Jak to się dzieje, że słychać nas w radiu? "Mikrofon robi coś niezwykłego"

Dźwięk to fala, ale nie taka, jaką zwykle sobie wyobrażamy. W przypadku dźwięku polega ona na przekazywaniu drgań. - Powietrze wokół nas składa się z cząsteczek, które są cały czas w ruchu. Kiedy coś wydaje dźwięk, na przykład klaśnięcie w dłonie, te cząsteczki zostają wprawione w drgania. Jedne uderzają w kolejne, te w następne, i w ten sposób przez powietrze rozchodzi się fala zmian ciśnienia - tłumaczył w audycji "Z nauką po imieniu" Adam Mirek, doktor inżynierii biomedycznej, autor książek popularnonaukowych dla dzieci i młodzieży, twórca internetowy.

Co ważne, dźwięk potrzebuje środowiska, w którym może się rozchodzić. Może to być powietrze, woda, a nawet ciało stałe, jak metal czy drewno. Dlatego czasem szybciej usłyszymy nadjeżdżający pociąg, przykładając ucho do szyny niż stojąc obok torów. Natomiast w próżni, gdzie nie ma cząsteczek, które mogłyby przekazywać drgania, dźwięk po prostu nie istnieje. 

Jak nasze ciała w ogóle są w stanie wydawać dźwięki? Zacznijmy od tego, że powstają w krtani, a dokładniej generują go fałdy głosowe, które często nazywamy strunami głosowymi. - Kiedy mówimy, powietrze wypychane z płuc przechodzi przez krtań i wprawia te fałdy w drgania, co powoduje powstanie fali dźwiękowej. To trochę przypomina działanie instrumentu - wyjaśniał popularyzator nauki.

To, co powstaje w krtani, to jednak dopiero surowy dźwięk. W jamie ustnej, nosowej i gardle, jest on kształtowany. Język, wargi, podniebienie działają jak bardzo precyzyjny system modelowania dźwięku, który zamienia proste drgania w konkretne głoski, słowa i zdania.

"Dźwięk staje się czymś zupełnie innym"

Na tym etapie to wciąż tylko drgania powietrza. I teraz na scenę wkracza technologia. - Mikrofon robi coś naprawdę niezwykłego. Zamienia ruch powietrza w sygnał elektryczny - wskazał Mirek. W jego wnętrzu znajduje się cienka membrana. Kiedy dociera do niej fala dźwiękowa, zaczyna drgać dokładnie w tym samym rytmie, co powietrze. Te drgania są następnie zamieniane na zmiany prądu elektrycznego. Nasz głos przestaje być dźwiękiem i staje się falą radiową, czyli czymś zupełnie innym.

Jak wyjaśniał dalej gospodarz audycji, "ludzie znaleźli sposób, by cechy dźwięku, na przykład mojego głosu, zapisać w zachowaniu fali elektromagnetycznej, tak aby potem można je było odczytać bardzo daleko i to niemal natychmiast". W radiu FM (ang. Frequency Modulation), informacja o dźwięku jest zapisywana w zmianach częstotliwości fali. To właśnie oznacza FM w nazwie TOK FM.

Następnie taki sygnał trafia do nadajnika i potem do anteny, czyli na przykład masztu radiowego, a fala radiowa zaczyna rozchodzić się w przestrzeni we wszystkich kierunkach. Dlatego jedna stacja radiowa może być odbierana w całym mieście, a czasem nawet znacznie dalej.

Ta fala radiowa, niosąca zakodowaną informację o naszym głosie, dociera do Państwa odbiornika. - I tam następuje kolejna przemiana, bo radioodbiornik zamienia ten sygnał z powrotem na prąd elektryczny. A po chwili można przełożyć go na drgania powietrza, czyli z powrotem na dźwięk - opisywał popularyzator nauki.

Żeby znów pojawiły się drgania powietrza, potrzebny jest głośnik. Działa on w pewnym sensie odwrotnie niż mikrofon, zamienia bowiem sygnał elektryczny na ruch. Prąd przepływający przez jego elementy wprawia w drgania membranę, która zaczyna poruszać się do przodu i do tyłu, dokładnie odwzorowując przebieg sygnału. Te ruchy z kolei wprawiają w drgania powietrze wokół głośnika, a więc znowu powstaje fala dźwiękowa.

Co się dzieje w uchu i mózgu

W jaki sposób ten dźwięk dociera do słuchacza? Odpowiedź kryje się w anatomii. - Fala dźwiękowa trafia najpierw do uszu zewnętrznych, czyli małżowin usznych i przewodów słuchowych. Ich zadaniem jest zebranie i skierowanie dźwięku głębiej, w stronę błony bębenkowej. To taka cienka, napięta struktura, która zaczyna drgać pod wpływem zmian ciśnienia w powietrzu - wyjaśniał ekspert.

Jak zaznaczył, "te drgania nie zatrzymują się jednak na tym etapie". - Są przekazywane dalej, do ucha środkowego, gdzie znajdują się trzy najmniejsze kości w naszym ciele: młoteczek, kowadełko i strzemiączko. Tworzą one układ, który nie tylko przenosi drgania, ale też je wzmacnia. To bardzo ważne, bo dźwięki, które docierają do ucha, często są niezwykle słabe - opowiadał.

Następnie drgania trafiają do ucha wewnętrznego, a konkretnie do struktury zwanej ślimakiem, którego wnętrze wypełnione jest płynem i wyłożone rzęskami, czyli maleńkimi "włoskami". Kiedy docierają do nich drgania, płyn zaczyna się poruszać, a te rzęski razem z nim, a to pobudza je do wytwarzania impulsów nerwowych.

- Dźwięk przestaje być falą mechaniczną i staje się impulsem nerwowym. Ten impuls trafia następnie do mózgu za pośrednictwem nerwu słuchowego. Mózg analizuje sygnały, rozpoznaje wzorce, porównuje je z tym, co już zna i nadaje im znaczenie - tłumaczył Adam Mirek.

Program "Z nauką po imieniu" to propozycja skierowana do wszystkich zainteresowanych światem nauki, ale także do tych, którzy dopiero chcą go odkryć. Audycja, w formie autorskiego felietonu, ma na celu popularyzację wiedzy w przystępny i atrakcyjny sposób poprzez wskazywanie zjawisk naukowych w pozornie zwyczajnej codzienności. Emisja zaplanowana jest w każdą środę po serwisie informacyjnym o godz. 10.40 i potrwa do godz. 11.00.

Źródło: TOK FM