...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич (онлайн книги бесплатно полные .TXT) 📗
Что это за загадочные каналы? Есть они на самом деле или их нет? Если вам не терпится узнать это, приступайте, не откладывая, к чтению следующей главы.
Дирижер "цифрового оркестра"
Оркестр чужо смотрел, как
выплакивалась скрипка
без слов,
без такта.
И только где-то
глупая тарелка
вылязгивала:
"Что это?
Как то?". В. В. Маяковский
Однажды вечером вы пришли в оперный театр. Спектакль еще не начался, но в оркестровой яме уже расселись по своим местам музыканты. Вот они начинают настраивать инструменты. Прислушайтесь, из оркестровой ямы в зал несутся самые невообразимые звуки. Кажется невероятным, что этот хаос звуков через несколько минут превратится в стройное и красивое звучание. Но тут появляется дирижер, взмахивает палочкой, и мы погружаемся в стройный мир чарующих звуков.
Да, в оркестре дирижер - самая главная фигура. Кстати, в переводе с французского diriger означает "управлять". Он и в самом деле управляет этой сложной организацией - оркестром: тщательно выдерживает темп исполнения музыкального произведения, вовремя указывает, когда нужно вступить тому или иному инструменту. Ведь если даже один исполнитель будет играть в другом темпе, красивого и слаженного звучания оркестра не получится.
Попробуйте представить себе ситуацию, когда при исполнении "Первого концерта для фортепиано с оркестром" П.И. Чайковского пианист играл бы вдвое быстрее. Если бы такой концерт состоялся, то пианист закончил бы свою партию намного раньше других, раскланялся и ушел со сцены, а оркестр продолжал бы выступление. Нелепость такой ситуации очевидна. Или вообразите себе "дирижера-новатора", который умеет идеально поддерживать темп исполнения, но с целью сокращения времени концерта предложил бы всем инструментам оркестра начать свои партии одновременно, т. е. не так, как это указано в партитуре. Согласитесь, такое исполнение могло бы претендовать на блестящую находку в музыкальном театре абсурда. Словом, задача дирижера состоит в том, чтобы все инструменты в оркестре играли в такт и вступали в игру каждый в свое время. Специалисты по управлению сложными системами сказали бы, что дирижер синхронизирует действия музыкантов.
Но не всякий любит ходить в театр. Кто-то предпочитает слушать музыку, расположившись в мягком и удобном домашнем кресле. Ну что же, для этого у нас существует трансляция концертов из театров и концертных залов. Включайте радиоприемник и наслаждайтесь. Правда, не очень естественно, когда звучание целого оркестра исходит из одной точки - громкоговорителя. Чтобы полностью передать звуковую панораму реальной сцены, необходимо установить несколько (чем больше, тем лучше) микрофонов, передать от них сигналы по отдельным каналам (конечно же, превратив их в потоки цифр) и подать принятые сигналы на свои громкоговорители. Конечно, это очень сложно и дорого. Поэтому сейчас повсеместно принята стереофоническая система передачи, требующая всего два микрофона и два громкоговорителя. Подавайте отвлечемся ненадолго от реальности с ее суровыми экономическими законами и позволим себе, хотя бы только в нашем воображении, увидеть оркестр, где перед 30 исполнителями установлены 30 микрофонов, а также большую домашнюю залу, в которой вы, читатель, уютно устроились перед 30 небольшими громкоговорителями, расставленными в том же порядке, что и микрофоны на сцене. Вы закрываете глаза и погружаетесь в волнующий мир бессмертной музыки Чайковского. Создается полная иллюзия присутствия в концертном зале.
Но что это? Почему вдруг вместо прекрасной мелодии мы слышим жуткую какофонию, почему снова возник хаос звуков? Может, дирижер покинул свой пульт, бросив оркестр на произвол судьбы? Нет, с ним все в порядке, он у пульта. Да и оркестр по-прежнему покоряет своим виртуозным исполнением публику, сидящую в зале. Оказалось, что управление отсутствует не в оркестровой яме, а в цифровой системе передачи, которую мы использовали для трансляции концерта. "Двери", пропускающие токи музыкальных звуков каждого канала, на передаче и приеме стали открываться не синхронно, не в такт, а "хлопать" как попало, ЦАП свои действия перестал "согласовывать" с действиями АЦП и принялся "расшифровывать" совсем не те "куски" цифрового потока. Это-то и стало причиной музыкального тарарама. Значит, и в нашей системе передачи, этом своеобразном "цифровом оркестре", нужен свой "дирижер", который управлял бы действиями всех "исполнителей" - мультиплексоров, АЦП, ЦАП и других, отбивая единый такт и обеспечивая тем самым их синхронную работу.
Проблема обеспечения синхронной работы различных устройств в технике не нова. Взять хотя бы обычный автомобильный двигатель. В его цилиндрах создается поступательное движение поршней, которое преобразуется с помощью коленчатого вала во вращение колес автомобиля. Все узлы двигателя должны работать строго синхронно. Когда в первом цилиндре происходит всасывание горючего, поршень идет вниз, открывается клапан и впрыскивается топливо, во втором цилиндре идет такт сжатия - поршень движется вверх, все клапаны закрыты. Одновременно в третьем цилиндре воспламеняется горючая смесь. Следовательно, нужно своевременно подать высокое напряжение на свечу именно данного цилиндра и вызвать искру между ее электродами. Делает это специальный распределитель. Но есть еще и четвертый цилиндр. В нем в данный момент-рабочий такт, т. е. поршень идет вниз и "крутит" коленчатый вал, открывается клапан для выпускания отработанных газов. Указанные процессы - открытие и закрытие клапанов, воспламенение смеси и т.д. - должны выполняться, еще раз подчеркнем, согласованно, вовремя, строго "по расписанию". Иначе двигатель будет "барахлить", а то и откажет вовсе. Управляет всеми описанными процессами специальная механическая система синхронизации.
Существуют и природные системы синхронизации. Как полагают ученые, биоритмы нашего организма, которые связаны со всеобщим суточным ритмом, синхронизируются естественным электромагнитным полем планеты.
В лесу часто можно встретить живые фонарики - светлячков. Нередко они собираются большими компаниями и общими усилиями неплохо освещают какой-нибудь куст на лесной поляне. Но что удивительно, есть светлячки, которые пользуются мигающим светом, причем они синхронизируют работу своих светильников, зажигая их все разом. Такие вспышки в ночном лесу хорошо видны. Интересно, какой принцип положен в основу подобной системы синхронизации?
В книге "Жизнь лесных дебрей" Б.Ф. Сергеева можно встретить описание еще одной весьма любопытной синхронной деятельности светлячков: "Одна часть светлячков, обычно представители слабого пола, не зажигая сигнальных огней, чтобы не привлекать внимания хищников, спокойно ждет появления самцов, с комфортом устроившись в траве или в ветвях деревьев. С наступлением темноты женихи отправляются на поиски, вспышками своих фонариков методично посылая световые призывы. Заметив сигнал, самка немедленно отвечает. Чтобы крылатый кавалер не ошибся, самка на каждую вспышку его фонарика отвечает своей, загораясь через строго определенный интервал после призыва самца. Свет ее фонарика служит для самца маяком, помогая разыскать невесту, а интервал - удостоверением личности, позволяющим установить видовую принадлежность откликнувшейся дамы. У этих насекомых точные хронометры и во время смотрин ошибок практически не бывает". Ну чем не материал для рубрики "Их нравы"?
Вернемся все же к цифровой системе передачи. Итак, совершенно ясно, что такие устройства, как АЦП и ЦАП, должны работать, как говорится, в такт, синхронно. Если, скажем, АЦП выдает 8-разрядные кодовые слова:
