Fala. Dla jednych jest to szum morza, innym przywodzi na myśl fale demonstracji z dawnych lat, dla kibiców to meksykańska fala na stadionach… Mamy też fale świetlne i radiowe. Co je łączy? Są tym samym, jeśli chodzi o istotę zjawiska; cyklicznymi zmianami w wybranym środowisku. Nie ma znaczenia czy drga struna gitary, czy wzrasta i opada fala protestów, czy faluje ocean. Coś się zaczyna, narasta i gaśnie. Przeważnie dzieje się to cyklicznie, ale bywają fale pojedyncze.
Jeśli tak do tego podejdziemy, łatwiej będzie nam zrozumieć wiele rzeczy.
Fala ma swój kształt, można ją modulować, ma swój okres, częstotliwość. Każda fala to ma niezależnie od tego jaki jest jej charakter. Ma też swoją długość i to nas dziś najbardziej interesuje.
Ułóżcie gruby sznurek w prostą linię na podłodze. Teraz jednym z końców wykonajcie energiczne ruchy prostopadle do linii po powierzchni posadzki. Sprawdźcie dotykiem co się stało. Zauważycie, że zmieniło się ułożenie sznurka; powstała sinusoida. Narysowaliśmy falę najpopularniejszą z całej grupy fal fizycznych. Powtórzcie operację. Zauważyliście, że ułożenie sznurka się zmienia tak, jakby fala wędrowała po nim? Tak właśnie się dzieje. To nie sznurek z falą się przemieszcza, ale sama fala.
Tak samo dzieje się przy falach sejsmicznych lub morskich. To nie cząstki wody pędzą na przód, ale samo zjawisko fal. Cząstki poruszają się w górę i w dół niemal nie zmieniając swojego położenia w poziomie.
Zaraz, zaraz – zapyta ktoś – przecież stojąc na brzegu możemy być uderzeni przez falę wody! Owszem, ale to dlatego, że podnoszące się dno morza wymusza ruch cieczy w poziomie. Gdzieś ta energia musi się podziać prawda? Skoro cząstki nie mogą opadać, bo dno im nie pozwala, to poruszają się do przodu. Zapamiętajcie to.
Teraz kolejna cecha fal. Zauważyliście, że dźwięk nadjeżdżającego samochodu się zmienia? Macie wrażenie, że staje się wyższy, a kiedy pojazd was minie to opada. Złudzenie? Niekoniecznie. Sam dźwięk silnika oczywiście pozostaje bez zmian, ale ruch pojazdu “ściska falę” kiedy odległość maleje i “rozciąga” kiedy samochód się oddala. Zmienia się częstotliwość fali docierającej do Was i dlatego słyszymy tak, a nie inaczej.
Identyczne zjawisko występuje w przypadku fal świetlnych. Szybko oddalające się obiekty stają się pozornie bardziej czerwone, a zbliżające się bardziej niebieskie. Oczywiście fale radiowe podlegają temu samemu prawu.
Inne z interesujących nas zjawisk to reakcja fal na przeszkody. Fale mogą się od nich odbijać co wykorzystywane jest przez stosujące echolokację zwierzęta czy nasze radary. Tak, bo to także uniwersalna cecha fal, więc nie ma znaczenia czy to fala dźwiękowa czy radiowa. Inna jest tylko wielkość przeszkód.
Fale mogą też być pochłaniane przez środowisko na jakie napotykają. Dlatego we mgle głos wydaje się przytłumiony, pewne długości światła nie docierają do powierzchni Ziemi, a w głębinach oceanów jest ciemno.
Fale tego samego rodzaju np. dźwiękowe mogą się na siebie nakładać, wytłumiać i tak dalej.
Skupmy się teraz na długości fali. Im krótsza tym więcej może nam przekazać. Dlatego nietoperze używają ultradźwięków. Mają one mniejszy zasięg niż dźwięki o niskim brzmieniu. Te ostatnie są używane przez słonie i potrafią one usłyszeć przekaz z odległości nawet kilkunastu kilometrów. Nie bardzo wiedzą z jakiego kierunku nadbiegła fala, ale informacja dociera.
To jest jeden z powodów, dla którego w zestawach kina domowego mamy wiele wysokotonowych głośników, ale jeden lub dwa Nisko tonowe; im niższy dźwięk tym trudniej określić kierunek z jakiego nadbiega.
No, a co z falami radiowymi? Tak samo. Słuchaliście kiedyś audycji nadawanych na falach długich, średnich i tak dalej? Zastanawialiście się czemu na długich słychać mniej wyraźny dźwięk niż na ultrakrótkich? Właśnie dlatego, że krótkie fale przenoszą więcej informacji w czasie niż długie. Mają za to mniejszy zasięg więc do pokrycia kraju długimi wystarczy jeden nadajnik, dla ultrakrótkich musi ich być wiele.
A co z falami świetlnymi? Tak samo. Płyta DVD jest zapisywana i odczytywana przy pomocy czerwonego promienia, najnowszy standard niebieskiego. W rezultacie ten nowy ma wielokrotnie większą pojemność, bo fale niebieskie są znacznie krótsze. Pozwala to na zapisanie większej ilości informacji na tej samej powierzchni.
Wróćmy jednak do fal radiowych. Ponieważ przesyłanie obrazu to wysyłanie znacznie większej liczby informacji niż w przypadku przesyłania dźwięku, jasne więc było od początku, że to fale ultrakrótkie będą do tego najlepsze. Oczywiście był to inny zakres niż w przypadku fal do transmisji audycji radiowych.
Bardzo długo stosowano przesył analogowy. Sygnał był niejako bezpośrednio przekazywany do nadajników. Dawało to wierny przekaz, ale nie pozwalało na nadawanie wielu programów na wyznaczonym zakresie fal. Zbyt gęsta “siatka” sygnałów powodowałaby wzajemne zakłócanie się stacji TV.
Telewizja kolorowa to jeszcze więcej informacji, więc tym bardziej trzeba było dokładnie planować, na jakich zakresach fal ma być nadawany dany program w wybranym obszarze.
Sytuacja znacznie się poprawiła, kiedy wymyślono cyfrowe standardy nadawania. Dlaczego? Bo taki zakodowany sygnał jest odporny na zakłócenia. Nie ma więc sytuacji, że coś nam będzie piszczało i syczało w głośnikach. mamy odbiór albo nie. Dodatkowo taka odporność pozwala na przesyłanie kilku sygnałów blisko siebie; bliżej niż kiedy wysyłamy sygnały analogowe.
Sprawiło to, że nagle oferta programów TV znacznie się zwiększyła, można było nadawać obraz w wysokiej rozdzielczości i dodatkowe ścieżki audio.
Po co komu dodatkowe ścieżki? Ano po to, by mieć możliwość oglądania filmu z oryginalną ścieżką dźwiękową albo – i to dla nas ma znaczenie – dodatkową ścieżką z audiodeskrypcją.
Teraz zagadka: Z jakimi właściwościami fal ma związek ten rozwój możliwości? Brawo, z kilkoma. Po pierwsze fale dają się modyfikować. Można więc sterować kształtem fali podłączając do nadajnika źródło sygnału np. cyfrowego. Nadawana fala będzie już inna, będzie niosła te informacje, które ją modyfikują.
Kolejna cecha fali, która umożliwiła taki rozwój to jej długość. Ponieważ używamy bardzo krótkich fal, możemy przesyłać więcej informacji.
Ci z Was którzy korzystają z odbiorników satelitarnych mają jeszcze więcej programów. Ci którzy mają najnowsze odbiorniki TV i korzystają np. z światłowodowych łączy będą mieli jeszcze lepiej. Najnowsze standardy kodowania przewidują nadawanie w czasie rzeczywistym ujęć z wielu kamer, wielu ścieżek audio w jakości dźwięku przestrzennego. Można będzie więc np. obejrzeć skok skoczka narciarskiego z boku, z pozycji stojącego na dole skoczni człowieka i tak dalej, albo wybrać sobie w jakim miejscu wirtualnej sali koncertowej siedzimy i słuchać koncertu z tej perspektywy. Wszystko dlatego, że światło to też fala i to niesamowicie krótka, że sygnał biegnie wewnątrz specjalnego przewodu, więc jest odporny na zakłócenia z zewnątrz i że fale mają swoje właściwości – takie same bez względu na to, jaki jest ich charakter.
W jednym z następnych artykułów opowiem o tym jak to jest w przypadku fal dźwiękowych. Zobaczymy jak te same, podstawowe właściwości fal tyle, że fal mechanicznych wykorzystują zwierzęta, a także my, ludzie. Spróbujemy ustalić czemu ptaki chętnie śpiewają rano i wieczorem, czemu we mgle głos staje się przytłumiony i jak to jest z tą echolokacją u nietoperzy.
Kamila Świtaj
