Спрятанный звук: редчайшие записи и уникальные звуки

Человек ищет решения сложных задач и стремится удовлетворить свою природную любознательность с помощью экспериментов, вычислений и просто догадок. А между тем многие его вопросы исчезли бы сами собой, если бы он научился слушать. Мир устроен очень логично, и все в нем взаимосвязано. И если научиться слышать эту всеобщую гармонию, можно узнать очень много интересного, познать тайны мироздания и даже найти начало начал.

⇡#Откуда записанный звук берет свое начало

Долгое время считалось, что первым ученым, который открыл путь к звукозаписи, был Томас Эдисон. А самой ранней аудиозаписью, которую можно хоть как-то прослушать, считали «У Мэри есть маленький барашек» в исполнении того же Эдисона.

Но время от времени, с обнаружением новых фактов, историю приходится пересматривать. Несколько лет назад американские ученые сумели доказать, что Томас Эдисон был далеко не первым в этой области. А всего-то надо было просто порыться в архивах.

В 2008 году в Парижском архиве обнаружили запись, которая была сделана за 17 лет до изобретения Эдисоном фонографа. Ее автор — французский книгоиздатель Эдуард-Леон Скотт де Мартинвилль. В марте 1857 года он получил патент на фоноавтограф, изобретенное им устройство для записи звука. Оно состояло из цилиндра, на который наматывалась бумага, покрытая воскоподобным слоем после выдерживания над масляной лампой. Человек произносил слова перед мембраной, к которой жестко крепилась игла. От звуковых колебаний игла оставляла след на бумаге.

Но до практического применения этого устройства дело так и не дошло. Фоноавтограф умел только записывать звук, а воспроизводить не мог. К тому же существовала проблема, связанная с непостоянной скоростью вращения цилиндра. Все записи, сделанные на нем, производились на разной скорости.

В апреле 1860 года Скотт сделал по меньшей мере три одинаковые записи своего голоса. И хотя время и не пощадило оригинал Мартинвилля, однако ученые смогли отреставрировать найденные носители и раскодировать записанную информацию, превратив ее в звук. Они сделали воспроизведение носителя настолько узнаваемым, что даже идентифицировали мелодию. Оказывается, это популярная народная французская песня Au clair de la lune.

Так звучал оригинальный вариант:

После реставрации звука стало немного лучше:

Как ученым удалось услышать отдельные слова этой песни, остается загадкой. То ли слух у историков музыкальный, то ли в команде реставраторов были большие любители французского фолка. На наш взгляд, чтобы расслышать в этом отреставрированном десятисекундном варианте фразу «В лунном свете Пьеро ответил», надо принять пятьдесят грамм для храбрости. Никак не меньше.

Этот отрывок песни можно считать первой аудиозаписью человеческого голоса. Но была и еще более ранняя запись, где голоса не было. В 1859 году Скотт настраивал свое изобретение с помощью камертона. Вот здесь записан звук с тональностью 435 Гц. Судя по всему, это самая-самая первая звуковая запись.

⇡#Первая стереозапись

Человеку свойственно искать пути к совершенству. Ему недостаточно того, что он уже имеет, он постоянно находится в поиске. Стоит ему только сделать какое-то открытие, как он тут же задумывается над тем, как его улучшить. Этот бесконечный поиск очень хорошо просматривается на примере истории «искусственного» звука. Когда был изобретен способ воспроизведения звука, человек довольствовался лишь одним источником. У граммофона был лишь один рупор, радиоприемники содержали один динамик. Но со временем этого оказалось мало, и появилось многоканальное аудио.

В современных аудиосистемах используется намного больше звуковых излучателей. Число компонентов акустических систем может быть любым — три, пять, семь и т.д. Многие любители музыки и звуковых эффектов в фильмах полагают, что чем больше каналов окружает слушателя, тем реалистичнее становится распространение звука и тем легче погрузиться в события на экране.

Логично предположить, что история многоканального звука идет с того самого момента, когда человек открыл для себя объемное звучание — стерео. Вот только кто был этот первый меломан и как он догадался увеличить число источников звука?

Те, кто читал статью «Koss: от дивана до легенды» или другой наш материал, «Свидетельство о рождении: наушники», знают, что Джон Косс и его коллега Мартин Ланге были первыми, кто догадался использовать наушники для воспроизведения двухканального звука. Однако если они смогли применить свое изобретение для воспроизведения стерео, значит, записи в этом стандарте уже существовали. Так откуда они взялись?

Изобретателем стереозвука считается британский инженер с немецкими корнями Алан Дауэр Блюмляйн (Alan Dower Blumlein). Им он стал, можно сказать, случайно. Как-то раз Алан вместе со своей женой Дорин (Doreen) пошел на просмотр фильма в кинотеатр. Наблюдая за происходящим на экране, Алан обратил внимание на один недостаток, который сопровождал весь фильм. В течение всего сеанса звук исходил только из одного набора динамиков. Когда на большом экране человек перемещался, звук не изменялся, создавалось ощущение, будто он стоит на месте. Своим наблюдением Блюмляйн поделился с женой, но та не придала этому никакого значения.

Алан же, который работал инженером небезызвестной компании EMI, стал размышлять о природе объемного звука, а также начал искать способы его воссоздать. На первый взгляд, задача кажется простой: стоит записать два канала с отдельно стоящих микрофонов — и дело в шляпе. Но не все так просто. В то время не было хороших направленных микрофонов, а запись с микрофонов, имеющих равномерную диаграмму направленности, не дала бы хорошего стереоэффекта.

Поэтому инженеру пришлось пойти на хитрость и разработать особую систему расположения устройств, а также специальную схему для преобразования сигнала. Во-первых, Блюмляйн постарался разделить микрофоны, расположив их на некотором отдалении и поставив между ними барьер. За счет разности фаз это позволило получить стереоэффект на высоких частотах. С басами такой фокус не помогал — длина волны короткая, и разница фаз крайне низкая. Поэтому, чтобы получить качественный двухканальный звук на нижнем диапазоне, Алан разработал схему, которая преобразовывала разность фаз в разность амплитуд. В результате сигнал с большей фазой был тише, и получался объемный звук.

Первую стереозапись Алан сделал в декабре 1933 года на знаменитой студии Abbey Road. А уже несколько лет спустя свою технологию записи стереозвука Блюмляйн применил для кинозаписи. До наших дней дошел тестовый фильм Walking and Talking, где Алан вместе со своими коллегами ходит по сцене, считая вслух.

По трагической случайности Алан Дауэр Блюмляйн не смог в полной мере реализовать свой талант инженера, но даже за те 38 лет, что он прожил, он сумел сделать очень многое. Например, его вариант перпендикулярного расположения микрофонов с диаграммой направленности типа «восьмерка» носит имя изобретателя стерео.

Польза от стереозвука очевидна. При просмотре фильма зритель словно окунается в атмосферу картины, меломан испытывает трепет от возможности услышать каждый нюанс музыки, а компьютерные игроки могут точно ориентироваться в виртуальном пространстве. Изобретение стереозвука в какой-то мере приблизило будущее — это было начало эры многоканального саунда.

⇡#Как стрекотали кузнечики Юрского периода

Говорят, что прошлое вернуть нельзя. То, что свершилось один раз, никогда уже не повторится. И если где-то родился звук, то он унесется в пространство и в конечном итоге смолкнет раз и навсегда. Но это не означает, что мы его потеряли насовсем. Ведь есть же аудиозаписи, на которых музыканты снова и снова проигрывают свои музыкальные композиции! Человек не может вернуться в прошлое, но он может воссоздать его во многих мелочах, включая звуки.

Это может показаться невероятным, но палеонтологи смогли воссоздать звук, который должен был раздаваться на Земле примерно 165 миллионов лет назад, в середине Юрского периода.

Это стало возможно после того, как два китайских палеонтолога, Jun-Jie Gu и профессор Dong Ren, нашли редкую окаменелость кузнечика, на которой были видны мельчайшие детали его организма. Эту находку ученые переадресовали своим коллегам — доктору Fernando Montealegre-Zapata и профессору Daniel Robert, специалистам по биомеханике пения и слуха насекомых. Фернандо и Дэниель тщательно изучили находку под микроскопом и сравнили строение древнего насекомого и 59 разновидностей современных кузнечиков, после чего пришли к выводу, что прародитель современных насекомых, скорее всего, использовал схожий механизм воспроизведения звуков на определенной частоте.

Изучив конструкцию органов, воспроизводящих звуки, ученые выяснили, какой именно была «песня любви» кузнечика из Юрского периода. Согласно их выкладкам, животное должно было с помощью эффекта резонанса в течение 16 миллисекунд воспроизводить звуковые сигналы на частоте 6,4 кГц (современные кузнечики пиликают на частоте 3,6-4 кГц). Этих сведений оказалось вполне достаточно, чтобы воссоздать мелодию кузнечика спустя 165 миллионов лет. А обнаруженный вид получил название Archaboilus musicus.

⇡#Песни деревянного винила

Некоторые звуки мы не слышим только потому, что не знаем, как «правильно» их нужно слушать. Взять, к примеру, дерево. Если подумать, какие звуки ассоциируются с этим растением, вспомнятся деревянные музыкальные инструменты, типа контрабаса или скрипки, а также шум листвы, треск ломающейся ветки.

Но музыканты, художники и вообще творческие личности найдут куда больше способов услышать, как звучит дерево, чем среднестатистический человек. Например, немецкий композитор Bartholomäus Traubeck догадался рассматривать дерево как аудионоситель. Всем известно, что, если срубить дерево, на его срезе будут видны концентрические кольца, подсчитав которые можно сделать вывод о возрасте растения. Если внимательно к ним присмотреться, можно увидеть, что все они имеют неровности. Эти неровности и есть записанная в кольцах информация о скорости роста дерева, климатических колебаниях и пр. Если взглянуть на такой рисунок издалека, можно увидеть, что он напоминает бороздки пластинки.

«А что, если бы их можно было проиграть, как обычную пластинку?» — подумал Traubeck и стал искать способ это сделать. Понятно, что проигрыватели виниловых пластинок для этой цели не годятся, поэтому немецкий экспериментатор решил усовершенствовать конструкцию обычной «вертушки». Для этого он заменил считывающую иглу компьютеризированной системой, включающей камеру и направленный источник света.

Всю эту систему Traubeck объединил с фортепиано. Результат превзошел ожидания. Скрытая музыка мрачновата и кажется творением исключительно человеческого разума.

По мнению автора изобретения, все деревья звучат по-своему, особенно различается музыка разных пород. Ну а самое интересное, что идея сделать такой «деревянный» проигрыватель пришла в голову Bartholomäus Traubeck после того, как ему на глаза попалась обложка альбома группы Jethro Tull «Songs From The Wood».

⇡#Услышать смех Джоконды

Каждое новое поколение находит все больше и больше способов оставить о себе подробную информацию для потомков. Вначале для этого использовалась фотография — монохромная, а чуть позже и цветная, — потом было придумано кино и видео. Появилась возможность записи голоса и его воспроизведения в высоком качестве. Однако, если посмотреть на шкалу человеческой истории, можно увидеть, что все эти средства созданы относительно недавно, за последние 100-150 лет. Все, что было до этого, остается для нас вопросом без ответа. И мы уже никогда не увидим своими глазами, какая была походка у Рембрандта, и вряд ли когда-нибудь наверняка узнаем, какой был голос у короля Людовика XIV. Впрочем, не стоит зарекаться. Ученые время от времени демонстрируют такие чудеса, о которых ранее и помыслить нельзя было. Порой современные технологии в буквальном смысле воскрешают прошлое.

Уже много лет легендарное творение XVI века от Леонардо да Винчи картина «Мона Лиза», не дает покоя любителям тайн и загадок. Что только не делали люди с этим произведением! О нем придумывали анекдоты, его подвергали критике и возводили в ранг культовых творений. Образ Джоконды не стеснялись использовать в рекламе, а амбициозные художники стремились создавать «продолжение» этого сюжета, то разворачивая девушку спиной, то вообще убирая ее с полотна. «Идеальность» этой картины пытались доказывать математически, а некоторые врачи искали на лице Моны Лизы симптомы болезней.

Как бы то ни было, но факт остается фактом — обворожительная улыбка девушки заставляет восхищаться этой картиной весь мир. Интриги добавляет то, что достоверно не известно, кто она и как так случилось, что великий художник и ученый взялся рисовать именно ее портрет.

А в 2006 году японский ученый решил «оживить» этот образ. Он провел тщательный анализ антропологических данных нарисованного человека и по ним сделал модель Джоконды. Мацуми Сузуки (Matsumi Suzuki) определил рост нарисованной женщины примерно в 168 сантиметров. Затем, с помощью огромной базы данных, которая включала в себя свыше 150 тысяч различных вариантов женских голосов, компьютер подобрал тембр, который должен был лучше всего соответствовать Джоконде, и синтезировал речь.

По словам доктора Мацуми, вероятность совпадения должна достигать девяноста процентов. В доказательство своей правоты японский ученый демонстрировал результаты предыдущих опытов, когда ему удавалось «восстанавливать» по одному только изображению голоса известных актеров.

Мацуми Сузуки даже попытался воссоздать голос великого Леонардо да Винчи, однако, поскольку на портрете лицо художника закрывает борода, степень аутентичности голоса оказалась под большим вопросом.

Изысканиям ученого, конечно, можно не верить, но авторитет Мацуми Сузуки в определенных кругах столь велик, что за его услугами ранее обращались даже правоохранительные органы, с просьбой продемонстрировать, как бы мог звучать голос подозреваемого спустя много лет.

⇡#Озвучивание мыслей: первые попытки

Одной из самых больших и непостижимых загадок для человека является он сам. До сих пор остается без ответа простой и в то же время очень сложный вопрос: как рождается человеческая мысль? И еще более важный вопрос: можно ли ее «прочитать»?

Писатели-фантасты уже много десятилетий фантазируют на тему создания устройств для чтения и озвучивания человеческих мыслей. И надо сказать, что эта идея с каждым днем становится все более и более реально выполнимой. То, что еще недавно казалось невероятным, сегодня кажется достижимым, а многочисленные результаты исследований человеческого мозга это подтверждают. За последние десятилетия ученые значительно продвинулись в изучении принципов работы мозга и даже смогли продемонстрировать практическое применение сделанных открытий. Новейшая аппаратура, которая имеется в их распоряжении, позволяет фиксировать мозговую активность человека и, что самое интересное, декодировать ее. Мы уже видели много устройств, которые управляются силой мысли. Взять, например, наушники Neurowear Mico, которые анализируют мысли человека и в зависимости от его настроения подбирают музыкальные композиции. Или, скажем, гарнитура Neurosky MindWave Mobile, которая дает возможность мысленно приказать очкам Google Glass сделать фотографию и опубликовать ее в социальной сети. Но это, как вы понимаете, далеко не предел.

Специалисты Калифорнийского университета в Беркли использовали для исследований функциональную магнитно-резонансную томографию. С ее помощью они сканировали и анализировали активность различных областей мозга добровольцев, когда тем показывали различные визуальные образы. Когда была выведена зависимость между реакцией мозга и образами, ученые провели впечатляющий эксперимент — они показали человеку видео, а затем попробовали реконструировать увиденное им лишь по информации, полученной с датчиков мозговой активности. Созданная исследователями программа обрабатывала полученные данные и расшифровывала информацию, пытаясь восстановить образы, увиденные человеком. Для чистоты эксперимента в качестве визуальной информации были взяты клипы с YouTube общей продолжительностью 5 тысяч часов. Конечно, результат дешифровки мозговых импульсов далек от идеального, но даже это небольшое достижение впечатляет.

Спустя некоторое время аналогичная методика декодирования мыслей была применена для их «озвучивания». Через год после этой демонстрации Брайан Песли (Brian Pasley) со своей командой исследователей продемонстрировал схожий, но более радикальный эксперимент. Ученый основывался на очевидном предположении: если пианист в состоянии придумать мелодию, а затем ее наиграть на музыкальном инструменте, значит, существует связь между определенной мозговой активностью и аппаратом для ее, так сказать, реализации.

Новый эксперимент заключался в том, что группе добровольцев из 15 человек непосредственно к мозгу были подключены сетки электродов. Датчики были установлены на так называемую зону Вернике, заднюю часть верхней височной извилины. Эта область коры головного мозга играет ключевую роль для понимания человеком речи. В течение 5-10 минут добровольцы слушали аудиозапись человеческого голоса, который произносил слова, а компьютер в это время накапливал данные о том, как мозг подопытных реагирует на звук. Брайан создал две расчетные модели, с помощью которых можно преобразовать сведения об активности коры головного мозга в звук. Вот что у него получилось.

Первое слово, которое отчетливо слышно, — это оригинальный звук, который слышали участники экспериментов. Последующие, менее внятные звуки — это расшифрованная информация, синтезированная в речь. Они не всегда разборчивы, да и технология «чтения мыслей» далека от идеальной, но не стоит слишком придираться, ведь это только начало. Один из координаторов эксперимента Роберт Найт (Robert Knight) полагает, что в будущем технология чтения мозговых волн позволит создать мозговые имплантаты, с помощью которых люди, пострадавшие в результате инсульта или каких-то иных болезней или травм, смогут общаться, просто думая вслух.

⇡#Как поет «частица Бога»

Бозон Хиггса — это самая загадочная частица во Вселенной. Никто не знает, есть ли она на самом деле, и мало кто понимает ее свойства. Эта частица была предсказана британским физиком Питером Хиггсом полвека назад, и все это время физики безуспешно пытались ее обнаружить. Известный физик-теоретик Стивен Хокинг даже высказал свою собственную версию конца света, связанную с этой частицей. По мнению авторитетного ученого, бозон Хиггса может быть нестабильным при энергиях порядка 100 миллиардов гигаэлектронвольт (ГэВ), что, в свою очередь, может привести к распаду вакуума во Вселенной.

Человек, который впервые ее назвал «частица Бога», нобелевский лауреат Леон Макс Ледерман, изначально написал совершенно противоположное — «проклятая частица» (представляете, как его утомил этот поиск?). Но редактор в издательстве уговорил сменить название на более пафосное, и теперь «частица Бога» надолго закрепилось за этим неуловимым бозоном Хиггса. Для ее поиска был задействован Большой адронный коллайдер, но даже теперь, когда на руках у физиков есть результаты экспериментов, мнения разделились. В результате проведенных опытов была найдена частица, характеристики которой совпадают с ожидаемыми. Большая часть исследователей ЦЕРНа теперь полагает, что это и есть бозон Хиггса, однако до сих пор остается незначительная группа скептиков, которые продолжают в этом сомневаться.

В процессе поиска неуловимой частицы был предложен и аудиоподход к решению задачи. Доктор Лили Асквит (Lily Asquith) предложила переводить результаты исследований физиков-ядерщиков в звуки. Такие данные позволили бы ученым «прослушать частицы» и точно определить, есть ли среди них бозон Хиггса. Совместно с программистами и специалистами в области звука ей удалось смоделировать звуковую последовательность с помощью данных, полученных в результате эксперимента ATLAS, одного из четырех основных экспериментов на коллайдере LHC в европейской организации ядерных исследований CERN в Женеве. В основе ее звукового трека лежит физико-математическая модель бозона Хиггса и прочих субатомных частиц, рождающихся в результате опытов. Сама Асквит объясняет эти мелодии так: «Чем больше значение энергии, тем громче звук, чем ближе энергия к вам, тем ниже тон звука». На странице группы энтузиастов, которые работали над «озвучиванием» неуловимой частицы, вы найдете немало интересных композиций, созданных по экспериментальным данным с использованием разных музыкальных инструментов — пианино, гитары, тарелок и пр.