Komunikacja, czyli jak przekazujemy sobie fale. Akustyczne, czyli dźwiękowe

Czy znacie z dzieciństwa eksperyment z dwoma kubkami? Jeśli nie znacie, jest prosty. Wystarczą dwa jednorazowe plastikowe kubeczki i gruba nitka lub cienki sznurek. Trzeba ją przewlec przez dziurkę we dnie kubeczków i zawiązać na supeł.

Teraz można użyć zestawu jako telefonu. Gdy jedna osoba powie coś do kubeczka, a nitka będzie napięta, druga osoba doskonale usłyszy to w drugim kubeczku. Dźwięki są bowiem falami akustycznymi, czyli drganiami ciśnienia powietrza. Dno kubeczka przenosi takie drgania na nitkę, ta wprawia w drgania kubeczek-słuchawkę. On zaś wprawia w drgania powietrze, co dociera do naszych uszu jako dźwięk.

Gdy odkryto elektryczność, do komunikacji można było wykorzystać prąd. Zasada jest bardzo podobna jak w kubkach na nitce, tyle, że na dnie mikrofonu znajduje się membrana. Zamienia drgania powietrza na impulsy elektryczne (czyli znów fale, lecz elektromagnetyczne). Przewodami wędrują do głośnika w słuchawce. Tam zachodzi odwrotny proces: impulsy elektryczne zamieniane są na drgania membrany głośnika. Telefon opatentował Alexander Graham Bell w 1876 roku i do dziś zasada jego działania się nie zmieniła.

Innym sposobem telekomunikacji - czyli komunikacji na odległość - okazała się zamiana impulsów elektrycznych na fale radiowe. Zwykle jest to komunikacja w jedną stronę: dźwięki nadawane przez radiostację przetwarzane są na fale elektromagnetyczne z zakresu radiowego. Trafiają do radioodbiornika, gdzie wzbudzają impulsy prądu, a głośniki zamieniają je z powrotem na dźwięk. Radioodbiornik opatentował w 1896 Gugliemo Marconi (wyścig o to wygrał z Nicolą Teslą, którego cewkę wykorzystał).

Można wykorzystać komunikację radiową w obie strony - co dzieje się w krótkofalówkach i telefonach komórkowych.

Pierwszy patent na "kieszonkowy składany telefon z cienkim mikrofonem węglowym" przyznano już w 1917 roku (Finowi Ericowi Tigerstedtowi). Już rok później taką komunikację testowano na kolejowej trasie Berlin-Zossen. Sześć lat potem sieć radiowych telefonów objęła linię z Berlina do Hamburga. Mogli z nich korzystać pasażerowie wagonów pierwszej klasy.

Dalszy rozwój radiotelekomunikacji przyniosła II wojna światowa, w której zastosowano po raz pierwszy wojskowe radiotelefony zainstalowane w samochodach. Takie urządzenia jednak były duże, ciężkie, potrzebowały dużo mocy i pozwalały tylko na kilka rozmów na danej częstotliwości równocześnie.

Pierwsza radiotelefoniczna sieć AT&T powstała już w 1949 roku w amerykańskim St. Louis w stanie Missouri, ale jej odbiorniki ważyły, bagatela, 36 kilogramów. Dopiero miniaturyzacja tranzystorów sprawiła, że urządzenia mogły stać się mniejsze. Masowa produkcja sprawiła też, że stały się znacznie tańsze.

Nowoczesne sieci pozwoliły też na transmisję wielu rozmów na tej samej częstotliwości. Nie dzieje się to bezpośrednio, jak w krótkofalówkach. W sieci komórkowej (stąd też nazwa) jest wiele małych "komórek", które przekazują fale radiowe między sobą. Transmisja fal odbywa się od telefonu do odbiornika. Kolejne komunikują się między sobą aż fale dotrą do telefonu odbiorcy.

Nowoczesne sieci komunikacyjne są też cyfrowe. Zamiast przesyłać fale, przesyłają je zakodowane w postaci zer i jedynek. Nie zmienia to jednak faktu, że w celu komunikacji głosowej przekazujemy sobie fale dźwiękowe - tyle, że za pośrednictwem fal elektromagnetycznych.

Dlaczego właśnie fale dźwiękowe są tak istotne dla ludzkiej komunikacji? Jest kilka tego powodów. Po pierwsze, mówimy mniej więcej pięć razy szybciej niż piszemy. Po drugie mówienie jest prostsze,  pisanie wymaga klawiatury (fizycznej lub ekranowej). Po trzecie mowa ma intonację, tempo i natężenie dźwięku.

To dzięki nim rozpoznajemy w ułamku sekundy emocje i intencje komunikacji. Wystarczy parę słów, by stwierdzić, czy ktoś jest zdenerwowany, czy odprężony, nastawiony wrogo, czy przyjaźnie. W przeszłości mogło to ocalić nas od fizycznego starcia i ocalić życie. Nic dziwnego, że nasze mózgi tak sprawnie odgadują stany emocjonalne na podstawie intonacji. Za pomocą mowy lepiej komunikujemy emocje.

Jest też inny powód, dla którego fale dźwiękowe są dobrym środkiem komunikacji. Rozchodzą się daleko i dobiegają także z miejsca, gdzie nie sięga wzrok. Szelest liści czy trzask gałęzi może ocalić od ataku drapieżnika. Gdy go widać, jest już zwykle za późno. Nawet dziś, gdy zbliżamy się do pustego skrzyżowania na rowerze, to fale dźwiękowe najpierw zakomunikują nam, czy zza rogu nie zbliża się samochód.

Na co dzień bardziej cenimy zmysł wzroku. Ale dźwięki są tak ważne, że nasz mózg nasłuchuje także, gdy śpimy. W ubiegłym roku wykazali to naukowcy z Uniwersytetu w Salzburgu, którzy badali aktywność elektryczną mózgów ochotników za pomocą elektroencefalografii (EEG). Okazało się, że dobrze odróżniają głosy znanych osób od całkiem obcych nawet przez sen.

Taka reakcja zdaniem badaczy ma głęboki ewolucyjny sens. Znane dźwięki komunikują bezpieczeństwo, nieznane zaś, że trzeba zwiększyć czujność.