Was ist Kommunikation
Erfindung der Sprache
Elemente der Akustik
Schall als Träger von Informationen
Telekommunikation
Erfindung der Schrift
Verschlüsselung
Kommunikation durch Welle

Was ist Kommunikation

Kommunikation ist der Austausch oder die Übertragung von Informationen.
Informationen sind hierbei vor allem Wissen jeglicher Art und Form. Kommunikation stammt vom Lateinischen „Communicare“.
Befragt man das Wörterbuch so bedeutet das:

• Teilen
• Teilnehmen lassen
• (etwas) gemeinsam machen
• vereinigen

Es ist auch eng verwandt mit dem Wort Commune, welches Gemeinschaft heißt. Es geht also um Verbindungen, um Austausch und Gemeinschaft.
Dies trifft den Kern der Kommunikation. Erst die Kommunikation erlaubt es, dass wir ein soziales Wesen sind.

Informationen können chemisch, optisch oder akustisch übertragen werden. Am erfolgreichsten während der Evolution war jedoch der akustische Austausch von Informationen. Somit ist die Entwicklung der Kommunikation eng verbunden mit der Entwicklung der Sprache. Sprache ist ein Prozess, mit dem das Wissen in eine Abfolge von Lauten umgesetzt wird die gehört und verstanden werden kann. Für das Verständnis der Geschichte der Kommunikation ist es wichtig diesen Prozess der Kodierung und Dekodierung von Information zu verstehen. 
Nach der Sprache war der nächste große Schritt in der Kommunikation die Entwicklung der Schrift. Dies geschah vor etwa sechstausend Jahren. Durch die Schrift konnte Wissen nicht nur gespeichert, sondern auch über weite Strecken übertragen werden.
Sprache und Schrift bestimmten die Art zu kommunizieren bis ins 19. Jahrhundert als die Entdeckung und Nutzung der Elektrizität ein neues Zeitalter der Kommunikation einleiteten.

Die Erfindung der Sprache

Die vielleicht erfolgreichste Idee der Evolution ist die Kommunikation. Schon sehr bald in der Evolution stellte sich heraus, dass das Zusammenarbeiten einzelner Wesen von Vorteil ist. Ein Wesen übermittelt einem anderen Wesen (der gleichen Spezies oder einem Gegner) sein Wissen (oder sein Bedürfnis).

• Achtung Gefahr!
• Hier gibt es Nahrung!
• Ich will mich paaren!
• Komm nicht näher, ich bin stärker als du!

Die Hauptmittel zur Übertragung von Information sind hierbei

• Chemie, also der Austausch von Duftstoffen
• Optik, Gesten und Gebärden
• Schall, Erzeugung von Geräuschen

Beispiele von chemischer Kommunikation sind z.B. Hunde, die ihr Revier mit ihrem Urin markieren. Andere Tiere z.B. das Stinktier, signalisieren Angreifern durch Duftstoffe, dass sie nicht „genießbar“ sind. Chemische Kommunikation überträgt jedoch nur einfache meist warnende Informationen.

Die optische Kommunikation ist in der Tierwelt weit verbreitet. Vor allen wenn es um Paarung geht wird die Optik eingesetzt um etwa ein Weibchen anzuziehen. Aber auch Warnungen können sehr gut optisch durch Drohgebärden übermittelt werden. Allerdings hat die optische Kommunikation den Nachteil, dass sie nur funktioniert, wenn man „sehen“ kann. D.h. wenn sich die kommunizierenden Partner sehen können. Und natürlich muss es Licht geben.

Die Kommunikation durch Schall funktioniert praktisch immer. Auch im Dunkeln und auch um die Ecke funktioniert der Schall. Somit hat sich vor allen diese Art der Kommunikation in der Evolution sehr weit entwickelt.

Elemente der Akustik

Schall

Der Schall ist möglich, weil feste Körper, Flüssigkeiten und vor allem Gase (wie die Luft) elastisch sind, d.h. man kann sie komprimieren und sie dehnen sich nach der Komprimierung wieder aus. Schnelle Komprimierungsvorgänge an einer Stelle pflanzen sich fort und es entstehen Wellen. Am ansehnlichsten ist dies, wenn man einen Stein ins Wasser wirft. Das Wasser wird dort, wo der Stein einfällt, abgesenkt. Dieses Absenken setzt sich kreisförmig nach Außen fort. Dort wo der Stein eingefallen ist wird das Wasser nun wieder ansteigen und auch dieses Ansteigen setzt sich wieder nach außen fort. Es entsteht eine Welle. Auf ähnliche Art und Weise entstehen auch Schallwellen. Es gibt eine mechanische Anregung der Luft und diese Anregung setzt sich als Schallwelle fort. 

Es gibt drei wesentliche Arten von Schallereignissen

• Knall
• Rauschen
• Schwingungen

Knall

Ein Knall ist ein kurzes Ereignis. Man erzeugt ihn z.B. durch einen mechanischen Schlag. Wenn wir etwa zwei glatte Bretter aufeinanderschlagen, entweicht explosionsartig die Luft zwischen den Brettern. Dadurch komprimiert sich die Luft an den Rändern in extrem kurzer Zeit und erzeugt eine Schallwelle, die sehr laut ist, aber auch sehr schnell wieder verschwindet. Wir denken zunächst an extreme Knallereignisse wie der Donner oder Schüsse. 

Man kann selbst einfache Knallgeräusche erzeugen indem man im Mund oder im Mundraum einen Verschluss erzeugt, die Luft anstaut und dann den Verschluss schlagartig öffnet. So entstehen die sogenannten „Plosive“ Laute: k, t und p.

Rauschen

Rauschen ist ein Signal, das überall in der Natur vorkommt. Man könnte es als eine Überlagerung von tausenden kleinen Knallgeräuschen sehen. Wenn ein Regentropfen auf die Erde fällt, gibt es einen kleinen schwachen Knall, einen Klick. Wenn nun tausende und abertausende Tropfen gleichzeitig fallen, kann man die einzelnen Klicks nicht mehr unterscheiden und wir hören ein Rauschen. 

Ähnlich ist es auch wenn ein Fluss oder Bach rauscht. Das Wasser wird in an tausenden Hindernissen komprimiert und erzeugt kleine knallartige Geräusche die schließlich ein Rauschen erzeugen. Das Gleiche gilt auch für einen Luftzug, der auf ein Hindernis trifft. Der kommt es zu kleinen Verwirbelungen welche einzeln kurzen knallartigen Signale erzeugen.

Auch wir sind in der Lage ein Rauschen zu erzeugen in dem wir unsere Atemluft durch Engstellen in unserem Rachenraum, durch die Zähne oder die Lippen pressen. Es entstehen dadurch die sogenannte „Frikative“ die wir als „ch“, „sch“, „f“ oder „s“ Laute wahrnehmen.

Schwingungen

Die schönste Art des Schalls wird jedoch durch Schwingungen erzeugt. Am besten sieht man dies an den Schwingungen einer Seite. Wird sie gezupft oder besser noch wie bei der Geige gestrichen, schwingt sie hin und her. Je nach Spannung und Länge tut sie das in einer sogenannten Frequenz. Die Frequenz gibt an wie oft pro Zeiteinheit sich eine Seite hin und herbewegt. Eine mechanische Schwingung erzeugt andauernde Schallwellen mit einer bestimmten Frequenz. Dies empfinden wir als einen Ton. 

Wir sind in der Lage Töne erzeugen, indem wir unsere Stimmlippen im Kehlkopf zum Schwingen bringen. Dies sind dann die klingenden Vokale. Besonders prägnant sind die durch die Stimmlippen erzeugten Klänge natürlich im Gesang.

Schall als Träger von Informationen

Wie wir am Anfang bereits erwähnten, ist eine Information Wissen, welches von einem Individuum zu einem anderen Individuum übertragen wird. Außer eines Mediums, welches hierfür benutzt wird (Chemie, Optik, Schall) bedarf es einer Kodierung. Diese Kodierung oder Code kann recht einfach sein. Ein Wort entspricht einem Geräusch, z.B. Fauchen bei einer Katze heißt halte dich fern. Je weiter fortgeschritten eine Spezies ist, desto ausgeklügelter und komplexer werden die Codes und die Kommunikation. Der Mensch hat es hier von allen Spezies am weitesten geschafft.

Wie erwähnt kann der Mensch Klicklaute (Plosive), Rauschen (Frikative) und Töne (Vokale) erzeugen. Es ist möglich, dass im Laufe der Evolution eine Abfolge von Klicken, Rauschen und Tönen entstand, verschiedene Signale die für eine differenzierte Kommunikation nützlich waren. So entstand ein gewisser einfacher Wortschatz der z.B. beim Jagen sehr nützlich sein konnte. Es entwickelten sich verschieden Laute und Lautfolgen für „Gefahr“, „kommt her“, „greift an“ usw.

Der Mensch entwickelte eine einzigartige Fähigkeit. Er lernte die Laute und Töne „modulieren“.  Das geht auf folgende Art und Weise. Die Stimmlippen in der Kehle erzeugen einen Ton. Dies geschieht mit einer bestimmten Frequenz die man als Tonhöhe wahrnimmt. Diese kann man variieren. Man kann hohe Töne erzeugen oder tiefe und man kann dazwischen variieren. Unterschiedliche Tonhöhen können nun verschiedene Bedeutungen haben. So kann ein ansteigender Ton eine andere Bedeutung haben als ein fallender Ton.

Aber es geht noch weiter. Die besondere Art der Schwingungen der Stimmlippen bewirkt, dass nicht nur eine Frequenz erzeugt wird, z.B. 100 Schwingungen pro Sekunde (Hertz) sondern auch die sogenannten „Obertöne“ bei 200, 300, 400, 500 Hertz und so weiter. Vom Ohr wird das alles jedoch als ein Ton mit 100 Hertz wahrgenommen. Diese Töne werden nun nicht direkt als Schall abgegeben, sondern sie wandern erst durch den Rachen- und Mundraum. Dieser wirkt wie eine Röhre deren Durchmesser sich räumlich und zeitlich ändert. Wenn wir die Zunge nach hinten drücken, entsteht am Anfang der „Röhre“ ein kleiner Durchmesser gefolgt von einem größeren Durchmesser in Richtung Lippen.

Durch diese „Klangkörper“ werden bestimmte Obertöne erhöht oder abgesengt. Schwingende Stimmlippen erzeugen nicht mehr nur einen Ton, sondern einen Klang, den wir einen Vokal nennen. Wenn wie oben beschrieben eine Verengung im hinteren Rachenraum auftritt hören wir ein „a“. Wenn wir mit der Zunge eine Verengung am Gaumen erzeugen, wird der Klang zu einen „i“ und wenn die Verengung an den Lippen ist, hören wir ein „o“ oder „u“.

In der Technik bezeichnet man diese Färbungen eines Tones als Modulation. Die Schwingungen der Stimmlippen erzeugen einen (Träger)Ton welcher von dem Mundraum „moduliert“ wird. Aber nicht nur Töne von den Stimmlippen können moduliert werden, auch die Klänge von Plosivlauten und Rauschlauten können gefärbt werden. Je nachdem wo wir einen „Klick“ im Mund erzeugen, hören wir ein „k“ ein „t“ oder ein „p“. Lassen wir dem Klick unmittelbar eine Schwingung folgen hören wir ein „g“ ein „d“ oder ein „b“. Das Rauschen kann ein „sch“, ein „ch“ oder ein „f“ oder ein scharfes „s“ sein, je nachdem wo genau das Rauschen erzeugt wird. Wird das Rauschen gleichzeitig mit Schwingungen erzeugen hören wir ein „w“ oder ein weiches „s“.

Somit hat der Mensch ein ganzes Instrumentarium von Tönen und Klängen die er erzeugen kann. Innerhalb einer Gruppe von Menschen entsteht nun ein Vokabular. Eine definierte Abfolge von Klängen bekommen eine Bedeutung. Einem Gegenstand wird eine Lautfolge zugeordnet. Die Lautfolge ist praktisch der Code des Gegenstandes. Später werden auch Tätigkeiten und Beschaffenheiten durch Lautfolgen (Codes) dargestellt. Am Ende steht die größte Errungenschaft der Menschen: die Sprache. Er ist in der Lage, all sein Wissen und seine Erfahrungen per Sprache, mit einem Code, anderen Menschen mitzuteilen.

Sprache ist also die Codierung von Information bzw. Wissen mithilfe von Lautfolgen. Eine Sache ist hierbei wesentlich. Sender und Empfänger müssen den Code kennen. Um sich verstehen zu können, sie müssen die Sprache verstehen. Sprache ist nicht etwas Universelles, was für jeden Menschen gleich ist. Jede lokale Gruppe von Menschen hat seine eigene Sprache entwickelt und nutzt sie. So ergibt sich eine generelle Regel der Kommunikation. Man kann nur miteinander kommunizieren, wenn man die gleiche Codierung der Informationen kennt. Kennt man die Codes nicht, muss man sie erlernen.

Somit kann die Kommunikation durch Sprache wie folgt dargestellt werden:

• Codierung: Eine Information wird in eine Lautfolge umgewandelt. 
• Modulation: Die Lautfolge wird durch Modulation von Lauten in Schall umgewandelt.          
• Übertragung: Der Schall wird übertragen zum Empfänger                                                     
• Demodulation: Der Empfänger empfängt den Schall und erkennt die Lautfolge                        
• Decodierung: Aus der Lautfolge erhält der Empfänger die Information                      

Die Sprache wurde nicht erfunden, sondern entwickelte sich zusammen mit dem Homo Sapiens. Die Sprache vermittelt Wissen. Wissen erfordert ein Gehirn welche dieses Wissen speichern und anwenden kann. Somit entwickelten sich das Hirn und die Sprache parallel. Durch die Sprache konnte sich eine soziale Gemeinschaft entwickeln, die den Menschen das Überleben sicherte. Ein komplexes Zusammenarbeiten, etwa bei der Jagd, schaffte enorme evolutionäre Vorteile gegenüber anderen Spezies. Durch die Sprache entstanden Glauben und Religion und letztendlich die Kultur.

Telekommunikation

Boten

Die Kommunikation mit Sprache funktioniert nur so weit der Schall es erlaubt. Mit der Entfernung wird der Schall schwächer und schließlich kann man nicht mehr hören was gesprochen wurde. Man kann für Alarmzwecke oder für die Verbreitung einfacher Nachrichten eine laute Schallquelle verwenden. Z.B. eine Glocke. Sie ist so laut, dass sie noch in mehreren Kilometer Entfernung zu hören ist. Über Jahrhunderte und eigentlich bis zum heutigen Tag diente eine solche Glocke, um die Zeit zu kommunizieren oder um z.B. ein ausgebrochenes Feuer anzuzeigen.

Will man jedoch mit einer Person kommunizieren, die nicht in der Nähe ist, braucht man einen Boten. Vor der Erfindung der Schrift wurde die Nachricht einem Boten mitgeteilt und dieser überbrückte die Entfernung zum Empfänger der Botschaft entweder zu Fuß, mit dem Pferd oder gar mit dem Schiff. Bei dieser Art der Kommunikation kommen neue Elemente ins Spiel: Der Sender, der Überbringer oder Träger und der Empfänger.

Dadurch dass man über größere Entfernungen kommunizieren konnte, wurde es möglich eine Kultur über einen Stamm hinaus zu organisieren. Siedlungen konnten zu einem gemeinsamen Land oder Verbund werden und somit stärker und effektiver werden. Vor allem war man besser in der Lage sich von Überfällen zu schützen.

Die Erfindung der Schrift

Einen gewaltigen Schub in der Kommunikation brachte die Schrift. Sehr wahrscheinlich war der Informationsaustausch über große Entfernungen, vor allem zum Zweck des Handels der eigentliche Treiber bei der Erfindung der Schrift, noch vor der Aufzeichnung und Bewahrung von Geschichten. Kommunikation mit der Schrift beinhaltet eine neue Art der Übertragung. Eine Information wird nun nicht in eine Folge von Lauten codiert, sondern in eine Folge von Zeichen, den Buchstaben. Schrift ist nichts anderes als eine neue Art der Codierung. Wissen wird in Form von Zeichen und nicht in Form von Lauten codiert. Die Zeichen können auf Tontäfelchen sein oder später auch auf Papier. Codierung mit hilfe von Zeichen nennt man „Schreiben“. Der Empfänger muss auch diesmal den Code verstehen, d.h. er muss „lesen“ können. Dann kann er die Nachricht empfangen.

Ein Vorteil dieser Art der Kommunikation war, dass sie anonym war. Der Träger der Nachricht brauchte den Inhalt nicht zu kennen und ihn sich nicht zu merken. Die Übertragung war dadurch „Fehlerfrei“. Außerdem konnte ein Träger bei seiner „Übertragung“ mehrere Nachrichten tragen.

Die Telekommunikation verläuft somit ähnlich wie die direkte Sprachkommunikation in den folgenden Schritten:

• Codieren der Nachricht (Sie wird geschrieben)
• Adressieren der Nachricht (den Ort des Empfängers)
• Übertragen der Nachricht (von einem Boten)
• Empfangen der Nachricht
• Decodieren der Nachricht (Sie wird gelesen)

Bei der Übertragung von Nachrichten mit Briefen kommt ein weiters Element hinzu: die Adresse des Empfängers und die Adresse des Senders.

Verschlüsselung

Rasch erkannte man bei der Übertragung mit Sprache ein Problem: Man kann die Nachrichten abgefangen und unbefugten Empfängern können sie lesen, sofern sie diese decodieren konnten. Aus diesem Grunde erfand man ein weiteres Element in der Telekommunikation, die Verschlüsselung.

Eine Verschlüsselung könnte z.B. so aussehen, dass Buchstaben nach bestimmten Regeln vertauscht wurden. Diese Regeln sind ein „Schlüssel“. Man muss gewährleisten, dass nur der oder die legitimen Empfänger diesen Schlüssel kennen. Sie sind dann in der Lage eine Nachricht zu entschlüsseln. Somit wird die Telekommunikation um einen Schritt erweitert.

• Codieren der Nachricht (Schreiben)
• Verschlüsseln der Nachricht (Vertausche der Buchstaben)
• Adressieren der Nachricht (den Ort des Empfängers)
• Übertragen der Nachricht von einem Boten
• Empfangen der Nachricht
• Entschlüsseln der Nachricht (Korrektes Anordnen der Buchstaben)
• Decodieren der Nachricht wird (lesen)

Auf diese Weise funktioniert Kommunikation über Jahrhunderte. Sie war effektiv, aber sie war nicht sehr effizient.

Kommunikation durch eine Welle

An dieser Stelle sollte man vielleicht noch einen weiteren Vergleich zwischen einer Kommunikation durch den Schall (also Sprachkommunikation) und der Kommunikation durch einen Brief erläutern. Ein Brief wird mechanisch vom Sender zum Empfänger „getragen“. Die Nachricht bewegt sich also physikalisch von a nach b. Bei einer Welle ist das fundamental anders.

Betrachten wir doch einmal eine Welle. Dies muss nicht unbedingt eine Schallwelle sein, welche schon etwas komplexer ist. Waren sie schon mal in einem vollen Stadion und haben eine „La Ola“ erlebt? Wenn nicht, haben sie sie bestimmt schon einmal in einem Video gesehen. Sie startet dadurch, dass irgendjemand oder eine kleine Gruppe im Stadionrund beginnt, aufsteht und die Hände hochreißt. Danach setzen sie sich wieder hin. Die Nachbarn sehen das und stehen ebenfalls auf und reißen die Arme hoch. Das wiederum veranlasst die Nachbarn der Nachbarn dasselbe zu tun. So entsteht eine Welle, die durch das Stadionrund zieht und irgendwann wieder die Initiatoren erreicht. Da man immer nur durch die Bewegung der Nachbarn angeregt wird aufzustehen kommt es, dass nicht das gesamte Station aufsteht und sich setzt, sondern dies in Form einer Welle geschieht.

Genauso entsteht auch eine Wasserwelle, wenn man einen Stein ins Wasser wirft. Der Stein verdrängt punktuell Wasser. Es entsteht eine Erhöhung der Wasseroberfläche. Diese will sich ausgleichen und wandert nach außen weg und erhöht dadurch die benachbarte Wasseroberfläche. Bei Schall ist es ähnlich. Hierbei wirken die Kräfte von Überdruck und Unterdruck, dass sich die Gase hin und her bewegen. Bei der La Ola, wie auch beim Schall und Oberflächenwellen sieht man eine Bewegung, die Welle. Was sich aber fortbewegt sind nicht die Menschen, das Wasser oder die Gase. Diese bewegen sich nur auf und nieder oder hin und her. Was sich bewegt ist die Wirkung der Erregung. Durch diese Tatsache kann eine Nachricht sehr schnell bewegt werden, schneller als man sie physikalisch hätte bewegen können (jedenfalls wenn man sich langsamer bewegt als der Schall also weniger als 1000 km pro Stunde).

Eine Welle wie die Schallwelle ist im 18. Jahrhundert von einem Mathematiker namens Jean-Baptiste le Rond d´Alembert mathematisch beschrieben wurden. Die von ihm gefundene Wellengleichung hier zu erklären, würde zu weit führen aber im Wesentlichen beschreibt sie, dass sich der zeitliche Verlauf einer Welle proportional zu dem räumlichen Verlauf einer Welle ist. Wenn wir uns an einen festen Punkt des Wellenverlaufs befinden und sehen, wie sich z.B. die Wasserhöhe der Wasseroberfläche mit der Zeit ändert, so gleicht dies dem Verlauf, den ich bekomme wenn ich die Zeit festhalte und die Wasserhöhe an verschieden Orten des Wellenverlaufs messe. Diese Wellengleichung wird später wichtig, wenn es um „elektromagnetische Wellen“ geht. 

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