Вадим Охотников - В мире застывших звуков

Как разнообразен и как красочен мир звуков, окружающий нас! Человеческая речь, раскаты грома, шум морского прибоя, шелест листвы, крики животных и пение птиц… Не перечислить всех звуков, слышимых нами.

Ещё в очень глубокой древности люди научились рисовать различные предметы. Рисунки, нацарапанные или высеченные на камне, были найдены в пещерах первобытных людей. Через тысячелетия дошли до нас изображения уже исчезнувших предметов и прошедших событий. Мы можем видеть изображения давно умерших людей, картины давно прошедших битв.

Как же обстоит дело со звуком? Можем ли мы услышать голос минувшего, былые песни или шум исторических битв?

Каждый знает, что нет. Люди не умели запечатлевать звук. Его нельзя было высечь на камне. Родившись, звук пропадал, как бы растворяясь в пространстве. Застывшие звуки существовали лишь в сказке.

Но вот случилось то, что раньше казалось совсем невозможным. Люди научились «записывать» звук и воспроизводить его затем снова в любое время.

Каким образом научились записывать звук, какие для этого пришлось придумать машины, как совершенствовались эти машины со временем, какую роль играет искусство записи и повторения звука в современной жизни — обо всём этом и рассказывается в нашей книге.

Это произошло в 1878 году.

В зале заседания учёных стояла напряжённая тишина. Почтенные, седовласые люди внимательно прислушивались к звукам, которые шли из небольшого прибора, стоявшего на столе. Прибор говорил человеческим голосом! Он повторял только что произнесённые слова.

Учёные пробовали сами вращать металлическую ручку прибора. И неизменно при этом из маленького рупора слышался приглушённый, немного дребезжащий голос.

Новый, только что изобретённый прибор назывался фонографом.

Необыкновенно просто было устройство первого фонографа. Он изображён на рисунке 1.

Рис. 1. Первый фонограф.

Металлический валик вращается с помощью рукоятки. В валик упирается стальная игла. Она чертит на поверхности валика неглубокую борозду. Игла укреплена на круглой металлической пластинке — мембране. Мембрана закрывает собой конец небольшого металлического рупора.

Но как работает фонограф? Где записывается человеческий голос? Как воспроизводится этот голос снова?

Посмотрите внимательно на валик. Он аккуратно покрыт тонким оловянным листом. Блестящая поверхность листа уже не гладкая, как раньше, перед началом записи звуков. Стальная игла вычертила на ней бороздку (рис. 2).

Рис. 2. Так выглядит звуковая бороздка на оловянном листе фонографа.

Весь лист покрыт этой тонкой винтообразной линией.

Рассмотрим бороздку под увеличительным стеклом. Под ним глубокая линия видна значительно яснее. Теперь видно, что игла не царапала поверхность металла, а вдавливала её. Стенки образовавшейся канавки блестящи и гладки. Но — странное дело — глубина этой канавки не везде одинакова. Она — то глубже, то мельче. В канавке образовался ряд бугорков и впадин. Если присмотреться внимательно, стараясь глядеть вдоль канавки, то какой-то удивительно знакомый пейзаж покажется нам. Что это такое? Не крохотные ли волны расположились на дне этого маленького металлического оврага?

Кто наблюдал волнение на море или озере, тот легко согласится, что это, действительно, волны. Вот виднеются крупные гребни волн; на них набегают мелкие. Еле заметная рябь кое-где покрывает канавку.

Словно застывшими волнами выглядит звук, выдавленный металлической иглой на дне оловянной канавки.

Почему это так?

Чтобы лучше понять это, разберёмся, как образовались такие волны. Проследим за работой всего прибора.

Вот равномерно вращается валик. Человек говорит несколько фраз в рупор. Игла углубилась в олово и выдавила канавку. Эта канавка, казалось бы, должна быть всюду одинаковой глубины. Однако это не так.

Чем можно объяснить, что канавка получается не одинаковой, волнистой?

Ясно, что игла, выдавливающая борозду, не неподвижна, а меняет своё положение, углубляясь в поверхность олова то больше, то меньше. Но ведь игла укреплена на круглой металлической пластинке — на мембране. Значит, колебание иглы может происходить только в том случае, когда колеблется сама мембрана. А колебаться мембрану заставляют звучащие перед рупором слова.

Но почему колебания мембраны фонографа получаются волнообразными? Разве звук похож на волны?

Оказывается, да. Звук — это воздушные волны. Сейчас вы поймёте это.

Вспомним волны на море.

Одна за другой набегают зеленоватые волны на берег. Кажется, будто к берегу беспрерывно движется масса воды. Но так ли это? Ведь тогда вода должна была бы вскоре залить весь берег.

Бросим в волнующееся море несколько щепок и посмотрим, куда они поплывут. Мы увидим, что щепки то опускаются, то поднимаются на волнах, но остаются почти на одном месте. Значит, вода не переносится вместе с волнами к берегу, как это кажется на первый взгляд, а остаётся на месте. Каждая частица воды лишь двигается всё время вверх и вниз. Такое колебание частичек воды и есть водяные волны.

Волны на воде легко получить. Опустите, например, в воду палку одним концом и начните качать её. На поверхности воды появятся волны, которые побегут от палки во все стороны.

Волны существуют не только на воде. Есть они и в воздухе. Только мы не можем их видеть, как видим волны на поверхности воды.

Возьмите гитару и резко дёрните у неё басовую струну. Если затем внимательно присмотреться к этой струне, то нетрудно заметить, что она дрожит — колеблется. Колебание струны передаётся воздуху, и в воздухе возникают невидимые воздушные волны — так же, как от колеблющейся в воде палки образуются водяные волны. Невидимые воздушные волны и есть звук.

Звуковые воздушные волны распространяются в воздухе со скоростью приблизительно 340 метров в секунду. Встречая на своём пути какую-либо твёрдую преграду, они заставляют её колебаться так же, как водяные волны заставляют качаться, например, доску, опущенную одним концом в воду.

Вот почему колебания мембраны фонографа (а значит, и иглы) волнообразны.

Записанный таким образом на валик фонографа звук нетрудно воспроизвести вновь. Для этого металлическую иглу устанавливают в начале оловянной канавки (на которой уже лежит «отпечаток» звука) и вращают валик. Игла следует по канавке и в точности повторяет все те движения иглы, благодаря которым образовалась волнистость канавки. Колебания иглы передаются мембране фонографа, на которой она укреплена. Мембрана приходит в движение и, как поршень, начинает качать воздух, заключённый в рупоре. В рупоре снова образуются воздушные волны. Они расходятся в воздухе и, попадая в наше ухо, заставляют колебаться так называемую барабанную перепонку. Наш организм воспринимает это колебание как звук.

Наблюдая волнение на море, мы видим, что волны бывают разной высоты и расстояние между гребнями волн также неодинаково. Если качать в воде палкой часто, то на поверхности воды появятся мелкие волны. Расстояние от гребня до гребня у таких волн мало (это расстояние называется длиной волны). Если же палку качать медленно, то по воде побегут длинные волны с большим расстоянием от гребня до гребня.

Если вы понаблюдаете, стоя на одном месте, как часто проходят одна за другой водяные волны, то легко увидите, что чем длиннее волны, тем меньшее число волн пройдёт около вас за одну секунду.

Так же различны и волны в воздухе. Струна, совершающая малое число колебаний в секунду, вызывает в воздухе волны большей длины, чем струна, совершающая частые колебания. От частоты колебаний зависит высота звука: чем больше число колебаний в секунду, тем выше — «тоньше» — звук.

Не все волны, существующие в воздухе, наше ухо воспринимает как звук. Струна, совершающая 30 колебаний в секунду, вызывает в воздухе волны длиной около 11 метров. Это «нижний» предел колебаний воздуха, который человеческое ухо улавливает как звук. Меньшее число колебаний воздуха ухо, как правило, уже не слышит. Существует также верхний предел звуковых колебаний.

Самое большое число колебаний в секунду, которое человеческое ухо воспринимает как звук, не одинаково для различных людей. Некоторые хорошо слышат звук, состоящий из 16 тысяч колебаний в секунду, что соответствует волнам длиной около 21 мм. Но у большинства людей пределом является примерно 10–12 тысяч колебаний в секунду.