...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь

Попов Георгий Леонтьевич

По мнению специалистов, 80–90 % информации человек воспринимает с помощью органов зрения, 10–20 % — органами слуха и только 1–2 %-органами осязания и обоняния. По-видимому, этими особенностями человеческого организма и объясняется тот факт, что основными формами существования всех видов информации в обществе являются: буквенные или цифровые тексты, устная речь и музыка, чертежи, рисунки и фотографии, подвижные изображения, т. е. те, которые связаны со зрительным и слуховым каналами приема информации.

Выше было рассказано, как цифровой или буквенный текст заменяется последовательностью

нулей и единиц и как удается сохранить его в электронной памяти. Более того, в этот же "сухой" набор цифр 0 и 1 можно превратить и доверительную беседу с другом, и эмоциональный репортаж о футбольном матче, и волнующую музыку Бетховена, и поражающее воображение полотно Леонардо да Винчи "Джоконда". Кроме того, эта информация может быть законсервирована на долгие годы в миниатюрной микросхеме. И, что самое поразительное, при воспроизведении информации ничего не будет утрачено, и мы вновь уловим знакомые интонации в речи друга, почувствуем эмоциональное состояние комментатора футбольного матча и ощутим накал спортивной борьбы, получим наслаждение от виртуозного исполнения любимого музыкального произведения, испытаем трепет от соприкосновения с бессмертным творением художника.

Нам остается только распахнуть дверь еще в одну "лабораторию чудес"!

Заколдованный звук

Я взвесил звук.

Измерил и расчислил.

В загадку слова хитростью проник

И умное злодейство я замыслил -

Предать железу свой живой язык.

А. Журавлев

Мерный шум прибоя, протяжный гудок парохода, ласковое щебетанье птиц, оглушающий рев двигателей самолета, чарующие звуки музыки — мир вокруг нас наполнен самыми разнообразными звуками. Но самым удивительным феноменом природы является, пожалуй, звук человеческого голоса. Он может принимать самую неожиданную эмоциональную окраску. Мы ясно различаем, когда человек говорит с мрачными или веселыми интонациями в голосе. Голос бывает вкрадчивый и ехидный, ликующий и уверенный, испуганный и робкий…

Наши знаменитые оперные певцы И. Архипова, В. Атлантов, Е. Образцова способны с помощью звуков голоса выражать самые тончайшие оттенки человеческой души: пылкую страсть, глубокую скорбь, нежную любовь… Мы часто говорим: "чарующие звуки", "серебристый голос", и никто из нас не удивляется этим определениям.

Как же "переложить" живую человеческую речь на язык "бесстрастных" нулей и единиц, сохранив при этом богатое разнообразие красок человеческого голоса, всю гамму человеческих эмоций? А "цифровая" музыка? Сможет ли по-прежнему волновать слушателей "Лунная соната" Бетховена, извлеченная в цифровом виде из миниатюрной микросхемы, хотя и носящей громкое имя Большой Интегральной Схемы? Чтобы разобраться в том, можно ли "предать железу свой живой язык", нам необходимо кратко познакомиться с физикой и физиологией звука.

Проще

начать с колебания струны. Вы тронули струну, она стала вибрировать и своим движением то сжимать, то разряжать окружающий воздух, или, другими словами, то повышать, то понижать его давление. Слои воздуха повышенного и пониженного давления начали разбегаться во все стороны от колеблющегося тела. Образовалась звуковая волна. Нечто похожее мы наблюдаем, когда бросаем камни в воду и смотрим на расходящиеся кругами волны. Гребни этих волн можно сравнить с областью сжатого воздуха, впадины — с областью разреженного воздуха.

Давайте отвлечемся немного от темы и проделаем такой опыт. Подвесим на достаточно длинной и тонкой нити кулечек с песком, предварительно проделав в нем отверстие. Вы узнали, наверное, в этом самодельном сооружении обычный маятник. Выведем его из состояния равновесия, толкнув в сторону, и остановим, когда он совершит одно колебание. Сначала маятник максимально отклонится в одну сторону, затем пройдет через точку покоя и на такую же величину отклонится в другую сторону и, наконец, вернется в точку покоя. Струя песка, высыпающегося из кулечка, прочертит прямую линию, указав размах колебания. Если во время колебания маятника равномерно протягивать под ним лист бумаги, то получим на бумаге кривую, которая называется (вспомним школьный курс тригонометрии) синусоидой.

Предположим, что колебание маятника длилось одну секунду. Тогда, предоставив маятнику возможность свободно колебаться после первого толчка, мы бы сказали, что он колеблется с частотой 1 герц. Если за одну секунду маятник совершит два колебания, то говорят, что он колеблется с частотой 2 герца и т. д. Единица частоты колебания получила свое название в честь великого немецкого ученого Генриха Герца (1857–1894) и обозначается сокращенно Гц.

Вернемся к колеблющейся струне, излучающей звуковую волну. Попробуем поставить на пути звуковой волны пластину и непрерывно измерять давление, оказываемое на нее волной. При приближении к пластине области сжатого воздуха давление на нее увеличивается по сравнению с атмосферным. Но вот степень сжатия воздуха постепенно уменьшается — это к пластине подходит область разреженного воздуха. Давление на пластину становится меньше атмосферного. Построив график изменения со временем звукового давления на пластину, с удивлением обнаруживаем, что он повторяет график колебания маятника, т. е. на бумаге будет вычерчена та же синусоида.

Правда, струна колеблется намного быстрее: в секунду она совершит не одно-два, а десятки и сотни колебаний. Например, самая толстая (басовая) струна рояля, "обладающая" самым низким звуком, колеблется при ударе на клавишу с частотой 27 Гц. Струны гитары издают более высокие звуки, они совершают колебания с частотами от 144 Гц (самая толстая струна) до 576 Гц (самая тонкая струна). Наиболее высокую частоту колебаний звука в оркестре (9000 Гц) имеет флейта-пикколо.