"Природа", №8-9, 1922 год, стр. 71-88

Радиотехника и музыка.

Доклад в Клубе Ученых 3 июня 1922 г.

Проф. А. Петровского.

1. История знает случаи, когда две на первый взгляд совершенно различных области человеческой деятельности внезапно обнаруживают точки взаимного соприкосновения. Между ними перекидывается как бы мост, по которому мысль, переходя от одного объекта к другому, начинает совершать своеобразную работу и прокладывать новую дорогу для дальнейшего прогресса. Такой момент наступает, а может быть уже наступил, для техники и музыки, сблизив между собою музыканта и инженера. В то время, как первый затрачивает значительную часть своей жизни на изучение искусства управлять определенным физическим аппаратом для того, чтобы получить желанный эффект, инженер, основательным подсчетом и разумною конструкциею, может значительно облегчить его работу, уменьшив во много раз ту утомительную и скучную подготовку, которая хорошо знакома каждому серьезно занимавшемуся музыкой. Особенно способною к такому дружественному симбиозу с другими дисциплинами оказывается радиотехника, самая молодая и наиболее деликатная из всех отраслей прикладного знания, так как она сохранила с общей физикой столь тесную связь, что подчас трудно бывает различить, где кончается физик и где начинается радиоинженер. Подчеркнуть и иллюстрировать те новые пути и средства, которые радиотехника предоставляет музыкальному искусству, и есть задача настоящей статьи.

2. У многих народов музыке приписывается божественное происхождение. Парнас с его обитателями представляет музыкальный центр Греции ¹), гении музыки и танцев окружают трон индусского бога Индры, а ангельское пение в просторечии является символом тончайшего художественного исполнения. Самое появление музыкальных инструментов рассматривается как явление высшего порядка. Преследуя прекрасную Сирингу, которая волею богов внезапно превращается в тростник ²), тоскующий Пан устраивает первую свирель. Для изобретения флейты уже требуется искусство Минервы ³), а лучший струнный инструмент индусов — вину — приносит на землю супруга самого Брамы, богиня Сарасвати ⁴). Я привел эти сказания для того, чтобы показать, сколь высоко ценит человечество ту умственную работу, которая во мгле отдаленного прошлого была затрачена на изобретение музыкальных инструментов. Однако, кроме всего этого, потребовалось несколько тысячелетий для того, чтобы был совершен переход от пастушьей свирели к современному духовому оркестру ⁵), и чтобы греческая лира превратилась в скрипку Страдивари ⁶).

3. Несомненно, что музыка производила сильное впечатление уже в глубокой древности. Когда Орфей, пробравшись в Тартар, запел и стал ударять в лад по струнам, то, по описанию Овидия, "зарыдали бескровные тени, перестал Тантал ловить убегавшую от него воду... и даже ты, Сизиф, сел на свой камень. Говорят, впервые заплакали тогда растроганные песнею Эвмениды" ⁷). По библейскому изложению ⁸) Давид смиряет игрою на гуслях злого духа, мучившего царя Саула, а в Новгородских былинах имеем яркую художественную картину чарующего действия музыки и описания игры Садко, попавшего в морское царство. Конечно, вряд ли есть основание приписывать такое волшебное действие музыки совершенству самих аппаратов; оно, вероятво, более зависело от уменья ими пользоваться и от меньшей требовательности, которая предъявлялась к игре народами, еще не знавшими гармонии и имевшими во многих случаях упрощенные гаммы. Нужно было проявить много изобретательности и понимания законов акустики для того, чтобы превратить монохорд в современный рояль и доставить возможность наслаждаться той полнотой и звучностью, которою блещут хорошие оркестры 19-го и 20-го века. Современный музыкальный инструмент есть весьма сложный физический аппарат и его прогресс не мыслим без участия лиц, обладающих широкими познаниями в акустике и инженерных науках.

4. Электричество вступило на службу техники только в первой половине 19-го века. Его применение ограничивалось вначале лишь чисто вспомогательными задачами: удобным освещением, приведением в движение необходимых механизмов и т.п. Более тесное сближение электричества и музыки возникает лишь с того времени, когда появилось электромагнитное возбуждение камертона, позволяющее поддерживать колебания последнего неопределенно долго. Электромагнитное возбуждение устраивается следующим образом. Между ветвями камертона, укрепленного горизонтально, помещается небольшой электромагнит, а к одной из ветвей прикрепляется тонкая проволочка, которая, при покоющемся камертоне, касается неподвижной металлической пластинки. Ток от гальванического элемента или аккумулятора проводится сначала в электромагнит, а оттуда в самое тело камертона; войдя через проволочку в пластинку, он возвращается из последнего снова к источнику. Так как при этом электромагнит намагничивается, то ветви камертона сближаются и проволочка отходит от пластинки, размыкая контакт. Вследствие размыкания цепи, ток прекращается, электромагнит размагничивается и освобожденные ветви камертона возвращаются к первоначальному положению. Но тогда проволочка вновь касается пластинки, цепь снова замыкается, следовательно, вышеописанный процесс повторяется и т. д. В настоящее время появились новые видоизменения электромагнитного возбуждения камертона, имеющие задачей насколько возможно меньше нарушать то колебательное состояние, которое имел бы камертон, вибрируя без всяких добавочных приспособлений. Одно из остроумных решений этого вопроса принадлежит профессору В. Ф. Миткевичу.

Электромагнитное возбуждение весьма часто применяется в лабораториях для поддержания определенного звука в течение продолжительного времени. Лет тридцать тому назад на электрической выставке в Петербурге демонстрировался рояль, колебания струн которого, поддерживаемые электрическим способом, давали длительные звуки, напоминавшие фисгармониум. Однако, оно не нашло широкого практического применения.

5. Наиболее характерным признаком, отличающим один звук от другого, служит тон или высота. Из физики известно, что тон зависит от частоты, т. е., от числа колебаний, совершаемых звучащим телом, в единицу времени. Каждое тело правильной формы, колебания которого длятся достаточно долго, напр., колокол, издает звук вполне определенной высоты. Для тел неправильной формы обыкновенно колебания прекращаются слишком быстро, или, как принято выражаться, обладают сильным затуханием; поэтому ухо не успевает установить высоты звука и получает впечатление только более или менее сильного шума, что и наблюдается, например, при ударе камня о мостовую.

Во всех вышеописанных примерах электричество только способствует возникновению или же поддерживает уже возникший звук; оно при этом не оказывает (и во всяком случае не должно оказывать) никакого влияния на свойства получающегося звука, которые всецело определяются чисто механическими данными, характеризующими рассматриваемую систему. Но при дальнейшем развитии физики мы встречаемся уже с чисто электрическим происхождением колебаний, частота которых лежит в пределах слышимости, а потому и все свойства получаемого звука в значительной степени определяются физическими постоянными самой электрической цепи.

Для уяснения того, каким образом оказывается возможным управлять высотою и другими качествами звука в этом наиболее интересном случае, нам нужно вникнуть несколько глубже в процесс возникновения электрических колебаний.

6. То, что принято называть в проводниках "электрическим током", есть процесс взаимного обмена энергии между материей и эфиром. Главными участниками в этом процессе являются три вида энергии.

1) Потенциальная энергия эфира. Она концентрируется обыкновенно еще до появления тока вокруг проводников, образуя так называемое электрическое поле.

2) При появлении тока в проводнике немедленно же начинается превращение потенциальной энергии эфира в кинетическую (а в некоторых случаях и обратно), присутствие которой обнаруживается по возникновению вокруг проводника магнитного поля.

3) Молекулы проводника не остаются безучастными зрителями вышеописанного превращения, но отнимают у эфира некоторую часть его кинетической энергии; вследствие этого их собственная кинетическая энергия возрастает, что и обнаруживается по нагреванию проводника.

В соответствии с вышеизложенным, каждая цепь проводников, предназначающаяся для пропускания тока, должна характеризоваться следующими тремя признаками.

A. Способностью концентрировать вокруг себя потенциальную энергию (электрическую энергию) эфира. Мерою этой способности служит так называемая емкость. Прибор же, специально предназначенный для сосредоточения этой энергии, называется конденсатором.

B. Способностью преобразовывать потенциальную энергию эфира в кинетическую (магнитную) энергию или обратно. Мерою способности сосредоточивать кинетическую энергию эфира служит нак называемая самоиндукция. Прибор же, специально предназначенный для этой цели, носит название соленоида, катушки или дросселя.

C. Способность превращать кинетическую энергию эфира в таковую молекул (тепло). Мера этой способности называется сопротивлением. Прибор же, специально предназначенный для этой цели, носит название реостата.

7. Колебательный процесс возникает при нарушении равновесия энергии, которою располагает данная система. При возникновении такого процесса потенциальная энергия постепенно переходит в кинетическую и обратно, причем электричество поочередно двигается то в прямом, то в обратном направлении, подобно тому, как всколыхнутая жидкость переливается в сосуде от одного края к другому. Чем значительнее способность рассматриваемой цепи сосредоточивать потенциальную или кинетическую энергию эфира, тем дольше задерживается эта энергия и, следовательно, тем медленнее протекает процесс ее преобразования. Математический анализ этого вопроса, произведенный английским физиком Виллиамом Томсоном ⁹), известным также под именем лорда Кельвина, действительно, приводит к заключению, что период электрических колебаний оказывается тем больше (а, следовательно, частота тем меньше), чем значительнее емкость и самоиндукция цепи, в которой они возникают.

Выше было указано, что преобразования энергии эфира сопровождаются потерей некоторой части ее, вследствие превращения в тепло. Чем больше сопротивление цепи, тем больший процент энергии теряется при каждом колебании и, следовательно, тем быстрее они прекращаются. При весьма большом сопротивлении может случиться, что уже второй подъем тока в цепи настолько ничтожен, что теряет практическое значение, и мы получаем как бы одиночный электрический удар. Для того, чтобы колебания не заглохли, необходимо их поддерживать, подновляя запасы энергии непрерывно или же через короткие промежутки времени. Только тогда, когда физика нашла удобные методы поддержания интенсивности электрических колебаний, стало возможным думать об их применении в музыке.

8. Первый серьезный шаг в этом направлении мы имеем в 1900 году в установке, называемой поющей дугой Дудделя ¹⁰). К проводке, идущей от полюсов динамомашины постоянного тока, присоединяется дуговой фонарь или просто пара углей, вставленных в ручной регулятор. Параллельно углям включается конденсатор значительной емкости и небольшая катушка, не содержащая железа. При надлежащей силе тока и небольшом разведении углей дуга начинает издавать ровный чистый звук, который поддерживается сам собою довольно долгое время. Явление происходит от того, что в дуге имеют место частые небольшие изменения, сопровождающиеся повышением или понижением напряжения на ее электродах (т.е. на углях). Передаваясь присоединенному параллельно дуге конденсатору, эти изменения выводят его из равновесия и этим дают начало колебательному процессу, период которого обусловливается величиной емкости конденсатора и самоиндукции катушки, включенных в установку. В свою очередь, получившийся колебательный ток попадает в дугу и, налагаясь на постоянный ток, посылаемый в нее от динамо-машины, производит поочередно повышение и понижение температуры газа; повторное расширение и сжатие последнего создают в окружающей среде волну упругости, которая, дойдя до уха наблюдателя, и воспринимается как звук определенного тона. Изменяя емкость или самоиндукцию боковой цепи, можно управлять этим тоном по желанию.

Двадцать лет тому назад явление Дудделя вызывало необыкновенный интерес. Однако, непостоянство дуги, необходимость располагать источником значительной мощности для ее питания и другие причины не позволили ей выйти со своим пением из пределов лаборатории. Только получение по этому способу колебаний высокой частоты (свыше 50.000 периодов в секунду, след., уже не слышимых ухом) нашло приложение в радиотехнике и до настоящего времени применяется на радиостанциях, работающих так называемыми дуговыми генераторами незатухающих колебаний. Для того, чтобы незатухающие колебания получили широкое применение, нужен был новый более совершенный аппарат, а именно катодная лампа.

9. По внешней форме катодная лампа напоминает обычную лампочку накаливания, но имеет, кроме накаливаемой нити, еще два металлических электрода. У наиболее распространенной французской модели один из электродов, служащий анодом, имеет вид цилиндра, укрепленного горизонтально; другой электрод (называемый контрольным электродом, а чаще всего "сеткой") представляет спираль из довольно тонкой проволоки, помещенную внутри цилиндра, коаксиально с его поверхностью. Материалом для изготовления их обыкновенно служит никкель. Наконец, вдоль самой оси цилиндра идет вольфрамовая нить, служащая для накаливания. В соответствии с описанным устройством цоколь лампы имеет внизу четверной штепсель (одна вставка для включения анода, другая — для сетки и две остальных — для нити лампы), которым и вставляется в соответственно устроенные контактные гнезда.

При помощи специального воздушного насоса лампа выкачивается до возможно совершенной пустоты (примерно до одной миллионной доли миллиметра давления ртути).

Накаливание лампы происходит от баттареи аккумуляторов, развивающей около 4 вольт и требует тока около 0,5 ампера. Анод соединяется с высоковольтной баттареей аккумуляторов (от 80 до 300 и более вольт), хотя и рассчитанной на слабый ток (около 1—10 миллиампер); сетка также иногда соединяется с небольшой баттареей (примерно 15 вольт; тока в сетку идет так мало, что практически с ним считаться не приходится), но часто включается в общую схему и без всякого источника.

Катодная лампа обладает следующим замечательным свойством: если, накалив нить, соединить анод с источником достаточно высокого напряжения, то между анодом и нитью начинает проходить ток, сила которого зависит не только от напряжения на аноде, но и от напряжения на сетке. Это происходит по следующей причине. При накаливании нити молекулярное движение в ней настолько усиливается, что из атомов начинают вылетать свободные электроны. Так как электроны несут отрицательные заряды, то они имеют тенденцию двигаться к аноду, заряженному положительно от баттареи и этим создают ток электричества внутри лампы. Чем сильнее накал и чем выше напряжение анода, тем сильнее полученный ток на анод. Если зарядить сетку также положительно, то этим в непосредственной близости нити создается второй анод; при небольшом заряжении сетки электронный поток приобретает еще большую правильность и ток, идущий к главному аноду, резко усиливается; но при дальнейшем повышении напряжения на сетке, она начинает отвлекать значительную часть потока на себя и потому ток в цепи главного анода начинает уменьшаться. Если, наоборот, дать сетке отрицательное заряжение, то она, отталкивая электроны, несущиеся к аноду, тормозит их движение и может совершенно остановить его. Описанная особенность лампы нашла многочисленные применения, из которых нужно отметить три следующие: усилительное действие, выпрямляющее действие и генераторное действие. Не имея возможности излагать их подробно, остановимся только на последнем, совершенно необходимом для целей настоящего изложения.

10. Термин "генерация" означает возбуждение электрических колебаний. Для того, чтобы катодная лампа работала, как генератор, кроме цепи анода и цепи сетки, собирается еще третья цепь, в которую включаются последовательно конденсатор и катушки, т. е. емкость и самоиндукция. Эта третья цепь (цепь контура) связывается электрически с обоими предыдущими или непосредственным соединением некоторых проводников или же помещением их в близком соседстве друг к другу: в последнем случае передача действия взад и вперед пропсходит вследствие явления индукции. Совокупность трех вышеописанных цепей и представляет так называемый катодный (или ламповый) генератор; действительно, всякое небольшое изменение силы тока в лампе влечет за собою нарушение равновесия энергии контура, составляющего третью цепь. Выравнивание этого равновесия, благодаря наличию в этом контуре конденсатора и катушки, должно иметь следствием возникновение колебательного тока, период колебаний которого определяется величиной емкости и самоиндукции этого контура. Начавшийся колебательный ток не может прекратиться, так как, передаваясь обратно в цепь сетки, он вызывает на ней попеременное повышение и понижение напряжения, а последнее, в свою очередь, вновь отзывается на прохождении тока внутри лампы (т. е. между нитью и анодом) и т. д. Поэтому колебания не только не затухают, но постепенно усиливаются до тех пор, пока расход энергии вследствие превращения в тепло и других потерь, не сбалансирует того прихода, который лампа имеет от присоединенной к аноду баттареи. Дальнейшая утилизация полученного колебательного тока не представляет уже никаких затруднений.

Процесс генерации колебаний в катодной лампе весьма напоминает явление Дудделя, но имеет перед последним громадные преимущества, особенно заметные тогда, когда речь идет о получени небольших мощностей. Лампа отличается портативностью, постоянством и легкостью обслуживания; кроме того, колебания, получаемые при помощи дуги, обыкновенно имеют затухание и не прерываются лишь потому, что возобновляются через несколько полупериодов; вследствие этого они не имеют полной правильности чередования; колебания, же, получаемые при посредстве катодной лампы, благодаря возвратному действию контура на лампу, имеют непрерывное пополнение энергии от баттареи — это суть настоящие незатухающие колебания.

11. Для получения музыкального звука при помощи катодного генератора необходимо включить в его контур конденсатор и катушку значительных размеров, для того, чтобы период колебаний принял надлежащую величину, лежащую в пределах слышимости, Получаемый при этом колебательный ток подвергают (если требуется) усилению и затем пускают в обмотку телефона или иного аналогичного аппарата, способного звучать под действием тока.

Если секционировать емкость или самоиндукцию, то, включая и выключая отдельные секции, можно получать ток различной периодичности, а, след., звуки различной высоты: весьма легко устроить клавишный аппарат, вроде пианино, нажимая на клавиши которого, играющий замыкает на короткое отдельные секции и таким путем меняет высоту звука.

Для изменения силы звука можно изменять: или условия работы (напр. напряжение) самого генератора, или степень усиления, или же просто отводить в сторону часть тока направляющегося в телефон. Наиболее практичен последний прием, для чего параллельно обмотке телефона включается реостат из угольного порошка или иного устройства с плавно изменяющимся сопротивлением. Нажимая на порошок при помощи педали, уменьшаем сопротивление реостата, след. отводим в него большую часть тока и звук постепенно ослабевает до полного исчезновения. Резкое внезапное прекращение (или возникновение) звука удобнее производить, размыкая цепь телефона ключем, приводимым в действие рукою.

Необходимо иметь в виду, что всякое тело правильной формы обладает определенным периодом собственных механических колебаний. Период колебаний телефонной мембраны составляет около одной миллисекунды. Вследствие резонанса, ток, обладающий такою же точно периодичностью, приводит мембрану в интенсивную вибрацию и соответствующий звук непомерно усиливается по сравнению со всеми остальными, что вызывает искажение передаваемой мелодии. Однако, с этим явлением можно бороться при помощи специальной конструкции телефонной мембраны (устраивая ее так, чтобы период ее собственных колебаний лежал вне пределов тонов, применяемых в музыке) или же при помощи каких-либо компенсирующих приспособлений.

12. Кроме тона и силы каждый звук обладает еще одним свойством, которое имеет громаднейшее значение с эстетической точки зрения. При одинаковом тоне и интенсивности мы легко отличаем мягкий спокойный звук флейты, как от резко кричащего звука тромбона, так и от острого, но выразительного звука скрипки. Да и сама скрипка издает весьма разнящиеся между собою звуки, смотря по тому, вызывают ли их щипком, ударом или движением смычка. Свойство, о котором идет речь, называется тембром или оттенком звука: — оно и обусловливает то безграничное богатство впечатлений, которое создает талантливый композитор или дирижер, умело пользуясь средствами смешанного оркестра.

Рассматривая звук, как результат колебаний, теория указывает нам, что последние, кроме частоты (она соответствует тону) и интенсивности (зависящей от амплитуды колебания и обусловливающей собою силу звука), могут еще отличаться формою, т. е. той последовательностью положений, которые занимают отдельные части звучащего тела втечение каждого периода. Действительно, при помощи остроумных фотографических методов Кригар-Менцель и Рапс ¹¹) нашли, что, при возбуждении щипком, колебание струны имеет трапецевидный характер (он особенно резко выступает, когда щипок делается близко к одному из концов струны), т. е. струна быстро возвращается к положению равновесия и выгибается в противоположную сторону, после чего некоторое время остается почти в одном положении, а затем быстрым же движением приходит в первоначальное состояние, затем вновь повторяет все вышеописанное и т. д. При возбуждевии ударом, колебания струны принимают треугольную форму (особенно, если удар приходится посередине струны); при этом струна не столь быстро движется к своему крайнему положению, но и не задерживается в нем, а немедленно же начинает двигаться в противоположном направлении и т. д. Игра смычком может дать наиболее разнообразную картину колебаний струны, смотря по способу его ведения: при ведении смычка примерно на расстоянии одной пятой длины струны, форма колебаний делается волнистой, т. е. струна, отойдя на некоторое расстояние от положения равновесия, начинает возвращаться обратно, но не дойдя до него, вновь удаляется и так далее (несколько раз в течение одного полного периода колебания). Математический анализ вопроса показывает, что, как бы ни была сложна форма движения, последнее всегда можно рассматривать как наложение друг на друга нескольких простых, как говорят, синусоидальных колебаний. Одно из них, имеющее наиболее долгий период, называется основным: оно и обусловливает тон и интенсивность звука; остальные носят название обер-тонов и определяют тембр звука.

Во многих случаях частота колебаний обер-тонов оказывается кратною таковой основного тона: тогда они получают название гармонических тонов или гармоников.

Полное отсутствие обер-тонов дает мягкий и приятный, но лишенный экспрессии, а при низких тонах даже глухой звук — таковы камертоны и отчасти закрытые трубы органа. Наличие небольшого числа (не более шести) ближайших обер-тонов и притом умеренной силы дает полноту и звучность, которою отличаются открытые трубы органа и некоторые тона человеческого голоса, хотя одни нечетные гармоники (напр., у кларнета) делают звук пустым. Присутствие очень высоких обер-тонов дает резкость и выразительность смычковой игре, язычковым инструментам и человеческому голосу; чрезмерная же сила их, по сравнению с основным тоном, имеет следствием ту шероховатость звука, которой отличаются металлические духовые инструменты.

Выше было указано, что ток, идущий в катодной лампе, находится в зависимости как от напряжения на аноде, так и от напряжения на сетке. Теоретический анализ работы лампового генератора ¹²) показывает, что если эта зависимость имеет наиболее простой вид, т. е. сводится к простой пропорциональности тока и обоих вышеупомянутых напряжений (линейная зависимость), лампа развивает, при соответветствующем подборе сопротивлений и самоиндукций, незатухающий колебательный ток, также простейшей (т. е. синусоидальной) формы. В действительности же такой идеальной зависимости между током лампы и напряжениями на аноде и на сетке не бывает, а потому и колебательный ток, развиваемый лампой, сопровождается значительным числом обер-тонов. Изменяя накал нити или налагая напряжение на сетку (или на анод) лампы, можно сильно изменить условия ее работы, а вместе с тем и интенсивность различных обер-тонов. Это дает в руки конструктору и исполнителю легкое и удобное средство извлекать из лампы звуки самых разнообразных оттенков.

13. Из вышеизложенного ясно, что катодная лампа представляет аппарат, применение которого для музыкальных целей внушает самые радужные надежды. Она дает возможность легко и разнообразно управлять не только тоном и силой, но и тембром звука, что свойственно далеко не многим из существующих инструментов. Однако, с точки зрения инженерного искусства, еще встретилось несколько побочных препятствий, до устранения которых нельзя было говорить о технической разработке вопроса. Для получения низких звуков требовались очень большая емкость и самоиндукция ¹³), что заставляло прибегать к конденсаторам и катушкам больших размеров, след., делало установку громоздкой, тяжелой и дорогой. Многократное секционирование вносило в установку большое число контактов, а вместе с тем увеличивало вероятность повреждений и затрудняло обслуживание аппарата. Наконец, для получения достаточно широкого диапазона, лампа должна была работать при различных значениях емкости и самоиндукции ¹⁴), что сильно отзывалось как на качестве работы, интенсивности звуков, так и на коэффициенте полезного действия. Все вышеуказанные препятствия были устранены лишь тогда, когда для получения музыкальных звуков техника прибегла к помощи токов высокой частоты (радиочастоты), пользуясь при этом методом интерференции (наложения).

Каждый, кто имел дело с настройкой мандолины, прекрасно знает, что, когда подстраивается вторая из двух одноименных струн, то ухо различает два отдельных тона, пока они достаточно далеки друг от друга; когда же струны близки к настройке, то оба звука как бы сливаются в один, сила которого ритмически изменяется. Эти пульсации интенсивности звука делаются все более редкими и, при полной настройке, совершенно прекращаются. Если затем перетянуть немного вторую струну, то они возникают вновь и проходят прежние стадии, но в обратном порядке. Описанное явление, известное в физике под названием биений, обстоятельно изучено Гельмгольцем ¹⁵) и происходит вследствие наложения друг на друга двух колебательных процессов, имеющих неравные, но близкие к равенству периоды.

Предположим, что до какой-либо частицы среды доходят одновременно два колебательных процесса. В таком случае ее движение в каждый момент времени будет слагаться из тех двух движений, которые эти процессы приносят. Если в некоторый момент оба процесса сообщают движение по одному и тому же направлению, то они усиливают друг друга и полный размах (амплитуда) колебаний будет равен сумме обоих составляющих. Но так как периоды их не равны, то, по мере течения времени, одно иэ колебаний будет отставать все более и более и в конце концов отстанет на полпериода; тогда движение, которое оно сообщает рассматриваемой частице, будет иметь направление, противоположное тому, которое последняя получает от второго колебания, а потому полный размах делается меньше. В дальнейшем мы будем вновь иметь совпадение направлений, т. е. усиление, затем опять расхождение их, связанное с ослаблением, и т. д.

Легко простым подсчетом убедиться в том, что число указанных усилений или ослаблений в секунду будет равно разности частот двух интерферирующих колебаний. Поэтому весь процесс возникновения биений, с точки зрения математической, можно назвать получением разностного тона; с физиологической точки зрения это не будет правильно, так как наблюдатель при этом никакого нового тона не замечает, хотя бы потому, что частота его лежит вне пределов слышимости ¹⁶).

14. Предположим теперь, что мы располагаем двумя колебаниями тока высокой частоты, напр. 1.000.000 и 1.000.500 в секунду. Если бы нашлось столь подвижное тело, которое оказалось бы способным под действием этого тона вибрировать с такой же частотою, то мы не услышали бы, однако, звука, так как ухо не воспринимает частот, превышающих 40.000 в секунду. Наложив оба колебания друг на друга, мы получим одно сложное колебание, период которого будет не вполне постоянным, но в общем будет мало отличаться от периодов обоих вышеприведенных колебаний; вследствие же разницы частот, амплитуда окончательно полученного колебания будет пульсировать 500 раз в секунду (т. е. даст 500 усилений и 500 ослаблений в секунду). Однако, ухо по прежнему останется нечувствительно к тому, что происходит в среде. Для того, чтобы обнаружить эти биения, необходимо колебания тока выпрямить, т. е. устранить совершенно одно из направлений.

Процесс выпрямления тока давно известен и применяется в радиотехнике с самого начала ее развития. Существует целый ряд приборов (так наз. выпрямителей), обладающих способностью пропускать ток в одном направлении и задерживать его в противоположном: эти приборы играют в электричестве ту же самую роль, как клапаны в воздушном насосе; к ним относятся имеющиеся в продаже алюминиевые и ртутные выпрямители; к ним же относятся многие типы так называемых детекторов, применяемые для улавливания сигналов при радиопередаче; при известных условиях такое выпрямляющее свойство обнаруживает и сама катодная лампа. Пропуская ток через один выпрямитель, мы как бы срезаем всю отрицательную половину его колебания; следовательно, остающийся колебательный ток пульсирует между некоторой максимальной величиной и нулем, не меняя, однако, своего направления на противоположное. При пропускании через выпрямитель сложного тока, или биений, мы опять таки срежем всю отрицательную половину их и оставшийся ток будет иметь пульсацию, амплитуда которой увеличивается до максимума, затем уменьшается до некоторого минимума (в частности может уменьшаться до нуля), вновь увеличиваться и т. д., но отнюдь не переходит через нуль.

Техника придумала такие комбинации нескольких выпрямителей, при которых отрицательная часть колебаний не срезается, а перевертывается и таким образом заполняет те пустые интервалы, которые естественно остаются между положительными частями. Такие комбинации работают экономичнее, но сущность явления остается та же.

Если пропустить выпрямленный сложный ток через какое-либо электромагнитное приспособление, напр., в обмотку телефона, то мембрана последнего придет в движение. Хотя она и не может поддаваться отдельным импульсам высокой частоты, но зато односторонняя пульсация, происходящая 500 раз в секунду, объединяет все импульсы, заключенные между двумя соседними минимумами амплитуды в одну общую группу, действующую на мембрану, как одно целое. Под влиянием этих групповых импульсов, мембрана приходит в колебательное движение и наблюдатель воспринимает его, как звук вполне определенной высоты: это будет действительно разностный тон.

Достаточно изменить емкость или самоиндукцию одной из установок на ничтожную величину, как частоты разойдутся уже значительно и высота звука чувствительно изменится ¹⁷). Благодаря этому, радиотехника получает возможность легко изменять тон; достаточно, например, приближения пальца на несколько миллиметров к какому-либо металлическому предмету, соединенному с одной из установок, как, вследствие изменения емкости этого предмета, звук понижается или повышается на несколько тонов.

15. Принцип интерференции токов высокой частоты, по сведениям, которыми я располагаю, впервые применен для музыкальных целей русским физиком Л. С. Терменом ¹⁸).

Установка в общем представляет два одинаковых маломощных ламповых генератора, дающих частоту, примерно, в 100.000—1.000.000 колебаний в секунду. Токи, развиваемые этими генераторами, действуют на общую приемную цепь, в которую входят выпрямитель (детектор), усилитель и телефон. Согласно изложенному в § 14, мембрана последнего и издает звук, соответствующий получаемым биениям высоких частот.

Для изменения тона этого звука, к одному из генераторов присоединяется какой-либо металлический предмет. Приближая или удаляя палец, играющий слегка изменяет этим емкость, а след., и частоту соответствующего тока, причем получается идеально плавное glissando. Весьма важно обратить внимание на то, что для изменения тона существенно лишь приближение или удаление пальца (хотя бы в воздухе), а отнюдь не касание и не нажатие, которые могут быть, при желании, использованы для каких-либо других надобностей ¹⁹). Изменение силы звука достигается всего удобнее изменением сопротивления реостата, включенного параллельно обмотке телефона, и происходит также с замечательною постепенностью. Для получения staccato всего проще размыкать одну из цепей, напр., цепь обмотки телефона при посредстве быстро действующего ключа. Изменение же тембра может быть достигнуто наложением напряжения на сетку генерирующих или усиливающих ламп.

Получение тока высокой частоты (порядка 100.000—1.000.000 в секунду) требует небольшой емкости и самоиндукции, вследствие чего установка приобретает портативность и дешевизну. Отсутствие секций упрощает проводку, конструкцию и обслуживание, а ничтожное изменение емкости во время работы создает то однообразие условий, которое желательно для всякого промышленного аппарата. Но музыкальный прибор, построенный на вышеописанных началах, обладает еще одним замечательным свойством, на основании которого он заслуживает названия радиомузыкального прибора, а именно, он может быть услышан не только в том помещении, где происходит игра, но и на весьма большом расстоянии.

Для этого нужно токи высокой частоты, создаваемые парой генераторов, заставить действовать не на приемную цепь, а на антенну, настроенную на ту же (точнее на некоторую промежуточную) частоту. Излученная ею энергия, дойдя до приемной антенны, вызовет в последней колебания тех же самых двух частот, которые дает отправитель, и последние, интерферируя в приемном радиоаппарате, дадут, по выпрямлении и усилении, тот же музыкальный эффект, какой мог бы быть вызван в месте исполнения мелодии.

16. В настоящей статье я попытался изобразить, насколько возможно, в коротких словах то новое направление, по которому начинает двигаться техника музыкальных аппаратов. Электричество, этот тонкий, послушный и исполнительный деятель, предлагает, через посредство радиочастот, свои услуги. Чрезвычайная гибкость и разнообразие применения, простота и точность расчета конструкции дают одновременно удовлетворение музыканту и радиоинженеру, тем самым побуждая их объединиться для совместной работы. Божественное искусство, когда то давно принесенное на землю жителями эфирных высот, в течение долгих веков воплощалось в грубой материи. Но час пробил — и оно вновь стремится в высь, в лоно родного эфира, увлекая за собою и облагороженную им человеческую природу. И в недалеком будущем рисуется перспектива обширного Центрального Зала, в комфортабельной и уютной обстановке которого музыканты собираются для совместных любимых занятий. В этом клубе искусства исполнитель не стеснен условностями эстрады, не испытывает волнения в ожидании своего выхода: он отдыхает, всецело отдав себя во власть музы и забывая о всем остальном, что происходит вокруг.

В то же самое время тесный кружок ученых и инженеров, собравшись в отдаленном месте для товарищеской беседы после утомительных дневных работ, наслаждается прекрасным концертом, который как бы вливается в помещение из мирового пространства.

И в этих звуках они слышат напоминание о том единении, которое должно быть между чистым искусством и точным знанием; в них чувствуется та глубокая внутренняя связь, которая вытекает из общности поставленной задачи — вести человечество вперед к свету и совершенству.