Журнал «Вокруг Света» №05 за 2006 год
Шрифт:
Другой путь
В работах, из которых «вырастут» протезы будущего, есть и другие направления, отличные от биомехатроники. В науке, как и в высоких технологиях, не всегда просто провести границу между областями исследования. Однако в отношении «протезирования» их можно достаточно условно разделить на биопротезы и исследования регенерации тканей. Первое изучает возможность «выращивания» протезов из естественных тканей или клонированных человеческих, или же других высших млекопитающих. Здесь до реальных успехов пока далеко: скажем, знаменитые кемеровские биопротезы сосудов и сердечных клапанов, заслуженно получающие высокие оценки профессионалов, изготавливаются только из сердечных клапанов свежезабитой свиньи. Вряд ли это можно считать перспективным подходом. Что касается регенерации тканей, то тут вообще пока можно говорить о теоретических результатах, ученые лишь подступили к пониманию того, как происходит регенерация
Егор Быковский
Правильная цифра
Музыка, которую мы слушаем дома, в метро, машине или на лекциях, записана на разнообразные носители и проигрывается, соответственно, с самым разным качеством. Между тем человеческое ухо способно чрезвычайно тонко различать малейшие нюансы качества записи. Так что звук, который нас сопровождает теперь повсюду, иногда в буквальном смысле слова отравляет нам жизнь.
До 1982 года, когда на заводе в Лангенхагене, под Ганновером, началось массовое производство компакт-дисков (CD), мир потреблял «музыкальные консервы» только с аналоговых носителей: виниловых грампластинок и магнитных лент. Хорошие виниловые пластинки, проигрываемые на хорошей аппаратуре, давали превосходное качество звука, однако, увы, с каждым прослушиванием немного портились как от механического износа при движении иглы по звуковой бороздке, так и от всепроникающей пыли. То есть «винил», как бы это странно ни звучало, был… одноразовым. Конечно, производители аппаратуры пытались бороться с такими недостатками: создавали бесконтактные считыватели информации с бороздок, помещали пластинки в жидкую среду и так далее, но все эти агрегаты являлись очень дорогостоящими и редкими. Приемлемого решения для массовых изделий так и не нашли. Что касается магнитофонов, то им для безупречного воспроизведения требовались прецизионные считывающие головки и относительно большая скорость протяжки ленты. Кроме того, со временем лента размагничивалась, магнитный слой осыпался. Но главный недостаток магнитной записи, как, впрочем, и любого аналогового тиражирования, — неизбежные потери качества при копировании.
В 1979 году, за три года до начала массового производства компакт-дисков, компании Sony и Philips предложили стандарт Red Book («Красная Книга») на цифровую запись звука. Аналоговый звук по новому стандарту оцифровывается и записывается в виде спиральной дорожки из чередующихся нулей и единиц (микронных лунок-питов и гладкой поверхности) на 12-сантиметровый, чуть толще миллиметра, диск из поликарбоната, покрытый поначалу тончайшим слоем золота, позже — алюминия. Лазер проигрывающего устройства освещает такой диск и детектирует двоичные «нули» и «единички», которые после соответствующей обработки превращаются обратно в звук. Понятно, что если в случае аналоговой записи и воспроизведения ошибиться на малую долю вольта довольно просто, то в случае цифровой — перепутать нуль с единицей, при должном отношении сигнал—шум, практически невозможно. Более того, возможные проблемы, связанные с ошибками при считывании и царапинами на поверхности диска, в большинстве случаев компенсировались специально разработанным цифровым методом коррекции ошибок. В результате уменьшились не только физические размеры диска-носителя по сравнению с виниловой пластинкой, но и заметно увеличилась музыкальная емкость: до 74 (позже — 80) минут. Интересно, что цифра 74 возникла из-за музыкальных предпочтений тогдашнего владельца фирмы Sony: он пожелал, чтобы на один диск уместилась целиком его любимая Девятая симфония Бетховена.
Едва компакт-диски стали завоевывать мир, разгорелись долго не стихавшие споры-войны между консервативными любителями «винила» и «CD-прогрессистами». Первые обвиняли цифровые записи в «пластмассовости» и «деревянности» звука, наличии специфических шумов и цифровых искажений. Однако число преимуществ цифровых музыкальных дисков, понятных массовому потребителю, оказалось так велико, что их победа была неминуема, но и в словах консерваторов было немало правды. И если так называемый «джиттер» (паразитные искажения формы сигнала) успешно преодолевался по мере совершенствования аппаратуры, с «деревянностью» никто ничего поделать не мог. Она даже стала эдаким общим местом в разговорах интеллектуалов, что весьма едко высмеял Вуди Аллен в реплике героя фильма «Всякое бывает»: «Но компакт-диск слушать нельзя: он же стерилизует звук!»
Чтобы понять причину этой «стерилизации», надо коснуться собственно принципа оцифровки звука: мгновенного
Однако в этих грубых выкладках не учитываются некоторые тонкости. Например, что оцифровываемый сигнал не должен иметь внутри себя составляющих с частотой выше половины частоты сэмплирования (в конкретном случае с CD — выше 22,05 кГц), а таких составляющих в музыке сколько угодно, и их не так просто полностью удалить перед оцифровкой. При этом они попадают в фонограмму в качестве специфического вполне слышимого шума. К тому же на CD точность квантования (измерения амплитуды) определяется 16-битным двоичным словом, то есть имеется всего 216 = 65 536 градаций громкости. И если, к примеру, взять «Болеро» Равеля, то звукорежиссеру придется уложить в эти 65 с небольшим тысяч делений всю силу звука от почти нулевой в начале до «тутти оркестра» в конце. Так называемый динамический диапазон CD-дисков обычно оценивают величиной, близкой к 100 дБ, а наше ухо в состоянии переварить 120 дБ. Поэтому в принципе человек вполне может услышать возможные огрехи цифровой аудиозаписи. Виниловые пластинки редко позволяют воспроизвести сигнал с динамическим диапазоном более 80 дБ, однако присущие им шумы и искажения имеют другую природу и многими воспринимаются как более естественные.
Компакт-диски безраздельно господствовали в качестве цифровых носителей музыки почти двадцать лет. Ситуация начала меняться в 1999 году, когда закончился двадцатилетний срок лицензионных отчислений в пользу Sony и Philips (держателей патента на CD).
Этому способствовало, во-первых, широкое распространение нового носителя информации — DVD-диска. Digital Versatile Disk, или, по-русски, Цифровой Многоцелевой Диск, при тех же размерах и похожем принципе записи умещает в семь раз (а в двухслойном варианте — в четырнадцать раз) больше информации, чем обычный CD. Во-вторых, по мере роста количества компьютеров и широкополосного подключения к всемирной Сети стали набирать популярность сжатые, то есть компрессированные, форматы звукозаписи: MP3, позже wma, ogg, — и рост продаж компакт-дисков стал на глазах падать, несмотря на то, что сжатая с учетом физиологических особенностей слуха музыка по качеству уступает CD-записям. При этом сегодня массовыми и дешевыми стали DVD-проигрыватели, читающие CD, DVD и MP3-форматы звукозаписи.
Как раз к этому моменту Sony и Philips, с одной стороны, и консорциум известных производителей электроники, включающий Matsushita (Panasonic), Toshiba, Thomson, Hitachi и JVC, — с другой, вышли на рынок с двумя новыми форматами звукозаписи: Super Audio CD (сокращенно — SACD) и DVD Audio. Забавно, что DVD Audio должен был появиться в широкой продаже на год раньше SACD, однако буквально накануне объявления стандарта в алгоритме защиты от копирования обнаружилась «дыра», которую латали целый год, и это позволило SACD появиться на свет буквально одновременно с DVD Audio. Защита от возможности цифрового копирования — важнейшая черта новых форматов: бесплатное тиражирование пресекается всеми возможными способами. Лишь совсем недавно появились первые несовершенные программы для «кражи» звука с DVD Audio, о краже же с SACD вот уже седьмой год ничего не известно.
И тот, и другой форматы в принципе могут воспроизводиться на стандартных DVD-проигрывателях, однако для этого во встроенных декодерах должна быть специализированная «прошивка». Естественно, что проигрыватели от Sony и Philips, даже самые недорогие, стали тут же снабжаться «прошивкой», понимающей SACD, а проигрыватели Panasonic, Toshiba, Thomson, Hitachi и другие — DVD Audio. Более того, Sony, владеющая звукозаписывающей фирмой Columbia, тут же налегла на выпуск SACD-дисков, как новых, так и «переделанных» со старых аналоговых лент, и стала прикладывать к проигрывателям бесплатные диски с образцами сделанных по-новому записей. На диски же DVD Audio, вместе с собственно DVD Audio-дорожками, стали записывать звук в формате DVD Video, что позволяло слушать их на обычных DVD-проигрывателях. Достаточно быстро появились фирмы, например Pioneer, которые обеспечили поддержку обоих форматов. Однако из-за незначительного распространения таких записей настоящая «война форматов» так и не разгорелась, а серьезные попытки взлома защиты от копирования на прочность не предпринимались.