Rispolveriamo lo scatolone degli oggetti smarriti e… toh, troviamo un articolo tratto da Modern Mechanics del luglio 1931. A dire il vero, per molti aspetti sorprendente ancora oggi…



La scienza scopre nuovi strabilianti impieghi del suono

del Dr. Sergius P. Grace,
assistente del vicepresidente dei Bell Telephone Laboratories,
come riferito a J. Earle Miller

 

Grazie a stupefacenti scoperte fatte di recente nel campo del suono, ben presto si avrà la facoltà di parlare in tutto il mondo, i sordomuti riusciranno a udire e le comunicazioni nelle aree di combattimento verranno rivoluzionate. Nel presente articolo sono descritte le stupefacenti invenzioni che rendono possibili tali traguardi.

– rivista Modern Mechanics and Inventions, luglio 1931

 

Dispositivi per migliorare l’udito

In una recente conferenza sulle nuove meraviglie in fase di sviluppo presso i Bell Laboratories, ho posizionato il mio dito a contatto con l’orecchio di uno degli astanti e costui ha “udito” musica e parole, anche se sul palco non era udibile alcun suono.
Si trattava di proiezione elettrostatica di un flusso di parole direttamente nel cervello umano. Il flusso era stato trasformato in corrente elettrica ad alta tensione [e] fatta passare attraverso il mio corpo, mentre il timpano e relativo tessuto circostante del soggetto fungevano da armatura di un ricevitore a condensatore.
Pur essendo, per il momento, solo un esperimento di laboratorio, nondimeno si tratta di uno dei numerosi recenti ritrovati che stanno aprendo inedite prospettive nel campo dell’udito, contribuendo a perfezionare i dispositivi per la trasmissione del suono e a restituire l’udito ai sordi. Come indicato da alcuni operatori del settore della ricerca, esiste la concreta possibilità che la scienza renda praticabile “udire” senza ricorrere affatto al timpano.
Si è scoperto che l’udito è in parte una manifestazione elettrica in cui nel nervo acustico si genera un’esigua corrente. Non molto tempo fa, presso la Princeton University sono stati impiantati dei contatti elettrici in corrispondenza del nervo acustico e del cervello di un gatto, l’esigua corrente è stata amplificata tramite valvole di una radio e le parole sussurrate nell’orecchio del gatto vivo e vegeto in una stanza sono state riprodotte, tramite diffusori acustici, in un’altra stanza.
Presso i Bell Laboratories non solo abbiamo elaborato uno speciale apparato per rendere più agevole ai soggetti sordi l’uso del telefono, ma abbiamo anche creato svariate attrezzature portatili, note con la denominazione di audiophones, che aiutano questi sventurati a intrattenere una conversazione con gli amici. Pochi si rendono conto che esiste un limite massimo definito al livello sonoro tollerabile dall’orecchio umano, al punto che i casi estremi di sordità vanno oltre le possibilità persino del più potente amplificatore.
Sotto la direzione del Dr. Harvey Fletcher abbiamo approntato l’audiometro, ovvero uno strumento per la misurazione dell’udito, il quale dimostra in modo irrefutabile che ciascun caso di sordità è a sé stante e che un ausilio acustico-uditivo efficace per un individuo potrebbe risultare del tutto inadatto a un altro soggetto. Il Dr. Fletcher ha elaborato un semplice metodo nel cui contesto un soggetto legge ad alta voce elenchi di parole, alla distanza di un metro dal congegno trasduttore. Un elenco contiene cinquanta vocaboli quali “bat, bite, boot, beat”, ciascuno con vocale differente; l’altro elenco contiene cinquanta vocaboli quali “by, high, thy, guy, why”, con consonante differente. Dopo aver condotto questo test con svariati ausili acustici-uditivi, e aver conferito agli errori con le consonanti un punteggio doppio rispetto alle vocali, l’utente è in grado di stabilire quale dispositivo si adatta meglio al proprio particolare tipo di sordità.


L’invertitore di segnale vocale

La proiezione del segnale vocale direttamente nel cervello è solo una delle fantastiche meraviglie degli ultimi anni. Ogni giorno l’aria si riempie di messaggi radiotelefonici transoceanici, che compiono la ‘trasvolata’ fra New York e l’Europa, l’America del Sud, l’Australia e il Sudafrica. Da qualsiasi telefono in territorio statunitense è possibile chiamare qualsiasi abbonato di quei remoti angoli del globo ma, quando si parla, nessun ‘origliante’ è in grado di ascoltare di nascosto. Nei recessi del sottosuolo di New York, la vostra voce passa attraverso un meccanismo di inversione del segnale vocale che la trasforma in un nuovo linguaggio, incomprensibile all’orecchio. Con paziente pratica e dedizione qualcuno può imparare alcuni dei vocaboli invertiti, tuttavia molti di questi sono suoni che la laringe umana non ha la facoltà di padroneggiare.
Sotto il profilo teorico l’invertitore di segnale vocale è alquanto semplice. Una normale conversazione telefonica rientra in vibrazioni di gamma compresa fra i 100 e i 2.900 cicli. Quando si procede all’inversione, ciascuna vibrazione viene sostituita da una nuova la cui frequenza è uguale a qualche frequenza costante selezionata, meno la frequenza del suono originale. Per la frequenza costante possiamo utilizzare 3.000 cicli, quindi una nota bassa di 100 cicli viene così trasformata in un’acuta voce di soprano di 2.900 cicli, mentre le note alte vengono invertite in basso profondo. Il risultato è assai simile a quello ottenuto facendo passare la luce attraverso la lente di una macchina fotografica che capovolge l’immagine, di modo che nell’apparecchio la sommità di quest’ultima viene inquadrata sulla parte inferiore della pellicola e la parte inferiore dell’immagine appare sulla sommità.
All’altro estremo dei circuiti radiofonici transoceanici invertitori analoghi invertono il processo e il ricevente all’altro capo percepisce vocaboli normali.
Se ci sarà un’altra guerra, l’invertitore di segnale vocale potrebbe rivoluzionare la questione della segretezza non solo nelle conversazioni via radio ma anche in merito alle linee telefoniche al fronte dato che, cambiando semplicemente il ciclo in base a una disposizione predeterminata, il nemico non sarebbe in grado di captare e tradurre il messaggio, anche ricorrendo a un macchinario simile.
Un esperimento interessante consiste nell’imparare a pronunciare alcune parole in linguaggio invertito, in modo da rendere possibile parlare in un microfono e farle uscire dall’invertitore in inglese comprensibile. Se, ad esempio, riuscite a pronunciare “Cyaneon Playfeen Acecilofin” nel trasmettitore, l’apparato telefonico di inversione riprodurrà “Illinois Telephone Association”. Esistono comunque parti di suono che nessuna gola umana è in grado di padroneggiare; una semplice parola come “company”, ad esempio, diventa “crink-a-nope”.


Comunicazioni segrete wireless

Parlando dei possibili utilizzi bellici del nuovo apparato sonoro, la “luce parlante”, ovvero uno dei più interessanti attrezzi ancora in fase sperimentale di laboratorio, offre l’opportunità di elaborare comunicazioni segrete wireless dalla linea del fronte alle retrovie.
La luce parlante è un arco elettrico in cui la fiamma funge da altoparlante, ed è possibile farlo funzionare quasi al volume di un valido diffusore dinamico. Il principio a monte di tale fenomeno venne scoperto da Alexander Graham Bell, inventore del telefono, e da Hammond V. Hayes, uno dei primi ingegneri della Bell System. I due scoprirono che il segnale vocale poteva essere trasmesso tramite un fascio di luce e che quando un microfono telefonico era connesso lungo i terminali di un arco elettrico fra le barre di carbonio, l’arco incandescente riproduceva le parole espresse nel microfono. Al contempo, si emettevano fasci di luce utilizzabili per inviare le parole a svariate miglia.
Abbiamo riscontrato che la luce non solo parla, ma viene modulata dalla corrente della voce, proprio come il bagliore di una lampada al neon viene modulato dai segnali che raggiungono un ricevitore televisivo. Impiegando cellule fotoelettriche è possibile raccogliere il fascio di luce modulata per riprodurlo direttamente presso un punto lontano in forma di parole dette. Tale sistema sarebbe all’avanguardia in fatto di tecnologia wireless direzionale, in quanto nessuno riuscirebbe ad ascoltare di nascosto se non inserendo una valvola fotoelettrica nel fascio; e con quest’ultima diretta dalle linee del fronte alle retrovie, il nemico non riuscirebbe a origliare.
Alcuni astanti che hanno avuto modo di ascoltare alcune mie relazioni sul nostro lavoro presso i Bell Laboratories sono rimasti sconcertati dal fatto che io passeggio in continuazione sul palco e non si vede alcun microfono; la mia voce giunge loro assai amplificata tramite gli altoparlanti adibiti alle comunicazioni al pubblico. il segreto consiste in un minuscolo microfono, non più grande di un quarto di dollaro, nascosto nel taschino del mio abito e collegato a un’antenna a filo che giunge al pavimento all’interno del mio abito. Originariamente elaborato come microfono destinato a un operatore telefonico, ora il congegno svolge la propria funzione in un ambito del tutto differente.


Traduzione: "Usando il nuovo arco "parlante" mostrato nella foto a sinistra, le truppe della trincea in prima linea possono comunicare con la retroguardia senza timore di essere intercettati dal nemico. Il raggio emanato dall'arco viene raccolto da una fotocellula e trasformato in voce dall'amplificatore".



Sventare le rapine in banca

Un altro impiego per microfoni di dimensioni ridotte ed estrema sensibilità concerne la sorveglianza delle camere blindate della Federal Reserve e di altre banche. Nelle pareti di tali camere sono inseriti minuscoli microfoni, talmente sensibili che il lieve contatto di una mano sulla camera li aziona, mentre sono regolati per non ‘considerare’ i passi percepiti nelle vicinanze, gli automezzi pesanti che circolano all’esterno e lo sferragliamento dei treni della metropolitana.
Un provetto ingegnere elettrico sarebbe forse in grado di individuare uno dei circuiti e, dopo un accurato esame, determinare l’esatta quantità di resistenza da inserire in linea e in tal modo eludere i microfoni per un arco di tempo in cui eventuali rapinatori potrebbero operare. Di conseguenza, onde tutelarsi da questa pur remota possibilità, gli agenti di guardia hanno in dotazione un congegno tramite il quale, a intervalli regolari, possono passare in esame un intero ciclo di cambiamenti di resistenza e verificare se qualcuno ha manomesso il circuito. Con questo sistema, nemmeno il più abile rapinatore ha la benché minima possibilità di successo.


Meccanismo di ritardo del segnale vocale

Un altro esperimento di laboratorio che suscita sempre un certo fascino nel pubblico è il meccanismo di ritardo del segnale vocale, che in una forma è un semplice congegno da intrattenimento, mentre in un’altra è un’importante parte del sistema radiotelefonico transoceanico. Grazie a una lunga molla elicoidale collegata a una capsula microfonica a un’estremità del palco, è possibile ritardare lo spostamento delle vibrazioni vocali lungo il filo, in modo da parlare a un’estremità e udire le parole uscire dall’altra con un certo ritardo. Si tratta in definitiva di una questione meccanica, in quanto la foggia della molla elicoidale di fatto ritarda lo spostamento delle onde sonore.
Nel sottosuolo newyorchese ogni messaggio che passa attraverso i circuiti radiotelefonici viene ritardato con mezzi elettrici di un paio di centesimi di secondo. Il servizio telefonico transatlantico wireless funziona solo in una direzione alla volta, in quanto le stazioni trasmittente e ricevente sono sintonizzate sulla medesima lunghezza d’onda. Una corrente vocale diretta in Europa viene captata anche dalla ricevente statunitense e, a meno che la linea del cavo fra ricevente e trasmittente sia bloccata, il segnale “andrebbe in ciclo”, facendo ‘ululare’ il circuito. Se si parla da New York a Londra, si controlla il circuito sino a quando la voce continua; quando ci si interrompe, i relè devono invertire il canale in modo che l’interlocutore all’altro capo possa rispondere.
La voce, in forma di impulsi elettrici, viaggia alla velocità della luce, laddove i relè, essendo meccanici, per funzionare richiedono una frazione di secondo. A questo punto entra in gioco l’apparato di ritardo vocale. L’interlocutore a Londra inizia a parlare istantaneamente, tuttavia l’apparato ne immagazzinerà la voce a Londra per un istante mentre i relè svolgono la loro funzione.


Ottimizzare la riproduzione del suono

Quantunque principalmente impegnati nello sviluppo degli apparati telefonici, diamo costantemente il nostro contributo anche in altri ambiti. Uno degli sviluppi più recenti è stato l’eliminazione dell’ultimo suono di disturbo dai film sonori. Agli albori delle registrazioni del suono in ambito cinematografico vi erano numerosi rumori esterni, col tempo eliminati uno a uno, sino a quando alla fine è rimasto soltanto un fruscio. Modificando il meccanismo della valvola ottica presso il terminale di registrazione è ora possibile eliminare quest’ultimo rumore, con il risultato di un notevole cambiamento dei film sonori.
Anche la ricerca relativa alla registrazione dei suoni dei film su dischi di cera ha determinato un ragguardevole affinamento nella riproduzione. Siamo tornati all’originario metodo di Edison, quello utilizzato nelle registrazioni su cilindro fonografico di un tempo. Edison impiegava il metodo di registrazione verticale noto con la definizione “collina e valle”, con lo stilo che incideva una linea di profondità variabile, invece del metodo fluttuante, da lato a lato, sviluppato da Berliner per le prime registrazioni su disco. Il metodo “collina e valle” non ebbe successo a causa dei limiti della tecnica acustica di registrazione.
Nel seguire la linea fluttuante sui dischi del nostro tempo, la puntina adibita alla riproduzione viene sospinta avanti e indietro lungo i bordi del solco, e non segue con precisione il percorso tracciato dallo stilo di incisione. Ripristinando il metodo “collina e valle” e utilizzando una puntina permanente nella forma di una punta di zaffiro, i nostri ingegneri hanno ottenuto una riproduzione praticamente perfetta.
Lo stesso meccanismo di riproduzione è una meraviglia di leggerezza, ha un peso talmente esiguo che la durata dei dischi risulta ampliata in modo indefinito. Abbiamo dischi che sono stati suonati un migliaio di volte senza subire una qualche usura rilevabile.


Progressi in biologia e metallurgia

Oltre ad apportare il nostro contributo in settori assai diversificati quali miglioramento dell’udito e film sonori, il nostro personale offre la propria assistenza nella ricerca volta a isolare la causa del cancro, nonché in altri campi della biologia. Si tratta di una propaggine della nostra ricerca sulla struttura cristallina dei metalli e delle leghe, una materia di rilevante importanza nella realizzazione delle apparecchiature telefoniche. Con la sua attrezzatura fotomicrografica che utilizza luce ultravioletta e ingrandisce sino a 5.000 diametri, Francis F. Lucas è riuscito a spiegare numerosi punti oscuri concernenti la ragione per cui i metalli si temprano se sottoposti a trattamento con calore e si incrinano durante l’impiego.
Applicando tale tecnica al campo della biologia, egli è riuscito a fotografare cellule viventi senza far ricorso a tinte, che avrebbero potuto danneggiarne o alterarne la struttura, ed è peraltro in grado di fotografare strati successivi attraverso la cellula secondo intervalli di un centomillesimo di pollice; in altri termini, se la cellula è spessa un millesimo di pollice, Lucas riesce a scattare cento fotografie che ne ritraggono la struttura per altrettanti strati.
Foto scattate alla superficie del tessuto cerebrale hanno rivelato aspetti talmente sbalorditivi che si stanno prendendo in considerazione progetti per la realizzazione di un apparato perfezionato tramite cui sia possibile approntare la “mappa” di un settore del cervello, esattamente come si realizzano mappe fotografiche aeree assemblando ingenti quantitativi di fotografie scattate secondo intervalli appropriati. Se si sfruttasse appieno la potenza delle attrezzature del Dr. Lucas, si potrebbe realizzare la mappa di un settore del cervello di dimensioni pari a un quarto di pollice quadrato con un ingrandimento pari a oltre 104 piedi quadrati. Naturalmente, un’area più estesa verrebbe prima fotografata con minori dettagli e quindi si selezionerebbero settori specifici per ulteriori ingrandimenti e analisi.
A prima vista non esiste collegamento fra il nostro lavoro e lo studio delle cellule, tuttavia l’attrezzatura fotomicrografica ha già dato il proprio contributo a una delle principali migliorie apportate alla comunicazione telefonica, che consente di risparmiare ogni anno almeno 10.000.000 di dollari di piombo destinato alla produzione di cavi telefonici. Il piombo temprato con antimonio è stato impiegato per le guaine dei cavi, le quali tuttavia avevano l’irritante abitudine di rompersi dopo alcuni anni di utilizzo. Tramite microfotografie il Dr. Lucas ha scoperto che dopo un certo periodo l’antimonio si dissociava dal piombo. In seguito a tale scoperta si è trovata una nuova miscela, più resistente al punto che è stato possibile utilizzare un rivestimento di piombo più sottile e leggero, con un conseguente enorme risparmio di tale metallo. Gli studi del Dr. Lucas inerenti a tutti i metalli e le leghe impiegati nella produzione delle attrezzature telefoniche hanno inoltre contribuito ad apportare generali migliorie in numerose linee.


Progressi nelle trasmissioni radiofoniche

Un altro settore a cui l’industria della telefonia ha dato il proprio contributo è lo sviluppo delle trasmissioni radiofoniche. Si sono elaborati cristalli adibiti al controllo della frequenza di una emittente radiofonica, nonché al relativo mantenimento sull’esatta lunghezza d’onda; il successo è stato tale che due stazioni radio dello Iowa, gestite dal medesimo operatore, trasmettono costantemente sulla stessa lunghezza d’onda, invece di fornire un servizio per metà del tempo, come si renderebbe necessario se condividessero la medesima onda.    ∞


Fonte: tratto e riveduto dall’articolo originale pubblicato nel luglio 1931 su Modern Mechanics and Inventions, riprodotto presso http://tinyurl.com/q5dq9h [questo link attualmente non è più disponibile, ndr]. Vedere inoltre “The Architecture of Living Cells – Recent Advances in Methods of Biological Research – Optical Sectioning with the Ultra-Violet Microscope” di Francis F. Lucas, Bell Telephone Laboratories, Inc., New York City, Proc Natl Acad Sci USA 15 settembre 1930; 16(9):599-607, presso http://tinyurl.com/owffwa.

[Immagine in apertura: Sergius P. Grace durante una dimostrazione nei laboratori Bell]


Originariamente pubblicato sul nr. 81 di Nexus New Times (agosto-settembre 2009). La ripubblicazione è gradita con citazione dell'autore e della fonte.


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