik dönemde birçok ünlü besteci mekansal özellikleri kullanarak müziğin teatral etkisini artırmaya çalıştı. Bunların arasında Hector Berlioz, Guiseppe Verdi ve Gustave Mahler gibi önemli isimler sayılabilir (bu sanatçıların eserlerini aynı sırada, aşağıdaki videolardan izleyebilirsiniz).

Bu konuda denemeler elektronik çağın hemen öncesinde 20. yüzyılda Ives’in mekansal deneylerinde kendine yer buldu.

20. yüzyılın başlangıcıyla beraber müziğin kayıt edilebilir hale gelmesi, radyo ve telefon teknolojilerinin ortaya çıkışı, müziğin asıl kaynağından koparılmasına ve taşınabilir olmasa bile performans alanından uzakta da dinlenebilen hale gelmesine imkân sağladı. İlk elektronik enstrüman denemelerinden Thaddeus Cahill’in Telharmonium’u üyelik üzerine telefon hatları üzerinden dinlenmeye başlandı. 200 tonu bulan ağırlığı ile bu enstrüman, ancak 3 adet açık yük vagonu ile taşınabiliyordu. Ticari bir başarı hikayesi yazmasa da elektronik müzik hikayesinin başlangıcı oldu ve takiben sizin de tanıdık bulabileceğiniz Theremin, Leon Theremin tarafından icat edildi.

İlk gerçek quadraphonic düzen (ön sağ, ön sol, arka sağ, arka sol şeklinde ses kaynağı düzeni) Stockhausen tarafından oluşturuldu ve yine Stockhausen bir küre şeklinde bir oditoryumun içinde 55 hoparlör ile sunduğu müzik deneyimi ile mekân-müzik ilişkisinin 3 boyuta ulaştığını şu sözlerle anlattı:

Müziğin içinde oturmak, müzik tarafından çevrilmek, sesin hareketini, hızını ve formunu takip ve tecrübe etmek: bunların hepsi müziğin tecrübesi için yeni bir durum yaratıyor. ‘Müzikal uzay seyahati’ önceden yaptığım yatay dairesel hoparlörün düzeninin aksine 3 boyutlu mekân tecrübesine bu oditoryumda ulaştı.

Burada açıklamak istediği nokta aslında yazının girişinde de bahsettiğimiz stereodan surround sisteme geçişi işaret eder.

Müziğin mekânsal tecrübeler bağlamında serüveni burada sonuçlanmadı, bunun üzerine birçok yenilik sadece müzisyenlerin değil birçok mühendisin, yazılımcının da katkısıyla bugünlere kadar geldi. Stockhausen’in 3 boyutundan bugünkü 8D müziğe (ambisonik) geldik.

Peki; sabit bir şekilde oturarak, sabit kulaklıklardan dinlediğimiz bu müzik nasıl oluyor da ses kaynağının hareketini tecrübe etmemizi sağlıyor?

Gece Yaşayanlar ve Duyma Yetisinin Önemi

Bunu anlamak için, biraz geçmişe gidelim. 200 milyon yıl önce ilk memeliler, büyük çoğunlukla nokturnal (gececil, gece yaşayan) canlılardı ve uyanık oldukları vaktin önemli bir kısmında görünür ışık spektrumundaki ışık dalgalarından yoksunlardı. Kısacası, karanlıkta yaşıyorlardı ve bu, dinozorların yeryüzünden yok olduğu zamanlara dek böyle sürdü.

Dinozorlar dünya yüzeyinden silindiğinde ve gündüzler daha güvenli hale geldiğinde, memelilerin gündüz vakti hareketi de daha güvenli hale geldi. Şu an etrafımızdaki birçok memeli gündüz vaktini uyanık (diurnal hayatlar sürerler) ve gece vaktini uyur halde geçirir; tıpkı insanlar gibi... Buna rağmen, 200 milyon yıl önce yaşayan o memelilerin nokturnal hayatına ait izlerini taşıyoruz. Ses çıkarma, sesin frekansını ve kaynağının konumunu saptama bize 200 milyon yıl önce yaşamış memelilerden kalan bir miras. Görmenin güç olduğu gece vakitlerinde, birbirleriyle ses çıkararak haberleşebilen memeliler için ses ve sese dair birçok özelliğin kulak ve sinir sistemi seviyesinde işlenmesi hayati bir öneme sahipti.

Bu noktada, diğer duyu organlarımızı kapsayan bir karşılaştırma ile devam edebiliriz: Görme duyumuz, retinamıza düşen ışık dalgalarının frekanslarına duyarlıdır ve aynı zamanda nesnelerin konumunun bilgisini, nesnenin tüm görme alanımız içerisindeki konumuna göre saptamamız mümkündür. Aynı şekilde somatosensör (dokunmaya ilişkin) sistemlerimiz de dokunduğumuz nesnenin uzaydaki konumuna ilişkin direkt bilgi edinir, nesnenin konumunu algılayabilir.

Duyma durumunda ise işler biraz daha karmaşıklaşıyor, bir ses dalgası kulağımızın içine girdiğinde belirli iletim mekanizmaları ile iç kulaktaki baziler membranı (zarı) titreşir ve bu zarın titreşecek kısımları frekansa duyarlı (tonotopi) olarak belirlenir. Yani yüksek frekanslı sesler zarın belirli kısmını titreştirirken, düşük frekanslı sesler ise zarın başka bir kısmını titreştirir.

Buna bağlı olarak çıkarabileceğimiz sonuç şudur: Görme ve dokunma duyuları dış dünyanın sinyallerini direkt olarak lokalize ederken, duyma merkezimiz için böyle bir özellik mevcut değildir. Duyduğumuz sesin frekansına ilişkin bilgi direkt iken (tonotopi), sesin mekânsal özellikleri daha üst merkezlerin çalışması ile kompleks işlemler sonucu saptanabilir.

Şimdi, 3 düzlemin her biri için ayrı bir tartışma ile ses dalgalarının nasıl mekânsal bilgiye dönüştüğünü açıklayalım.

Encyclopedia Britannica

Bilgi Olarak Ses Dalgaları

Ses dalgalarının tanımlanmasında ve incelenmesinde birçok terim kullanılır. Bu terimlerle belirlenmiş özelliklerin değerlendirilmesi merkezi sinir sisteminde gerçekleşir. Öncelikle bu terimleri, farklarını ve lokalizasyon için önemini tartışalım.

Kulağımızın yapısı, sesin düşey düzlemde (alt-üst) lokalizasyonunda işlevseldir. Ses kaynağının başımıza göre konumuna bağlı olarak kulak kepçemiz ses dalgaları üzerinde iz bırakır ve diğer mekanizmaların aksine düşey düzlemde lokalizasyon tek kulaktan gelen bilgi (monoaural) ile sağlanabilir. Başka bir deyişle, düşey düzlemde lokalizasyon için iki kulaktan gelen bilginin karşılaştırılmasına, işlenmesine gerek yoktur.

Current Biology

Daha önemli ve etkin mekanizmalar ise, iki kulağa gelen ses dalgaları arasındaki farkların işlenmesiyle elde edilir (binaural). Bunu açıklamak için bir örnek kullanalım ve varsayalım ki kare şeklinde bir parkta, kenardaki banklardan birinde, gözlerimiz kapalı bir şekilde oturuyoruz. Parkın hemen sağ tarafımızda kalan kenarında ise başka biri oturuyor ve bir ses çıkarıyor. Bu kişinin ses tellerinin titreşmesi havadaki moleküllerin hareketine sebep olarak bir ses dalgası oluşturur. Bu ses dalgası bize ulaştığında eğer biz o kişiye değil de, tam karşımıza bakıyorsak, sağ ve sol kulağımıza gelen ses dalgalarının belirli temel farkları olur.

Birincisi, bu kişi sağ tarafımızda kalan bankta oturduğu için, oluşturmuş olduğu ses dalgaları sağ kulağımıza daha erken varır ve fark edebileceğiniz üzere ses hızı ile hareket eden dalgaların yaklaşık 10 cm uzaklıkta bulunan iki kulağa varış zamanında milisaniyelerin altında bir fark vardır. Bu farka kulaklar arası zaman farkı (İng: "interaural time difference") denebilir (KZF). Ses kaynağına yakın kulağımıza ses, daha önce gelir.

İkinci bir fark ise kafamızın etkisi ile oluşur: Dalga boyu kafamızın çapından kısa olan ses dalgaları, kafamız tarafından bir gölgelenme etkisine maruz kalır. Kafamız, sesin kaynağı ile kaynağa uzak olan kulağımız arasında (örneğimize göre sol kulak) bir bariyer oluşturur ve bu, ses dalgasının bir kulağa diğerine göre daha şiddetli bir şekilde ulaşması anlamına gelir. Bu durumda sağ kulağımıza varan ses, sol kulağa göre daha şiddetlidir. Buna kulaklar arası şiddet farkı (İng: "interaural level difference") denir (KŞF). Ses kaynağına yakın kulağımıza ses, daha şiddetli gelir.

1900’lerin ikinci yarısında yapılan çalışmalarla beraber, KZF ve KŞF’nin öneminin aslında belirli frekanstaki ses dalgalarıyla sınırlı olduğu anlaşıldı. KŞF ses dalgasının dalga boyu arttıkça önemini yitirir, KZF ise bahsettiğimiz üzere milisaniyelerin bile altında kalır, bu da merkezi sinir sisteminin çözümleme gücünün çok altındadır.

Sonuç olarak şunu söyleyebiliriz. Yüksek frekanslı seslerin lokalizasyonu KŞF ile, düşük frekanslı seslerin lokalizasyonu ise KZF’nin etkisi olsa da temel olarak, kulaklararası faz farkı (KFF) ile belirlenir.

Bilginin İşlenmesi

Görüldüğü üzere tek kulak (monoaural) veya iki kulakla (binaural) elde edilen bilgiler, ses dalgalarının temel özelliklerini kullanılır. Bu ses dalgaları dış-orta ve iç kulakta ilerler ve iç kulakta çekiç-örs-üzengi kemiklerini sırasıyla titreştirir. Üzengi kemiği en sonda oval pencereyi kaplayan membrana bitişik halde bulunur ve bu membranı titreştirir. Bu membranın hareketi, koklear organın içindeki sıvıyı hareket ettirir. Bu sıvının hareketi, koklear organ içindeki baziler membranı hareket ettirir. Bu zarın üstünde kıl hücreleri bulunur. Kıl hücrelerinin üstünde ise saça benzer yapılar vardır. Baziler membran titreşince, saç hücreleri de hareket eder. Bu hareket, kıl hücrelerinin zarında bulunan belirli iyon kapılarının açılmasını sağlar. Bu kapıdan içeriye, hücrenin etrafında bulunan iyonlar (elektrik yüklü parçacıklar) girer ve bu iyonların hareketi, aksiyon potansiyeli denen hücreler arası bir elektrik akımı oluşturur. Aksiyon potansiyeli oluştuktan sonra artık bilgi, ses dalgalarının değil, nörolojinin dilindedir.

İşitme Fizyolojisi Blog

Şunu unutmayalım: Sesin hareket ettiği mekanlar onun belirli özelliklerini değiştirse de, sinir sistemimiz için gerekli olan KZF, KŞF ve KFF bilgileri korunur. Örnek olarak şunu söyleyebiliriz: Sağ kulağımıza daha erken gelen ses dalgası, aynı şekilde koklear organdaki sıvıyı da daha önce hareket ettirir. Buna bağlı olarak kıl hücrelerinin hareketi ve aksiyon potansiyeli oluşumu da o kulakta daha önce oluşur. Sonuç olarak, beynimizdeki işitme merkezleri hangi kulağa sesin daha önce geldiğini ayırt edebilir.

Bu noktada, canlının dış ortam ile ilişkisini bir bilgi alışverişi olarak incelemek oldukça yararlı olacaktır. Bulunduğumuz çevrede birçok sinyal vardır, bu sinyallerden bazılarını işleyebilirken bazılarını işleyemeyiz. Mesela belirli frekans aralıklarındaki ses ve ışık dalgalarını, ortamın sıcaklığını ayırt edebiliriz; çünkü bunları anlayabilecek reseptörler (alıcılar) vücudumuzda bulunur. Diğer tarafta ise, bizim için önemi olmayan veya daha az önemli olan birçok sinyal de vardır.

Bu bağlamda düşünürsek, ses dalgası da bizim için bir bilgidir ve biz, yani hücrelerimiz, bu bilgiyi anlayabilmek için belirli tercüme aşamalarına ihtiyaç duyarız. Dış ortamda maddelerin hareketinden ibaret olan ses dalgası, kulağımızın içinde aksiyon potansiyeline dönüşür. Sinir sistemimiz belirli hücreler arası bağlantılar (sinaps), biyokimyasal sistemler aracılığıyla ham haldeki bu bilgiyi işleyip karşılaştırarak gerçeklik algımızı oluşturur.

Binaural Kayıt

Birçok sinemada ve konser salonunda dinlediğimiz müzik, oldukça gelişmiş bir dinleme tecrübesi sunuyor; ancak bunların hiçbiri, binaural kayıt kadar gerçekçi bir tecrübe sunmuyor. Binaural kayıt yapmak ve bu tarzda içerik üretmek için, insan kafasına neredeyse birebir benzer bir cihaz ile kayıt yapmalısınız. Bu kayıt cihazının kulakları da dahil olmak üzere bütün detayları, kafa anatomimize benzer bir şekilde üretilmiştir. Bunun sebebi, kafatasımızın ve kulaklarımızın anatomisine ilişkin birçok özelliğin-bahsettiğimiz gibi- ses dalgalarının sinir sistemimiz tarafından yorumlanmasındaki elzem görevidir.

Wikimedia Commons

Bu şekilde kaydedilen ses, kayıt anında bulunan mekânın seslerini oldukça gerçekçi bir şekilde tecrübe etmemizi sağlar ancak mevzu bununla sınırlı değil. Aynı şekilde bilgisayar ortamında oluşturulan ses kayıtları da KZF, KŞF ve KFF gibi özellikleri belirleyerek ses kaynağının etrafımızda hareket etmesini, alçalıp yükselmesini, yer değiştirmesini sağlayabilir.