Посмотрите на полоску киноплёнки со звуком. Рядом с кадрами можно увидеть узкую дорожку: на одной копии она напоминает чередование тёмных и светлых штрихов, на другой имеет извилистые края. Как из этого рисунка получается человеческий голос? Ключевой вопрос здесь очень простой: сколько света пропускает каждый очередной участок движущейся плёнки?[1]
Два способа нарисовать звук
У дорожки переменной плотности меняется степень почернения фотографического слоя. При воспроизведении более прозрачный участок пропускает больше света, более тёмный меньше. Во время записи электрический звуковой сигнал управлял светом, который экспонировал движущуюся плёнку. После проявления получалась последовательность участков с разной оптической плотностью.[1]
У дорожки переменной площади меняется ширина прозрачной области. Представьте длинное окошко с двумя волнистыми краями. В одном месте оно шире, в другом уже. Если поперёк этого окошка пустить тонкую световую полоску, количество прошедшего света будет зависеть от ширины открытого участка. В двусторонней дорожке оба края движутся симметрично относительно середины. Две соседние дорожки могут нести разные сигналы стереозаписи.[2]
В обоих случаях последовательность рисунков вдоль ленты задаёт изменение сигнала во времени. На остановленной плёнке вы можете рассмотреть запись, но для обычного непрерывного воспроизведения её надо протягивать через считыватель. Каждый следующий участок занимает место предыдущего, и пространственный рисунок превращается в меняющийся световой поток. Частота повторения рисунка вместе со скоростью ленты определяет частоту сигнала; величина изменений светового потока связана с его амплитудой. Поэтому для чтения звука важны и сама дорожка, и движение плёнки.
Это не только удобная схема на бумаге. Сохранился фильм 1923 года, где Эуби Блейк играет фортепианную фантазию: в системе «Фонофильм» звук был оптически записан на самой плёнке.[3, 2] Рядом в истории существовал другой путь. Система «Витафон», представленная зрителям в 1926 году, держала звук на отдельном диске, который требовалось синхронно запускать с кинолентой.[2] Артисту и его голосу полагалось являться к зрителю одновременно. Общая плёнка давала практическое преимущество: взаимное положение изображения и звуковой записи задавалось одной лентой. Но равномерную протяжку и точную настройку считывателя это, как увидим ниже, не отменяло.[1]
Зачем нужна узкая щель
Освещать сразу большой кусок дорожки было бы ошибкой. Тогда фотоприёмник сложил бы свет от нескольких соседних участков, соответствующих разным моментам записи. Быстрые изменения усреднились бы. Поэтому оптика фокусирует на дорожке изображение узкой щели: длинной поперёк дорожки и тонкой вдоль движения плёнки.[2][1]
Для наглядности возьмём условную скорость ленты полметра в секунду. Один период тона в десять тысяч герц займёт всего пять сотых миллиметра. Попробуйте мысленно наложить на такую запись широкое световое пятно: оно захватит сразу несколько соседних участков, и фотоприёмник получит их общий свет. Чем значительнее охваченная часть периода, тем труднее сохранить чередование максимумов и минимумов. Это расчётный пример, а не размер щели для любого проектора.
Инженерам приходится искать компромисс. Более узкая щель лучше сохраняет высокочастотные подробности, но пропускает меньше света, и сигнал приходится сильнее усиливать. На слышимый результат влияют ширина щели, равномерность освещения и устойчивость питания лампы. Поэтому настройкой одной щели работа не заканчивается.[1]
От фотоприёмника до громкоговорителя
За плёнкой находится светочувствительный прибор. В ранней аппаратуре использовались вакуумные фотоэлементы, позднее кремниевые. Их электрический выход меняется вместе с освещением.[2] На этом этапе в проводах уже есть звуковой сигнал, но его мощности недостаточно для громкоговорителей кинозала.
Сначала предварительный усилитель поднимает уровень слабого сигнала. В тракте также корректируют частотную характеристику, в частности учитывают потери при оптическом считывании. Затем усилитель мощности обеспечивает напряжение и ток для громкоговорителя, где катушка приводит в движение диффузор. Энергию для движения его диффузора даёт питание усилителя; рисунок дорожки задаёт, как этим движением управлять.[1][1] Вот почему маленькая световая полоска может сопровождаться громким оркестром в большом зале.
Откуда берутся треск и дрожание
Фотоприёмник реагирует на прошедший свет и не умеет отличать музыку от дефекта плёнки. Пылинка на прозрачном участке задерживает свет, царапина может изменить прозрачность; в электрическом сигнале возникают посторонние изменения. Поэтому повреждения дорожки слышны как шум и треск.[2]
Есть и другая причина испорченного звука: неравномерная скорость протяжки. Если один и тот же рисунок пробегает через щель то быстрее, то медленнее, меняется частота воспроизводимого сигнала. Длительная нота начинает дрожать.[1] Так знакомая жалоба «плохо звучит фильм» распадается на конкретные вопросы: цела ли дорожка, точно ли настроена оптика, ровно ли идёт плёнка и справляется ли усилитель?
