בשנת 1947 המוני בית ישראל ישבו רכונים אל מקלטי הרדיו להאזין להצבעת האומות המאוחדות ולקולותיהם המאנפפים מעט של נציגי המדינות [1]. יותר משבעים שנה לאחר מכן, המוני בית ישראל עומדים זקופים ליד בידוריות ומכונות קריוקי שונות ומנעימים זמירותיהם כאשר הם חוגגים את יום העצמאות של מדינתם. למרות שעברו כמה וכמה עשורים, הטכנולוגיה הבסיסית שבאמצעותה בוקעים קולות אנושיים ממכשירים אלקטרוניים היא זהה.

גם הרדיו הישן של סבתא (סבתא רבתה? בני כמה אתם?) וגם הבידורית שמבדרת או מעצבנת אתכם מכילים רמקול. הרמקול הוא מכשיר נפלא שמאפשר להפוך אותות חשמליים לקולות שאפשר לשמוע באוזן האנושית. כדי להסביר איך זה קורה, נסביר - בקטנה - מהם גלי קול.

כמו גלים בים, שהם שינוי בגובה פני המים, גלי קול הם גלים שנעים בחומר, והם למעשה שינוי מחזורי בצפיפות ובלחץ המקומיים. כאשר מישהי מדברת, מיתרי הקול בגרון שלה רוטטים, ומרעידים בתורם את האוויר בחלל הפה שלה. המולקולות המרכיבות את האוויר נעות קדימה ואחורה ויוצרות תגובת שרשרת בה מולקולות רחוקות יותר ויותר גם הן נעות קדימה ואחורה. התנועה הזו גורמת לכך שיש אזורים בהם המולקולות מתקרבות אלה לאלה, ואזורים בהם הן מתרחקות [2]. דמיינו תאונת שרשרת של מכוניות מתנגשות, שבה המכונית שהתחילה את כל הסיפור כל הזמן נוסעת אחורה וקדימה. השינויים האלה בצפיפות מתורגמים לשינויים בלחץ האוויר, שגורמים לעור התוף באוזנו של שומע לרטוט. המוח שלנו מתרגם את הרטט הזה לקול בסופו של דבר.

אז אם אנחנו רוצים לייצר קול, אנחנו צריכים ליצור משהו שרוטט ומרטיט את האוויר. זה קל מאוד, מכשירי נגינה עושים את זה כבר הרבה מאוד שנים. העור בתוף, המיתרים בגיטרה ובפסנתר, השיניים של קולן ויש עוד דוגמאות. אבל אנחנו רוצים משהו שיודע לקבל אות חשמלי, ולרטוט לפי זה. אנחנו רוצים להמיר חשמל לתנועה. 

אם לא אכפת לנו מכל מיני דברים כמו מיזעור וקרבה לאנטנות, או במילים אחרות, אם אנחנו לא בונים רמקול לטלפון סלולרי, הדרך הכי קלה לעשות את זה היא עם מגנט. המצאת המכשיר הראשון שהמיר אותות חשמליים לקול מיוחסת לאחד, אלכסנדר גרהם בל. ניחשתם נכון. בל ראה שאפשר לתרגם אותות חשמליים למעין אצבע שמתופפת על פלטת מתכת במכשיר הטלגרף. התיפוף הזה נוצר כתוצאה מאלקטרומגנט - התקן שהופך מגנטי כאשר זורם בו זרם חשמלי - שמתמגנט, נמשך לפלטה המתכתית, ומכה בה. אבל קול של בני אדם הוא מורכב הרבה יותר מנקישות של שני עצמים קשים. קול של בני אדם נוצר משני עצמים רכים שרוטטים (מיתרי הקול), וככזה הוא מורכב מהרבה מהירויות שונות של רטט - תדרים שונים שיוצרים אותו [3]. בנוסף, התדרים האלה הם מאוד מסויימים לקולות של אנשים, ואם נוריד חלק מהם האנשים ישמעו לנו מוזר - רובוטיים, או עמומים או איזו מוזרות אחרת.

מה שהכי היינו רוצים הוא משהו שמחקה את מיתרי הקול שלנו - ממברנה רוטטת. וזה בדיוק מה שעשה בל [4]. אם אי פעם פירקתן רמקול ישן (ישן! הדברים האלה יקרים), ראיתן שיש מגנט גדול וחזק מאחורה, ומעין משפך שעשוי מחומר רך [5]. המשפך הזה הוא הממברנה שנעה, כמו העור בתוף. מה שיותר קשה לראות, זה שהממברנה מחוברת במרכזה למגנט נוסף, שנכנה אותו "קטן". אם המגנט הקטן היה גם הוא מגנט קבוע, שני המגנטים היו מושכים זה את זה באותה העוצמה כל הזמן, ושום דבר לא היה זז. המגנט הקטן הוא אותו אלקטרומגנט מהטלגרף, והוא משנה את המגנטיות שלו לפי הזרם החשמלי שזורם דרכו. האותות החשמליים שזורמים בו גורמים לממברנה להימשך או להידחות מהמגנט הקבוע. באמצעות משחק עם המשיכה והדחיה, אפשר לגרום לממברנה לרטוט במהירויות שונות ובאופנים שונים, וכך לייצר את הקול. ככל שהממברנה גדולה יותר, היא יכולה להזיז יותר אוויר ולייצר קולות חזקים יותר.

איך עושים את הכיוון ההפוך? איך הופכים קולות לחשמל? למכשיר שהופך קולות לחשמל אנחנו קוראים "מיקרופון", אבל הוא עובד בדיוק על פי אותו העיקרון. הצורה השונה של מיקרופון נובעת ברובה מהעובדה שכשאנחנו יוצרים קול עם רמקול, אנחנו רוצים שהקול יגיע לכל המרחב, בעוד שכשאנחנו מקליטים קול, אותו הקול מגיע ממקום מאוד מסויים במרחב - הפה של מי שאנחנו מקליטים. כמובן שיש גם מיקרופונים לא-כיווניים, אבל נתמקד כאן במיקרופונים שמקליטים אנשים. גם במיקרופון ישנו רכיב שרוטט - הפעם בהשפעת גלי הקול שיצאו מהפה שלנו. הפעם, במקום שמשיכה מגנטית תתורגם לרטט, הרטט גורם למגנט לנוע ביחס לאלקטרומגנט וליצור חשמל. את הטענה הזו - שמיקרופון ורמקול בנויים אותו הדבר - קל מאוד לבדוק. קחו זוג אוזניות ישנות (כאלה שיושבות על האוזן יעבדו יותר טוב), וחברו אותן במקום מיקרופון למחשב שלכם. עכשיו, הקליטו את עצמכם מדברים אל האוזניות. האיכות לא תהיה מדהימה, אבל זה לחלוטין עובד.

עכשיו רק נשאר לשכנע את השכנים לצעוק אל הבידורית ולשמוע את עצמם דרך המיקרופון במקום ההיפך. שיהיה לכולם חג שמח ושקט.

מקורות:

[1] - ההצבעה באומות המאוחדות

[2] - הסבר (באנגלית) על גלי קול, ואנימציות הממחישות את אופי התנועה

[3] - על תדרים בקולות אנושיים ועל פרדי מרקורי

[4] - וידאו שמסביר גם את אופן פעולתו של מכשיר הטלגרף, וגם את ההתקדמות לטלפון של בל

[5] על רמקולים ישנים