Poznaliśmy już główne własności fal elektrycznych;
nie wiemy jednak dotychczas, w jaki właściwie sposób przenoszą one muzykę, śpiew, mowę i t. d. Na czem to polega ? W jakich elementach fali kryją się poszcze
gólne dźwięki, zgłoski, litery i t. d.?
Fale elektryczne składają się z postępujących za sobą warstwie elektro-magnetycznych, które rozcho
dzą się ze źródła (stacji nadawczej) na wszystkie strony.
A zatem te warstwice, które niosą na sobie np. skrzyp
cowy dźwięk „a“, muszą się przecież czemś różnić od innych w arstwie następnych, które niosą w praw
dzie również dźwięk „a“, tej samej naw et wysokości, lecz wydobyty z innego instrum entu, np. z fortepianu, trąbki, krtani ludzkiej i t. p. W przeciwnym bowiem wypadku aparat odbiorczy reagowałby na obie partje w arstwie falowych w jednakowy sposób, a w słu
Muzyka fal. 67
chawce radioodbiornika słyszelibyśmy dwa kolejno po sobie następujące dźwięki „a“, o zupełnie iden- tycznem brzmieniu.
Różnice jednak między poszczególnemi dźwiękami mogą być jeszcze bardziej różnorodne. Wszak melodja każdej piosenki składa się z przeróżnych dźwięków, wyższych i niższych, głośnych i cichych, rzewnych i smętnych i t. p. Melodję taką możemy zagrać na dowolnym instrumencie, możemy ją zanucić bez arty
kulacji wyrazów (np. gwizdać), może ją zaśpiewać kobieta lub mężczyzna, podstawiając dowolne słowa i t. d. W każdym z tych wypadków otrzymamy w ca
łości tę samą melodję, lecz poszczególne jej dźwięki są przecież w każdym wypadku inne. A wszystko to musi być w jakiś sposób wyryte i utrwalone w skład
nikach fali elektrycznej.
Celem należytego zrozumienia tej rzeczy rozważmy najpierw gruntownie znamiona dźwięków głosowych.
Głos jest to wrażenie słuchowe, jakiego doznajemy wtedy, gdy do naszego ucha dochodzą perjodyczne wstrząsy jakiegokolwiek ośrodka materjalnego (np.
powietrza), ale pod warunkiem, źe częstość tych w strzą
sów czyli drgań wynosi co najmniej 16, a co najwyżej 40.000 w przeciągu każdej sekundy. Jasną jest rzeczą, że w strząsy te muszą pochodzić z jakiegoś źródła, a więc muszą być wywołane drganiem jakiegoś ciała sprężystego, np. struny skrzypcowej, fortepianowej, krtani ludzkiej, błony gramofonowej, słuchawki telefo
nicznej i t. p.
Mechanizm powstawania dźwięku przedstawia nam ryc. 26. Widzimy tu cienką blaszkę żelazną b b (wi
dok zboku), umieszczoną w małej odległości od
elek-5*
68 Muzyka fal.
tromagnesu E. Blaszka ujęta jest w odpowiednią opra
wę, np. w lejkowaty pierścień, jak to ma miejsce w słu
chawkach telefonicznych. Prądu elektrycznego dostar
cza ogniwo wzgl. bate-
wotnego położenia. Wielkość ugięcia blaszki zależy od natężenia prądu; im bowiem prąd silniejszy, tern silniejszy będzie elektromagnes, a więc tern silniej po
ciągnie blaszkę ku sobie.
Gdybyśmy zamykali i przerywali prąd naprzemian bardzo szybko po sobie, np. 435 razy na sekundę, to blaszka byłaby tyleż razy przyciągana i odrzucana, czyli drgałaby 435 razy na sekundę, stając się źródłem dźwięku „a“. Drgając bowiem w środowisku atmosfe- rycznem, wytwarzałaby fale głosowe, polegające — jak wiemy — na perjodycznem zagęszczaniu i rozrze
dzaniu powietrza.
Tu zaznaczyć należy, że blaszka taka, jako
mate-Ryc. 26. Drgania blaszki b b stają
się źródłem dźwięku.
Muzyka fal. 69
rjał sprężysty i zdolny do drgania, posiada z natury rzeczy pewną, ściśle określoną liczbę swoich własnych drgań swobodnych, jednakow oż w pewnych warun
kach można zmusić każde ciało do wykonywania do
wolnej ilości drgań, wzgl. wahań, niezależnie od liczby jego drgań swobodnych. Mówimy wtedy, że ciało wykonywa drgania wymuszone. Potrzeba do tego tylko odpowiednio wielkiej siły; Możemy przecież chwy
cić np. wahadło zegarowe do ręki i poruszać niem przemocą tak często, jak się nam podoba, bez względu na to, jaka jest długość wahadła. Trudniej natomiast przyszłoby nam to samo uczynić z ciężkim dzwonem kościelnym, gdyż m asa dzwonu jest zbyt wielka, a siła nasza za słaba.
Ilekroć jednakże masa ciała sprężystego jest mała, a siła, potrząsająca masą, dostatecznie wielka, to ciało ulegnie posłusznie działającej nań sile. Siła musi oczy
wiście działać bezustannie, przyczem wielkość jej może się chwilami zmieniać w dowolnych granicach od pew
nej wartości największej aż do zera.
W naszym przykładzie (i w każdej słuchawce te lefonicznej) blaszka jest bardzo lekka, a elektromagnes dostatecznie silny. Wobec tego blaszka może wykony
wać drgania wymuszone o każdej ilości drgań, zależ
nej tylko od częstości zmian prądu elektrycznego.
Sprzyja tem u jeszcze niewielka odległość blaszki od elektrom agnesu oraz pierścieniowy sposób ujęcia bla
szki, utrudniający zbytnią swobodę jej własnych a nie
pożądanych ruchów drgających. Blaszkę taką nazy
wamy membraną telefoniczną.
Różnorodność dźwięków stoi w ścisłym związku z różnorodnością drgań źródła dźwiękowego. I tak:
70 Muzyka fal.
1. Im szybsze są drgania ciała (np. membrany), tern dźwięk jest wyższy.
2. Im większe są wychylenia ciała drgającego, tem dźwięk jest głośniejszy, czyli— jak się zwykle mówi — natężenie dźwięku jest większe. Różne stopnie natę
żenia dźwięku określamy w muzyce takiemi nazwami, jak piano, forte, fortissimo i t. p. Mogą zatem być dwa dźwięki o jednakowych wysokościach, lecz o różnych natężeniach i naodwrót.
3. Niezależnie od szybkości drgań i wielkości w y
chylenia ciała drgającego może być jeszcze sposób każdego wychylania się bardzo różnorodny.
Mianowicie wszystko to, o czem była mowa w roz
dziale V, odnosi się także i do drgającej membrany.
Jeśli bowiem weźmiemy pod uwagę jakikolwiek, np.
środkowy punkt P membrany (ryc. 26), to widzimy, że punkt ten doznaje w czasie uginania się membrany przesunięcia w kierunku elektromagnesu do pozycji Pu Punkt ten nie posiada takiej swobody ruchów, jaką posiadałaby np. mucha, zamierzająca przedostać się z miejsca P do Pt ; musi on bowiem z konieczności poruszać się jedynie po najkrótszym odcinku pro
stym PPt. Jednakże naw et ten krótkotrwały ruch może odbywać się z najrozmaitszemi prędkościami, przystan
kami i innemi przygodami po drodze. Bo chociaż to droga niedługa i gołem okiem prawie niedostrzegalna (wynosi zwykle ułamek milimetra), to składa się ona przecież z poszczególnych etapów, przez które kolejno przechodzi punkt P. Otóż w tych właśnie niezliczonych sposobach i możliwościach przedostawania się punktu od etapu do etapu tkwi specyficzne piętno każdego dźwięku, zwane barw ą dźwięku.
Muzyka fal. 71
Tak więc każdy instrum ent muzyczny wydaje za
wsze dźwięk o pewnej charakterystycznej dlań barwie dlatego, że drgania (swobodne) każdego instrumentu odbywają się w pewien ściśle określony sposób. Mem
brana zaś telefoniczna, pobudzana zapomocą prądu do drgań wymuszonych, może wychylać się na różne sposoby i dlatego właśnie może wydawać dźwięki o przeróżnych barwach.
Ryc. 27. Głoski U (I, II, IH), O (IV, V), A (VI).
Wszystkie te znamiona możemy także wyrazić sym
bolicznie przy pomocy linij falowych. Mianowicie, gdy
byśmy pod drgającym punktem P przesuwali pasek papieru, to punkt nasz kreśliłby na pasku różno
rodne kształty linij falowych, przedstawionych na ryc. 27 (I—VI).
Odczytajmy te symbole. Oto widzimy tu sześć linij falistych, częściowo naw et podobnych, ale zasadniczo różnych od siebie. Już na pierwszy rzut oka uderza podobieństwo kształtów linij I, II i m , gdyż różnią się one między sobą tylko wymiarami. Także linje r v i V mają kształty jednakowe, a tylko wielkości różne. Linja VI posiada kształt odrębny od innych.
IV
72 Muzyka fal.
Otóż — jak wiemy — kształty linij falistych ozna
czają barwy dźwięków, skąd wynika, że w tych sze
ściu linjach kryją się tylko jakieś trzy oddzielne i różne od siebie barw y dźwięków. Istotnie, linje I, II i n i oznaczają głoskę „U“, linie IV i Y głoskę „ 0 “, zaś linja VI głoskę „A“. (Niechaj czytelnik nie miesza głoski „A“
z dźwiękiem „a“. Od głoski „A“ rozpoczynają się ta kie wyrazy, jak Adam, azot i t. d., — niezależnie od tego, czy wymawiamy je głośno, cicho, basem, sopra
nem i t. p .; natom iast dźwięk „a“ [435 drgnień na sekundę] oznacza pewną, taką a nie inną, wyso
kość dźwięku i bynajmniej nie musi być zanucony głoską „A“).Innem i słowy, jakiekolwiek źródło dźwięku, wymawiające głoskę np. „U“, wykreśliłoby na pasku papieru linję falistą o kształtach, podobnych do I, H i HI, t . .j. linję o fałdach spokojnych, bez żadnych do
datkowych załamań, zygzaków i t. p.
Jednakże porównując ze sobą linje I i II, widzimy, że źródło dźwięku, kreślące linję II, musiało posiadać znacznie większe wychylenia, niż źródło, kreślące linję I.
Wynika więc stąd, że dźwięk „U“, przedstawiony na linji II, był znacznie głośniejszy od „U“ przedstawio
nego na linji I.
Porównując zaś dwie pierwsze linje z linją III, wi
dzimy, że źródło dźwiękowe, kreślące linję III, musiało drgać szybciej (2 razy), niż przy kreśleniu linji l i n , tudzież wychylało się coraz to silniej, skąd wynika, że jest to „U“ wyższe (o oktawę) od obu poprzednich, a zarazem coraz głośniejsze.
Linja V oznacza, że przedstawiony na niej dźwięk , 0 “ był wymawiany ciszej, niż takież samo „ 0 “, wy
kreślone na linji IV.
Muzyka fal. 73
Ruchy membrany, odpowiadające pierwszej (I) i ostatniej (VI) linji falowej, przedstawione są także na ryc. 28. Każdy szereg przedstaw ia tu kolejne etapy uginania się blaszki w ciągu jednego wychylenia.
W pierwszym szeregu blaszka ugina się stopniowo co
raz więcej, poczem y
bie w ciągu każdej przechadzki na różne wybryki; mia
nowicie zaraz z początku ugina się bardzo silnie, po chwili cofa się nieznacznie, następnie znowu ugina się silniej i znowu cofa, potem jeszcze raz ugina, aż w resz
cie w raca do dawnego położenia, by za chwilę całą tę historję rozpocząć na nowo. Ale właśnie dzięki tym wybrykom, popełnianym perjodycznie w ciągu każdego drgnienia, blaszka przemawia do nas żywem słowem — w tym wypadku niebardzo ciekawem, gdyż byłoby to jakieś westchnienie, a może tylko ziewanie o brzmie
niu A a a a ...
Ażeby membrana wychylała się tak, a nie inaczej, musi nad tern czuwać odpowiednio regulowany prąd wraca napowrót do
74 Muzyka fal.
elektryczny. On to bowiem sprawia, że elektromagnes, zasilany raz słabszym, to znowu silniejszym prądem, ciągnie ku sobie blaszkę ze zmienną wciąż siłą. Bla
szka zaś — jako m aterjał sprężysty — usiłuje przy każdem osłabieniu elektromagnesu wrócić do pierwot
nego położenia równowagi. Zaledwie jednak zacznie się cofać, już elektromagnes staje się silniejszy i znowu ciągnie ją mocniej ku sobie. W skutek tego blaszka rada nierada daje się za nos wodzić, a rezultatem takich igraszek jest zawsze jakaś charakterystyczna barw a dźwiękowa.
Jeżeli teraz uwzględnimy, że częstość drgań dźwię
ków, używanych najpospoliciej w mowie, śpiewie i mu
zyce, obraca się w granicach od kilkudziesięciu do kilku tysięcy drgnień na sekundę, a każde drgnienie wymaga — zależnie od barw y dźwięku — jeszcze pewnej ilości zmiennych impulsów prądu, to łatwo zrozumiemy, że na wydobycie jakiegoś określonego dźwięku z membrany telefonicznej potrzeba użyć olbrzymiej częstości zmian natężenia prądu w prze
ciągu każdej sekundy.
Zadania tego nie może spełnić zwyczajna baterja, dostarczająca prądu stałego o jednakowej i niezmiennej sile. Należy tu więc użyć jakiegoś innego źródła prądu.
Takiem zaś źródłem może być antena odbiorcza, w któ
rej — jak wiemy — powstają pod działaniem nadcią
gających fal elektrycznych bardzo szybkozmienne prądy elektryczne. Prądy te są zarazem wiernem odzwier
ciedleniem wszystkich własności fali elektrycznej.
Przypomnijmy sobie teraz znamiona pól elektrycz
nych i magnetycznych. Mieliśmy tam (w rozdziale V) częstość zmian, wielkość natężenia i sposób powsta
Muzyka fal. 75
wania wzgl. zanikania pól. Wszystkie te czynniki można nieograniezenie zmieniać i dowolnie kształtować, od- działywając w odpowiedni sposób na źródło fal elek
trycznych. Źródłem jest oczywiście radiostacja na
dawcza.
Zasada formowania fal elektrycznych jest następu
jąca. Przypuśćmy (dla prostoty), że radjostacja n a
dawcza wytw arza tylko pola magnetyczne. Źródłem więc takiego falowania magnetycznego może być elek
tromagnes E (ryc. 29). Niech prądu dostarcza bate- rja B. W obwód prądu włączony jest jeszcze przy
rząd M, zwany mikrofonem. Jest to metalowa puszka, wypełniona drobnemi ziarnami węglowemi (specjal
nego gatunku) i przykryta cienką płytką węglową.
Węgiel, włączony w tej formie w obwód prądu, stawia ruchowi elektryczności olbrzymi opór, wskutek czego prąd elektryczny jest bardzo słabiutki. Armja bowiem elektronów, pędzących jak lawina z baterji przez drut do mikrofonu, napotyka w nim nagle na
76 Muzyka fal.
znaczne przeszkody. Dzieje się tak dlatego, że drut metalowy stanowi dla elektronów wygodną szosę, po której mogą się one w wielkich kolumnach poruszać swobodnie; ziarna zaś węglowe, rozsypane w mikro
fonie, to jakby głazy, rozrzucone tu i ówdzie w ba
gnistym terenie. Elektrony więc muszą się teraz z trud
nością przeciskać od ziarna do ziarna i to tylko po
przez nieliczne stosunkowo miejsca zetknięcia po
szczególnych ziarenek. W rezultacie zatem tylko garstka wybrańców przedostaje się co pewien czas na drugą stronę mikrofonu, wywierając tern samem znikome działanie na elektromagnes.
Skoro jednak naciskamy płytkę do wnętrza puszki (ryc. 29, Mx), to ziarna węglowe przylegają silniej do siebie i ułatw iają w ten sposób drogę dla większej ilości elektronów. Prąd elektryczny staje się zaraz sil
niejszy, a wślad za tern wzmaga się również natęże
nie pola magnetycznego. Oczywiście, im mocniej na
ciśniemy płytkę, tern silniej wzmocnimy pole magne
tyczne.
Tak więc nieznaczne ruchy płytki węglowej mogą oddziaływać potężnie na charakter pól magnetycznych.
Płytka taka może drgać z dowolną częstością i na różne sposoby, a wszelkie znamiona jej drgań zostają zaraz wyryte w odpowiednio ukształtowanem polu magnetycznem.
Mikrofon jest tak czułym przyrządem, że płytkę jego można pobudzać do drgań naw et zapomocą sła
bych podmuchów powietrza, wywoływanych falami głosowemi. W ystarczy w tym celu mówić, śpiewać lub grać wpobliżu mikrofonu.
Każdemu dźwiękowi odpowiada charakterystyczne
Muzyka fal. 77
drganie powietrza, które w swoisty sobie sposób po
trząsa płytką mikrofonu. Różne zaś drgania płytki normują odpowiednio natężenie prądu. Ukształtowane w ten sposób pola magnetyczne odrywają się od elek
tromagnesu i biegną szybko naprzód, a napotkawszy po drodze antenę odbiorczą, wywołują w niej takież same prądy elektryczne, jakie krążyły w obwodzie mikrofonowym radjostacji nadawczej. Prądy te, do
prowadzone do słuchawki telefonicznej, pobudzają jej membranę do drgań identycznych z drganiami płytki węglowej mikrofonu. W skutek tego membrana odtwa
rza takie same dźwięki, jakie na stacji nadawczej pa
dały do mikrofonu. Oto istota radjofonji czyli przeno
szenia głosu na odległość zapomocą fal elektrycznych.
Myliłby się jednak każdy, ktoby sądził, że sprawa ta jest w rzeczywistości tak prosta, jakby to z po
wyższego wyjaśnienia wynikało. Bo pomijając już n a wet skomplikowaną aparaturę radjostacji nadawczej (jak generatory, wzmacniacze, specjalne typy mikro
fonów i t. p.), zwrócimy tylko uwagę na pewną za
sadniczą trudność, z powodu której zwyczajny elek
trom agnes do takich celów zupełnie się nie nadaje.
Oto zasiąg stacji nadawczej, reprezentowanej przez elektromagnes (solenoid lub jakikolwiek inny obwód zamknięty), ograniczałby się do bardzo małej odległo
ści. Nie pomógłby tu najsilniejszy naw et prąd elek
tryczny, ponieważ pola przeciwległych sobie części przewodnika zamkniętego posiadają przeciwne wła
sności kierunkowe.
Rozważmy bowiem zachowanie się busoli, umie
szczonej obok przewodnika, przez który płynie prąd elektryczny. Busola ustawia się zawsze równolegle
78 Muzyka fal.
(wzgl. stycznie) do kierunku linij sił magnetycznych (ryc. 30, a b), przyczem zwrot busoli (zaznaczony strzałką na końcu igły magnetycznej) zależy od kie
runku prądu. Otóż w przewodniku lewym (a) prąd płynie od dołu do góry, w prawym zaś (b) od góry do dołu. Zatem i pola magnetyczne, roztaczające się dokoła tych przewodników, mają kierunki wręcz prze
ciwne.
Jeżeli teraz ustawimy oba te przewodniki wpo- bliżu siebie, to oba rodzaje linij sił magnetycznych
Ryc. 30. Igła busoli ustawia się stycznie do linji siły magnetycznej, zwrot igły zależy od kierunku prądu, względnie od kierunku biegu
linij sił magnet.
będą się nakryw ały wzajemnie, a więc jeden i ten sam obszar będzie jednoczesnem i wspólnem siedli
skiem dwóch sprzecznych ze sobą pól magnetycz
nych. Busola, umieszczona w takim obszarze, znalazłaby się pod działaniem dwóch sił, usiłujących wychylać ją równocześnie w dwóch przeciwnych sobie kie
runkach.
W takiem właśnie kłopotliwem położeniu znajduje się busola B (ryc. 31), umieszczona w pewnej odle
głości od obwodu zamkniętego (kierunek prądu w ob
wodzie wskazują strzałki). W lewej gałęzi prąd pły
Muzyka fal. 79
Ryc. 31. Siły magnetyczne pola działają na busolę B w dwóch przeciwnych sobie kierunkach; igła busoli nie odchyla się wcale.
(Ściśle rzecz biorąc, to w powyższym przykładzie pole, pochodzące od gałęzi prawej, oddziaływa na bu
solę silniej, niż pole gałęzi lewej, ponieważ busola znajduje się nieco bliżej gałęzi prawej, niż lewej.
W miarę jednak oddalania busoli od obwodu różnica ta coraz bardziej się zaciera).
Otóż każdy elektromagnes wzgl. solenoid składa się właśnie z większej ilości zwojów, wytwarzających oba rodzaje pól jednocześnie. W ynika stąd, że źró
dłem pól magnetycznych, nadających się do radjofonji, musi być koniecznie przewodnik jednokierunkowy, a nie obwód zamknięty. Takim przewodnikiem „otwar
nie z dołu do góry, w prawej zaś z góry do dołu.
Pola magnetyczne, wytworzone przez obie gałęzie, są względem siebie kierunkowo przeciwne (oznaczono je na rysunku linjami ciągłemi i przerywanemi). Oczy
wiście, busola w takich warunkach reagować nie może.
Nie zareaguje też żaden inny detektor.
8 0 Przeobrażenia dźwięków.
tym “ jest znany już nam układ, złożony z dwu róż- noimiennie naelektryzowanych prętów A i B, połą
czonych ze sobą drutem, czyli antena nadawcza.
R o z d z i a ł IX.