Как поймать звук в ловушку и сохранить

Перед вами сокращённый и слегка изменённый перевод статьи.

Что такое музыка? Определить сложно. Когда вы слышите музыку, вы знаете, что это такое, но не можете точно сказать, почему что-то является музыкой, а что-то — нет. Тем не менее, музыка это не абы что: исследователи обнаружили, что в мозге человека есть места, реагирующие исключительно на музыку и ни на что больше.
Каждый согласится, что музыка так или иначе представляет собой звук. На самом базовом уровне музыка — это просто вибрации в воздухе. Они возникают, когда кто-то поёт или играет, а потом исчезают.

И тут возникает вопрос: как сохранить музыку? Как уловить звук и удержать?

Одной из самых ранних попыток сделать это было механическое пианино (пианола).

Механическое пианино. Фото: chayka.org

Пианола играет сама, без участия человека. То есть она нажимает на собственные клавиши.

Вот как это устроено. Сначала кто-нибудь играл на таком инструменте. Во время игры удары от клавиш пробивали отверстия на бумаге, отмечая, какие клавиши были нажаты. Когда потом эти перфорированные ленты загружали в механическое пианино, оно, благодаря уже имеющейся схеме отверстий, играло ту же самую музыку.

[Прим.пер.: пианолы с бумажными лентами появились не сразу. Сначала были вращающиеся валы с выступами.]

Так люди научились помещать музыку в бумажную ловушку и даже переносить с собой. Они могли слушать своего любимого пианиста по желанию.

Ну почти так. Но всё-таки нет.

Как вам скажет любой пианист, для игры на фортепиано не достаточно только нажимать на клавиши в правильном порядке. Важно ещё и то, как долго вы удерживаете клавишу нажатой. Да к тому же есть ещё и педали, которые продлевают звук или, наоборот, заглушают его.

То есть музыка, сыгранная на механическом пианино, звучит, скажем так, плоско.

Поначалу механические пианино не предназначались для автоматического воспроизведения музыки. Они должны были помогать людям, которые учатся играть и пока ещё не всё умеют. Пианино должно было нажимать на клавиши, а пианист — на педали.

Позже люди придумали, как обогатить деталями эти рулоны с отверстиями. Были созданы пианино, способные играть в точности так, как это делал живой пианист.

Эти устройства, правда, не продержались долго, поскольку люди изобрели другой способ заманить музыку в ловушку: фонограф.

Рисунок из книги В.Д. Охотникова «В мире застывших звуков»

В то время, как самостоятельное пианино пыталось заменить пианиста, фонограф пошёл дальше. Вместо копирования чего-то, что производило звук, оно копировало сам звук.

Звуки рождаются потому, что объекты, передвигаясь, передвигают и то, что их окружает. Это примерно как перемешивать овощной суп: половник может перемещать кусочки, не касаясь их, поскольку он передвигает жидкость, а она, в свою очередь, подталкивает овощи. Вот и со звуками то же самое, только вместо бульона — воздух.

Ваше ухо настолько чувствительно, что легко может распознать движение воздуха, даже если оно очень лёгкое. И это именно то, что вы привыкли называть звуком.

Фонограф наносит желобок на валик в соответствии с тем, как воздух воздействует на него. Если воздух от звука давит сильно, игла фонографа сделает дорожку глубже, если слабо, то и желобок будет мельче. Обычно звук представляет собой не одну волну, а волновую рябь [прим.пер.: это легко представить, если вспомнить, как выглядят волны на море].

Дорожки фиксировались на оловянных листах, покрывавших вращающийся валик. Очень похоже на те бумажные рулоны для механических пианино. Люди и сегодня такое используют, когда хотят получить музыку высокого качества, хотя компакт-диски и флешки намного удобнее.

Рисунок из книги В.Д. Охотникова «В мире застывших звуков»

[Прим.пер.: после фонографа был изобретён граммофон, а с началом радиовещания появились первые микрофоны, и запись звука из просто механической превратилась в электромеханическую. Всего этого автор статьи не упоминает.]

На компакт-дисках нет таких дорожек, как делались на фонографах, поскольку CD предназначены для компьютеров, а компьютеры работают с нулями и единицами. Всё, что сохраняется на компьютере, должно быть представлено в виде цифровой последовательности.

Длинную волнистую линию музыки не так-то просто преобразовать в цифры. Лучшее, что можно сделать, это отметить высоту линии точками через каждый сантиметр или миллиметр. В итоге у вас получится целая серия точек, похожих на линию.

Эта запись по точкам называется сэмплированием, потому что вы берёте образец (сэмпл) того, чем является звук на определённых точках, а об остальном лишь догадываетесь. Когда вы соединяете точки вместе, получается кривая, очень похожая на оригинал, но всё-таки не такая. Она только выглядит так же.

Проблема с сэмплированием в том, что для звука высокого качества нужно сделать очень много сэмплов. Сделаете мало сэмплов — получите аудио эквивалент рисунка с низким разрешением, а сделаете много — получите огромный файл, который так просто не скопировать.

Именно поэтому в наше время цифровая музыка часто компрессируется.

Сэмплирование музыки похоже на то, как мы записываем слова. Нет необходимости записывать каждый конкретный звук, который издаёт человек. Записать можно только основные характеристики звука — буквенные обозначения для каждого слова. Потом кто-нибудь другой сможет прочитать эти записи. Вы получите звук с тем же значением, хотя он может звучать другим голосом или акцентом.

Возможно, письмо стало самым первым способом, которым люди ловили звуки. То же самое они делают и для музыки, ведь ещё до пианолы существовали нотные записи.

Что касается компрессирования, оно применимо и к словам. Когда мы отправляем смс или чатимся, то часто опускаем буквы и сжимаем слова, чтобы сэкономить время. Например, «спс» вместо «спасибо», «пжл» или «пож» вместо «пожалуйста» и прочее.

Не стоит думать, что это пришло вместе с смсками. Первый случай употребления сокращённого «OMG» (О, Боже мой!) замечен в письме Уинстону Черчиллю в 1917. Сокращения широко использовались и в телеграммах, поскольку в телеграммах оплата начислялась за каждое слово («поздравляю днём рождения зпт желаю счастья личной жизни зпт пух тчк»).

Уинстон Черчилль. Фото: ticinolive.ch

Вернёмся к компрессированию звуков. Некоторые учёные думают, что бормотание — это и есть оно. Какие-то слова вы пропускаете или мямлите, поскольку знаете, что собеседник и так вас поймёт.

Когда вы говорите «Что-то какая-то тут с телефона связь плохая», вам достаточно выделить ключевые слова «связь» и «плохая», чтобы собеседник вас понял. (Вообще лучше не бубнить по телефону, потому что телефон в любом случае сделает вашу речь невнятной.)

Интересный момент насчёт бормотания: если вы делаете это правильно, то сможете поддерживать нормальный разговор, так что никто и не заметит. Примерно то же самое происходит, когда вы слушаете музыку в формате MP3.

Мерцание светлячков в ночи очень впечатляет, но если, предположим, светлячок покажется сразу после вспышки молнии, то вы его просто не заметите. То же самое касается и звуков. Есть звуки, которые вы не уловите, если они прозвучат до или после каких-то других звуков.

К тому же есть множество различных звуков, которые кажутся похожими, а есть такие, которые ваши уши вообще не улавливают. Все эти звуки выбираются и отбрасываются программами, преобразующими звук в MP3-формат, чтобы выдать вам достаточно качественный, но не занимающий много места файл.

Файл MP3 формируется не наугад. Этот формат был разработан специально для человеческого уха. Создавая MP3-стандарт, учёные провели много экспериментов над тем, как человек слышит, а главное — чего он не слышит. Они проверяли, пробовали, добавляли и убирали, пока не получили такой формат файла, который бы звучал почти так же, как аудио высокого качества, но занимал бы при этом в 10 раз меньше места.

В общем MP3 — это один из самых научных способов бубнить.

MP3-плееры

Формат MP3 спровоцировал революцию в том, как люди начали слушать музыку. Они могли копировать множество песен на маленькие переносные устройства, которые можно брать с собой куда угодно. Это была плохая новость для музыкального бизнеса, поскольку музыка в таком формате становились добычей для пиратов: такой маленький файл легко загрузить нелегально без всякой оплаты.

Но всё продолжает меняться.

В наше время продвинулась не только компрессия звука. Скорости интернета тоже значительно возросли. Это значит, что люди могут слушать музыку, не загружая файлов: она может проигрываться напрямую с интернет-сервера без всякого сохранения. Такой способ слушать музыку называется потоковым воспроизведением (стримингом).

Сегодня музыкальные стриминговые сервисы очень популярны. Интернет есть везде, так что людям не нужно беспокоиться о сохранении музыкальных файлов. И поэтому становится всё меньше людей, сохраняющих музыку на собственные носители информации [прим.пер.: я всё ещё сохраняю и не собираюсь от этого отказываться, а вы?]. Они уже не используют пластинки и компакт-диски, флэшки или жёсткие диски, а просто пользуются WiFi.

Музыка, когда-то пойманная в осязаемую ловушку, теперь снова свободно перемещается по воздуху.

Список источников к оригинальной статье находится тут.

Поделиться: