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留聲機是怎麼保存聲音的

生活 更新时间:2025-09-02 11:21:18

美國科學家曾成功地将1878年錫箔上記錄的聲音傳輸到計算機上。這段錄音是用愛迪生發明的留聲機錄制的。雖然聲音嘈雜,隻持續78秒,但這是現代人能聽到的最古老的可播放錄音,也是曆史上第一次錄制的音樂表演。

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錄音,顧名思義,記錄過程被記錄在介質上。随着人類科學技術的發展,記錄手段已經從機械記錄、電聲記錄、磁帶記錄到數碼光學記錄等等。

圓筒留聲機時代

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最早的錄音儀器是1857年法國科學家斯科特發明的聲學振動計。它是利用聲波産生的震動記錄聲波“圖像”的儀器。聲振動記錄儀雖然不能顯示聲音本身,但它使人類首次實現了聲音信号的轉換,也為真正的錄音設備留聲機的發明吹響了号角。

1877年,美國發明家兼商人托馬斯·愛迪生發明了人類曆史上第一台留聲機。這台“會說話的機器”轟動了世界,正式開啟了人類錄音的曆史。愛迪生在一個有螺旋槽的金屬圓筒上軋了一片錫箔。一根短針的一端與箔片摩擦,另一端與接收器相連。當曲柄搖動金屬筒旋轉時,短針被起伏的聲音振動,在錫箔上刻有不同的凹槽。當短針沿凹槽反複振動時,會發出原聲。

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這台機器被稱為“19世紀的奇迹”,愛迪生因此而出名。然而,新誕生的留聲機錄音時間短,聲音低沉,聲音模糊。愛迪生繼續推動研究,終于研制出第二代留聲機。在第二代留聲機的麥克風上,愛迪生加了一個喇叭形的音管作為揚聲器;然後他用蠟筒代替錫箔紙,這樣蠟筒就可以重複使用;同時,表殼内還安裝了一個驅動結構,隻要每一個繞組都收緊,就可以自動錄音和播放時間。圓筒留聲機經過改進,聲音清晰逼真,也開始進入商業應用階段。

然而,早期的圓筒留聲機錄音流傳很少,主要原因是它一直未能解決臨摹和臨摹的技術難題。那時候,如果你想錄制一個樂隊演奏的音樂,即使你同時使用10個擴音器留聲機,樂隊耐心地演奏同一首曲子20次,也隻能得到200個圓筒拷貝。由于制作成本高,難以推廣。

唱片留聲機時代

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1891年,德國工程師伯利納成功地開發出一種以鍍金銅模為母盤,蟲膠為鑄造複制原材料的唱片複制方法,正式拉開了以留聲機取代圓筒留聲機的序幕。留聲機仍由人工繞線供電。它也是基于針穿過唱片凹槽發出聲音的原理。隻是原來的氣缸旋轉被圓盤旋轉所取代。唱片誕生之初,由于其複制簡單,可以批量生産,因此留聲機得到了極大的推廣。

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然而,由于技術上的限制,錄音的速度非常快,達到78轉每分鐘,這直接導緻每邊錄音不到3分鐘。因此,整個20世紀早期的美國流行音樂都很短。78家唱片公司幾十年來一直主導着唱片業,直到第二次世界大戰,蟲膠的主要來源地印度被封鎖。當時唱片公司要求買家交上一定數量的舊唱片,以換取新唱片。這一政策導緻78r唱片上許多珍貴唱片的消失。

1948年,二戰後,哥倫比亞唱片公司的總工程師格德馬克發明了一種全新的唱片。馬克使用鑽石作為觸控筆和乙烯基塑料作為錄音材料,将錄制速度降低到33.3rpm,并增加了凹槽密度,這樣一張12英寸的唱片可以在每一面播放20分鐘以上的音樂。這就是人們常說的“緊湊記錄”,也稱為“長記錄”。光碟的誕生極大地促進了流行音樂市場的繁榮,使留聲機的發展進入了一個新的輝煌時期。

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在留聲機普及的時代,錄音形式也發生了革命性的變化。20世紀20年代以前,音樂是以純“聲學”或“機械”形式錄制的,這就迫使音樂家在錄制音樂時痛苦地擠在錄音室的擴音器裡,錄制的音效很差。随着廣播和無線電報技術的進步,電聲錄音技術正在興起。1924年,貝爾實驗室成功地進行了電聲記錄實驗,人類記錄的曆史開啟了電氣化時代。電聲記錄是将聲波轉換成電信号,然後通過這些電信号記錄下來。

電聲錄音有兩個優點:第一,電聲錄音可以更真實地記錄和還原聲音。特别是1945年Decca公司寬帶技術推廣應用後,錄音頻率上限達到14000Hz,接近人耳極限,極大地提高了錄制效果,尤其是弦樂的音色更加細膩逼真;其次,電聲錄音誕生了對傳聲器等擴聲設備和傳聲器依靠電容對闆厚的敏感響應來達到擴聲效果。麥克風的出現可以讓音樂家在更輕松的環境中自由演奏。可以說,電聲錄音的出現是留聲機發展的一次質的飛躍。

磁帶錄音機時代

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其實早在20世紀初,丹麥科學家鮑爾森便發現了磁化的鋼絲可以儲存聲音信号,但鋼絲笨重不便,影響了這種錄音方式的普及。到了20世紀30年代,德國科學家福勞耶瑪将磁性鐵粉塗在紙帶和塑料帶上,這才有了現代磁帶的雛形。

磁帶是一種載有磁層的帶狀材料,通常是在塑料薄膜帶基上塗覆一層顆粒狀磁性材料或蒸發沉積上一層磁性氧化物而成。磁帶錄音的原理也是始于電聲錄音機理,首先通過傳感器把聲音振動的能量轉化為強弱跟随聲音變化的電信号,然後錄音磁頭按照強弱變化的電信号,改變其線圈特性,磁化磁帶上的磁性物質,并且根據電信号的不同,磁化後的物質特性也不同,從而記錄了聲音信号。二戰期間,德國廣播電台已經開始大量運用磁帶錄音機,但此時的磁帶還僅用于記錄和播放軍事将領的講話。

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戰後,經過美國人改良,磁帶錄音才開始和音樂接軌。磁帶相對于唱片來說擁有很多優點:首先,磁帶的錄音時間更加不受局限;其次,磁帶錄音易于編輯,不需要的片段可以很容易地被剪去,這種後期編輯修改技術的發展對錄音技術和演奏實踐産生了極大的影響;最後,磁帶錄音帶來了同步錄制多個軌道的可能,即可以通過多組麥克風錄制的聲音可以分别被存儲在不同的獨立軌道中,錄音完成後再被混合起來,而這種多軌錄制方式最直接的産物就是立體聲錄音和多聲道錄音。

然而,磁帶的壽命要比留聲機唱片差許多,一般的磁帶在儲存10年左右後,其内部的磁信号便會明顯弱化,但上世紀二三十年代的唱片至今仍有存世,且音質保持良好,二者差距明顯。單單的壽命優勢并沒有影響磁帶撼動密紋唱片的錄音統治地位。

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1963年,荷蘭飛利浦公司研制出盒式磁帶錄音機,由于盒式磁帶具有輕便、耐用、互換性強等優點,産品一上市,便得到迅速的推廣和發展。到了20世紀70年代,盒式磁帶已經作為一種廉價方便的音樂載體在全世界流行起來。

磁帶是一種具有磁性層的帶狀材料,通常是在塑料薄膜磁帶基片上塗一層顆粒狀磁性材料或蒸發沉積一層磁性氧化物制成。磁帶記錄的原理也從電聲記錄的機理開始。首先,通過傳感器将聲振動的能量轉化為随聲強變化的電信号。然後,錄音頭根據電信号改變其線圈特性,對磁帶上的磁性材料進行磁化,并根據不同的電信号,磁化後的材料特性不同,從而記錄聲音信号的編号。

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第二次世界大戰期間,德國廣播電台開始使用錄音機,但錄音帶隻用于記錄和播放軍事将領的講話。戰後,随着美國人的進步,錄音開始與音樂融為一體。與記錄相比,磁帶有許多優點:首先,磁帶的記錄時間更不受限制;其次,磁帶記錄易于編輯,不必要的片段可以很容易地被剪掉。這種後期編輯和修改技術的發展對錄音技術和表演實踐産生了巨大的影響;最後,磁帶錄音帶來了同時錄制多個曲目的可能性,即:,同時錄制多個音軌可通過多組麥克風錄制的聲音可以存儲在不同的獨立音軌中,然後在錄制後進行混合。

這種多聲道錄音方法最直接的産物是立體聲錄音和多聲道錄音。然而,磁帶的壽命比留聲機唱片的壽命要差得多。磁帶在存放10年左右後,磁信号會明顯減弱。但是,上世紀二三十年代的唱片仍然存在,音質依然很好。兩者之間的差距是顯而易見的。光是長壽的優勢并不影響光盤刻錄的主導地位。

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1963年,荷蘭飛利浦公司研制出盒式磁帶錄音機。由于盒式磁帶具有便攜、耐用、互換性強等優點,産品一上市就得到了迅速的推廣和發展。到了20世紀70年代,盒式磁帶作為一種廉價、方便的音樂載體在全世界廣受歡迎。

光盤CD機時代

飛利浦光盤在1979年誕生之後,在全世界第一個高密度光盤存儲系統中展示了飛利浦光盤的普及。高密度光盤是一種不同于磁性載體的光存儲介質。它通過盤中螺旋狀的小坑圈記錄信息。

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CD的記錄原理是:首先将外部聲音信号壓縮處理成脈沖信号,控制激光束,使激光束按照脈沖信号的規律發射。當光學系統被收集并投射到塗有光刻膠的原盤上後,原盤在主軸電機的驅動下運動,激光束在光盤的信息軌迹上形成一系列凹坑。這些坑的長度和間隔與控制脈沖相對應,也就是說,它們包含要記錄的聲音信息。在播放光盤信息時,它是在激光頭的照射下,通過探測光盤凹坑的反射光束來提取信息。

在CD刻錄中引入數字技術,可以有效地避免信号和噪聲的幹擾,存儲的音頻信息幹淨、不失真。可以說,CD的出現引發了音樂産業的一場技術革命。它卓越的音質和耐磨性标志着數字音樂時代的開始。

上世紀80年代,CD、MD、DVD等數字載體的不斷升級,不僅音質有了新的飛躍,而且存儲容量也越來越大,但體積越來越小。例如,誕生于1979年的第一張光盤直徑為12厘米,可以存儲74分鐘的高保真音頻信号,接近普通磁帶的容量;上世紀90年代,飛利浦公司開發并推出了容量為4.7GB的DVD,可存儲近1000首流行歌曲。1986年,CD播放機的銷量首次超過了錄音機;1988年,CD-ROM的銷量首次超過了磁帶機。進入21世紀,錄音機終于淹沒在科技創新的浪潮中,被人們銘記在心。

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數字信息雲時代

然而,CD光盤已經繁榮了20多年。自2005年以來,CD媒體的音樂銷量大幅下滑。這是由于20世紀末21世紀初互聯網技術的迅猛發展。同時,由于個人電腦性能的不斷提高,存儲容量的不斷增加,以及各種錄音軟件和相關硬件設備的普及,音樂制作機構開始向錄音棚和個性化方向發展。許多音樂家、音樂學家和音樂愛好者可以随時在自己家或教室的鋼琴房裡錄制高質量的唱片,作為個人參考、相互交流、網上點播,甚至可以送到唱片公司正式出版。

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在當今的數字時代,除了智能手機外,最專業、最常見的錄音設備就是一種叫做錄音筆的數碼錄音機。它的形狀像鋼筆或者小盒子,便于攜帶。同時,它還具有激光筆和MP3相關功能。記錄筆的主體是記憶。由于采用了flash存儲器和超大規模集成電路核心系統,整個産品小巧輕便。記錄筆的記錄原理是通過數模轉換器對模拟信号進行采樣編碼,将模拟信号轉換成數字信号,然後壓縮存儲。即使這種數字信号被多次複制,其聲音信息也不會被破壞,并且可以保持不變。

如今,借助各種移動應用,我們的手機和平闆電腦可以随時随地錄制他們的歌曲和對話,并立即與朋友分享。錄音技術不再隻是一種專利設備,而是多媒體技術的一部分。留聲機、唱片、磁帶、CD今天最先進的技術也許幾年後就會被遺忘。在科技飛速發展的時代,誰知道今天的聲音明天會存往何處呢?

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