学会保存声音的人类经历了怎样的进化和创造?

美国科学家已经成功地将记录在1878锡纸上的声音传输到计算机中。这张唱片是用爱迪生发明的留声机录制的。虽然声音嘈杂,持续时间只有78秒,但这是现代人能听到的最古老的可播放录音,也是历史上第一次录制的音乐表演。

录音,顾名思义,就是将录音过程记录在介质上。随着人类科技的发展,记录方式从机械记录、电声记录、磁带记录到数字光学记录等等。

圆筒留声机时代最早的记录仪器是法国科学家斯科特在1857年发明的声学测振仪。它是一种利用声波产生的振动来记录声波“影像”的仪器。声振记录仪虽然不能显示声音本身,但它让人类第一次实现了声音信号的转换,也为留声机这种真正的录音设备的发明吹响了号角。

1877年,美国发明家、商人托马斯·爱迪生发明了人类历史上第一台留声机。这台“会说话的机器”在世界上引起了轰动,正式开启了人类录音的历史。爱迪生把一片锡箔卷在一个有螺旋形凹槽的金属圆筒上。短针的一端摩擦箔片,另一端连接到接收器。当曲柄摇动金属圆筒并旋转时,短针被起伏的声音振动,在锡纸上刻出不同的凹槽。当短针沿着凹槽反复振动时,就会发出原声。

这台机器被称为“19世纪的奇迹”,爱迪生因此而闻名。但新诞生的留声机录音时间短,声音低沉,含糊不清。爱迪生继续他的研究,最终开发了第二代留声机。在第二代留声机的麦克风上,爱迪生加了一个喇叭状的音管作为扬声器;然后他把锡箔纸换成蜡筒,这样蜡筒就可以重复使用了;同时,表壳内安装了驱动结构,只要拧紧每个发条,就可以自动记录和播放时间。圆筒留声机经过改进,声音清晰逼真,也开始进入商业应用阶段。

而早期圆筒留声机的录音却很少流传,主要是一直没能解决翻录和复制的技术问题。当时如果你想录一个乐队演奏的音乐,即使同时用10的扩音器,乐队耐心地把同一首歌放了20遍,也只得到200缸拷贝。由于生产成本高,难以推广。

在1891的留声机时代,德国工程师柏林纳成功研制出以镀金铜模为母模,虫胶为铸造复制原料的留声机复制方法,正式拉开了留声机取代圆筒留声机的序幕。留声机仍然靠手动上弦提供动力。它也是基于针通过唱片的凹槽发声的原理。只有原来的圆筒旋转被圆盘旋转所取代。唱片诞生之初,由于复制简单,大量生产,留声机得到了极大的推广。

但由于技术限制,录制速度很快,达到每分钟78转,直接导致每面录制不到3分钟。所以20世纪初的美国流行音乐很短。七十八家唱片公司统治了唱片工业几十年,直到第二次世界大战,虫胶的主要来源印度被封锁。当时唱片公司要求购买者上交一定数量的旧唱片,以换取新唱片。这个政策导致了78r唱片上很多珍贵唱片的消失。

1948二战后,哥伦比亚唱片公司的总工程师盖德马克发明了一种全新的唱片。马克使用钻石作为唱针,乙烯基塑料作为记录材料,将记录速度降低到33.3rpm,并增加凹槽密度,这样一张12英寸的唱片可以每面播放音乐20分钟以上。这就是人们常说的“紧凑记录”,也称为“长记录”。CD的诞生极大地促进了流行音乐市场的繁荣,并将留声机的发展带入了一个新的辉煌时期。

在留声机普及的时代,录音形式也发生了革命性的变化。20世纪20年代以前,音乐是以纯“声学”或“机械”的形式录制的,这就迫使音乐家在录制音乐时痛苦地挤在录音棚的扬声器里,录制的声音效果很差。随着广播和无线电报技术的进步,电声记录技术正在兴起。1924年,贝尔实验室成功进行电声记录实验,人类记录的历史开启了电气化时代。电声录音就是把声波转换成电信号,然后通过这些电信号记录下来。

电声录音有两个好处:第一,电声录音可以更真实的记录和还原声音。特别是在1945推广应用Decca宽带技术后,录音频率上限达到14000Hz,接近人耳极限,大大提升了录音效果,尤其是弦乐的音色更加细腻逼真;其次,电声录音催生了麦克风等扩声设备,麦克风依靠电容对极板厚度的敏感反应来达到扩声效果。麦克风的出现让音乐人可以在更轻松的环境下自由演奏。可以说电声录音的出现是留声机发展过程中的一次质的飞跃。

事实上,早在20世纪初,丹麦科学家保尔森就发现了磁化钢丝可以存储声音信号,但钢丝的沉重和不方便影响了这种记录方式的普及。20世纪30年代,德国科学家弗雷耶马将磁性铁粉涂在纸带和塑料带上,这就是现代磁带的雏形。

磁带是一种带有磁性层的磁带材料,通常是在塑料薄膜磁带的基础上再镀一层颗粒状磁性材料或蒸镀一层磁性氧化物而成。磁带录音的原理也是从电声录音机制开始的。首先通过传感器将声音振动的能量转化为强度随声音变化的电信号,然后录音头根据强度变化的电信号改变其线圈特性,磁化磁带上的磁性物质,根据电信号的不同,磁化物质特性也不同,从而记录声音信号。二战期间,德国广播电台开始大量使用录音机,但此时磁带仅用于录制和播放军事将领的讲话。

战后,经过美国的改进,磁带录音开始和音乐联系起来。与唱片相比,磁带有很多优点:第一,磁带的记录时间更无限制;其次,磁带录音易于编辑,不必要的片段很容易被剪掉。这种后期剪辑和修改技术的发展对录音技术和演奏实践产生了巨大的影响。最后,磁带录音使得多轨同时录音成为可能,即将多组麦克风可以录到的声音存储在不同的独立轨中,录音后再进行混音,而这种多轨录音方式最直接的产物就是立体声录音和多声道录音。

但是磁带的寿命比留声机唱片差很多。一般磁带存放10年左右,内部的磁信号会明显减弱。但是20世纪20年代和30年代的唱片今天依然存在,音质依然不错,两者差距明显。单单是生命的优势,并没有影响到磁带在密密麻麻的记录中的主导地位。

1963年,荷兰飞利浦公司研制出盒式磁带录音机。由于盒式磁带具有轻便、耐用、互换性强等优点,该产品一投放市场就得到迅速推广和发展。到了20世纪70年代,盒式磁带作为一种廉价方便的音乐载体已经风靡全球。

磁带是一种带有磁性层的磁带材料,通常是在塑料薄膜磁带基片上镀一层颗粒状磁性材料或蒸镀一层磁性氧化物制成。磁带录音的原理也是从电声录音的机理开始的。首先,声振动的能量通过传感器转换成随声强变化的电信号。然后,录音头根据电信号改变其线圈特性,对磁带上的磁性材料进行磁化,磁化后的材料根据不同的电信号具有不同的特性,从而记录下声音信号的个数。

二战期间,德国广播电台开始使用录音机,但磁带仅用于录制和播放军事将领的讲话。战后,随着美国人的进步,录音开始与音乐融合。与录音相比,磁带有很多优点:第一,磁带的录音时间更无限制;其次,磁带录音易于编辑,不必要的片段很容易被剪掉。后期剪辑和修改技术的发展对录音技术和演奏实践产生了很大的影响;最后,磁带带来了同时录制多个音轨的可能性,即可以将多组麦克风录制的声音存储在不同的独立音轨中,然后在录制后进行混音。

这种多声道录音方式的直接产物就是立体声录音和多声道录音。然而,磁带的寿命比留声机唱片差得多。磁带存放约10年后,磁信号会明显减弱。不过上世纪二三十年代的唱片还是有的,音质还是很不错的。两者的差距是显而易见的。光是长寿命的优势并不影响CD刻录的主导地位。

1963年,荷兰飞利浦公司研制出盒式磁带录音机。由于盒式磁带具有轻便、耐用、互换性强等优点,产品一上市就得到迅速推广和发展。20世纪70年代,盒式磁带作为一种廉价方便的音乐载体风靡全球。

1979年飞利浦CD诞生后,飞利浦CD的受欢迎程度在世界上第一个高密度CD存储系统中得到了展示。高密度光盘是一种不同于磁性载体的光存储介质。它通过磁盘上的小螺旋坑来记录信息。

CD的记录原理是:首先将外界声音信号压缩处理成脉冲信号,按照脉冲信号的规律控制激光束发射。当光学系统聚光投射到涂有光刻胶的原盘上时,原盘在主轴电机的驱动下运动,激光束在光盘的信息轨迹上形成一系列凹坑。这些凹坑的长度和间隔对应于控制脉冲,也就是说,它们包含要记录的声音信息。在播放光盘信息时,通过探测激光头照射下光盘凹坑的反射光束来提取信息。

光盘刻录中引入数字技术,可以有效避免信号和噪声的干扰,存储的音频信息干净不失真。可以说,CD的出现引发了音乐产业的一场技术革命。其出色的音质和耐磨性标志着数字音乐时代的开始。

80年代,随着CD、MD、DVD等数字载体的不断升级,不仅音质有了新的飞跃,存储容量也越来越大,体积却越来越小。比如1979年诞生的第一张CD,直径12 cm,可以存储74分钟的高清音频信号,接近普通磁带的容量;上世纪90年代,飞利浦开发并推出了一款容量为4.7GB的DVD,可存储近1,000首流行歌曲。1986年,CD机销量首次超过录音机;1988年,光驱销量首次超过磁带机。21世纪,录音机终于淹没在科技创新的浪潮中,被人们记住。

数字信息云时代然而,光盘已经蓬勃发展了20多年。从2005年开始,CD媒体的音乐销量大幅下滑。这得益于20世纪末20世纪初互联网技术的飞速发展。同时,由于个人电脑性能的不断提高,存储容量的不断增加,以及各种录音软件和相关硬件设备的普及,音乐制作机构开始向录音棚和个性化方向发展。很多音乐人、音乐人、音乐爱好者可以随时在自己家里或教室的琴房录制高质量的唱片,供个人参考、相互交流、在线需求,甚至可以寄给唱片公司正式出版。

在如今的数码时代,除了智能手机,最专业最常见的录音设备就是一种叫做录音笔的数码录音笔。形似钢笔或小盒子,便于携带。同时还具备激光笔和MP3相关功能。手写笔的主体是内存。由于使用了闪存和VLSI核心系统,整个产品体积小,重量轻。笔的记录原理是通过数模转换器对模拟信号进行采样编码,将模拟信号转换成数字信号,然后进行压缩存储。即使这个数字信号被多次复制,它的声音信息也不会被破坏,可以保持不变。

现在有了各种移动应用,我们的手机和平板电脑可以随时随地记录他们的歌曲和对话,并立即分享给朋友。录音技术不再只是专利设备,而是多媒体技术的一部分。留声机、唱片、磁带、CD今天最先进的技术可能在几年后被遗忘。