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音频历史技术发展
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- k% c0 k7 d8 S* u生活中从来不缺乏声音，有些声音是我们讨厌的，但也有一些是我们喜欢并想留下来的。从留声机诞生的那一刻起，声音就成为一种可以被存储，随时可以被播放的东西，伴随我们的生活直至今天。在这个过程中，我们从记录的声音中提炼出一种叫做音乐的东西，从此成为生活中不可缺少的部分。在这些年里，音频技术经历了一次又一次的技术变革，从模糊到清晰，从模拟到数字，每一次的变革都只有一个目的：让声音和音乐更加动听。下面我们来逐一盘点一下人类文明史上的革命性音频技术。( H0 C) [) g% O' y$ v3 u' Q
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7 t% L& P. m+ U% ]! ~# S【音频录音技术】) C) g& K0 J! p4 M' U
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1、留声机
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【晚年时期的托马斯-爱迪生】
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在1877年秋天8月15日的下午，发明家爱迪生在自己的实验室，对着一个圆筒状的装置朗读了这样一句歌词：“玛丽抱着羊羔，羊羔的毛象雪一样白 ”。这一句只有8秒钟的话立即被这个装置回放出来，这就是爱迪生发明的留声机。这句歌词也成为了世界上第一段被录下来的声音。
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5 ]" z4 n( E% }【爱迪生最初发明的圆筒式留声机】7 g. c9 w8 Q. R. u* O% b/ v
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- S7 o. J! O# x3 E, B这台留声机由金属大圆桶、曲轴、受话机和膜板构成，如上图。金属圆桶上面刻有螺旋的槽纹，并安装在一个长的曲轴上，曲轴一端是手柄，摇动手柄圆桶就随之转动。受话器其实是一根金属小管，管的一头有一张振膜，振膜上贴着一个有金属钝头的细针，另一头是受话端。录音的时候，先在圆桶上贴一张锡箔，然后将受话器细针端对准圆桶，匀速转动圆桶，对受话器的另一端说话，声音则被振动的细针记录在锡箔上。回放的时候，将细针端再拿回到圆桶的最开始处，转筒圆桶，声音就被原样播放出来。
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1877年的这台留声机的发明给后世带来了巨大而深远的影响，在这之后的一个多世纪里，文明和发明的巨浪一波接一波的席卷而来，人类历史进入了有声的时代，而这都起源于这台能够记录声音的留声机以及其后续衍生的录音技术。虽然在当时爱迪生的发明无论质量还是实现过程都不尽理想，但后来很快其他科学家就将其改良，发明了很多更加实用的录音技术，但是我们仍然无法否定爱迪生这一发明在人类文明史上的地位和重要性。因为从那一刻起，人类历史上正式启动了记录声音的进程，第一次把声音保存了下来，从此之后，欣赏音乐再也不必去演奏会现场，而是变得可以随时随地，想听就听。今天，我们有各种各样的播放设备，有随心所欲的录音工具，音乐已经是生活的一部分，这一切谁又可以说不是起源于爱迪生的发明？起源于最古老的录音技术呢？ {& A0 U1 ^8 N0 W
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% _" W( x! Y, G* }6 W& S" u3 o3 {2、钢丝录音和磁带
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. s! u8 E' f r5 H7 K 爱迪生的留声机是纯机械录音技术，在这之后，录音技术发展为光学录音、磁性录音和电子录音。其中，光学录音顾名思义就是将声音信号转变为光学信号，记录在感光底片上的一种技术，最初应用在有声电影的研究上，并在最早的电影领域取得了广泛的应用，我们小时候看的露天电影大部分都还是用的这一类技术。在电影胶片的一侧有一条窄条，叫做声带，播放时由播放机转变为同步的声音信号予以伴音。需要说明的是，光学录音由于对制作技术环节要求较高，且不可擦写，所以当时除了电影伴音这部分应用广泛发展外，其他应用面较为狭窄，我们这篇文章不做过多关注，值得一说的是磁性录音技术。
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; D" @& y L9 Q. c( v- r( M0 F7 \【钢丝录音机1】
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1 H9 u0 N" K7 `6 }* q0 x7 t这就是那台当年给阿炳《二泉映月》做原始录音的钢丝录音机。7 G. x8 R! T a
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磁性录音是非常广泛的录音技术，最具代表性的革新就是1900年钢丝录音机的发明。钢丝录音机利用磁性录音原理，将受话器与电磁铁连接，将声音 信号首先转换为不断变化的磁信号，然后将钢丝与电磁铁紧密贴在一起并匀速转动，这样钢丝上就形成了强度随声音信号变化而变化的磁场，回放的时候只需要把钢丝重新在电磁铁上经过一次，声音就被还原出来，看到这里大家想必已经联想到我们熟知的磁带，没错，磁带录音机就是钢丝录音机的改进版本，只是现代人把钢丝改为了软质的塑料磁带而已。5 b" l- b+ ^9 u2 }3 x) u) h
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6 J4 D% i- Z. x+ c& P% [: Y【钢丝录音机2】. C3 q$ E0 V: r* k6 f* W/ C
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钢丝录音机以及以及磁性录音技术在录音发展史上占据着非常重要的地位，在后来人们发明将磁信号转变为电信号之前，全球几乎所有的声音都以这种方式保存和回放，我们熟悉的阿炳《二泉映月》的原始录音，就是被上面图片这台钢丝录音机录制并得以保存的，所以说磁性录音是对当年爱迪生留声机发明的一种实用化的拓展应用。不但如此，近代随着磁带技术的不断完善，磁带甚至成为一种计算机数据的载体，开始保存数字信号，而不再是用来保存声音，这都是磁性录音技术的延伸。虽然现在，磁带录放机基本已经退出历史舞台，但没有人可以否定磁性录音技术给我们的生活带来的深远的影响。1 ~0 `; C2 H, }& o. U
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+ t5 I3 ^8 w. H# N0 t) Q7 R! Z 最后说说电子录音。电子录音其实是脱胎于磁性录音的一种技术，是钢丝录音的电子化革新。电子录音的兴起源于人们对电信号放大技术的掌握，与磁性录音不同的是，电子录音将声音变化引起的磁信号的变化转换为微弱的电流变化，利用电子放大器将电流放大，从而得到记录声音的电信号。时至今日，这仍是我们主要的录音技术，比如我们使用的录音笔，MP3等都是电子录音技术。3 N& u5 ^4 K. j4 j# A7 i
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5 t2 y) d; p# k! F【音频存储和播放技术】7 B* e! j2 i, v5 O. j' U7 ~
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3、唱片和唱片机1 {* t1 y! N1 {: {( H9 f5 J) ? a) i: w, x
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说完了录音，我们再来说说存储和播放。留声机发明之后，声音最开始的载体是上面说过圆桶上的那层锡箔纸。很快，科学家们将其改良为圆盘，这就是唱片的雏形。在数字音乐CD诞生之前，声音的载体都是以唱片的形式存在，至今仍有少数人痴迷于唱片。唱片和唱机的发展史基本上与录音技术发展史紧密联系，伴随着录音技术的发展。从最初的机械唱机到后来的磁性唱机，基本上有什么样的录音技术，就会有什么样的回放设备，因为录音和回放本就是一个互逆过程。- |2 h {7 c7 F* d) j6 }" P
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【唱机示意图】5 M# _$ D2 j2 R; `
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) ^" e; l W {% z5 Q. i# ~' C 唱片一直在忠实的扮演着“现场录音记录者”的形象，唱片机则是“现场录音的回放者”。他们的出现实现了人们“把现场的声音随意带到任何地方”的梦 想，从此我们的生活中充满了音乐，直到近代数字音乐的兴起和互联网、数码化的普及，才逐渐退出舞台，成为历史。
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CD技术距今只有30年的历史，是唱片发展到一定阶段后的进一步技术变革，与唱片技术的最大区别在于存储方式的不同。CD是一种纯数字的音乐存储方式，将声音信号先以编码的方式转换为0和1的数字信号，然后将这些数字信号存储到光盘中，而之前的唱片上保存的则是纯粹的模拟信号。由于在制作成本、易于保存等方面的天生优势，CD的出现迅速终结了唱片和相应唱机的统治，成为新一代音乐的载体广为流传。& n# n: g0 p7 O! N
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' l) ~" V' H/ t' l9 e! P: z8 ^【CD 光盘】
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/ C% {* Y; |- \6 |- M# k CD目前仍是我们常用的音乐载体，很多的演出，演唱会，专辑等都以CD的形式制作出售。因为有了CD，模拟唱片和老式的唱机完成自己的历史使命， 退出历史舞台。CD的诞生也是人类数字科技进步的必然结果。近几十年里，CD对我们生活的影响可谓巨大，除了对音乐的存储，CD光盘很快也成为一种计算机数据存储载体，在计算机领域乃至整个科学研究领域都有非常广泛的应用。不但如此，经过技术的不断革新，CD所衍生的DVD和蓝光光盘正在成为娱乐我们生活的重要设备，成为我们生活和工作无法分割的一部分。
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, |( ]3 W" p! f6 t* I# Z. l【音频音响技术】
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5、麦克风技术1 X- e9 t, k; \ x
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8 e, J' E, r& T9 M& I. l' V* }9 M) Y说到这里我们不能不提一个话题：麦克风技术的发展。麦克风技术的发展与录音技术的发展相辅相成，无法分开，因为麦克风作为声音的采集者，本身就是录音环节的一个不可缺少的分支。接下来我们回顾一下麦克风的发展史。( n" ^4 T8 Z7 U! b
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( q0 j" y9 x; ]% }7 Q【麦克风受话器】
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在文章的最初我们说道的爱迪生留声机中，那个受话器其实就是麦克风的雏形。麦克风是录音环节中负责收集声音的设备，在最初的机械录音中，麦克风 （受话器）负责将声音信号转换为振膜的振动，并将这种振动传递给细针，以刻录锡箔。后来，磁性录音技术的崛起，麦克风也随之发展成为一种将声音信号转换为电信号的设备，从物理结构上大致分为动圈麦克风和电容麦克风。其中，动圈式麦克风由振膜、永磁铁和线圈组成，声音带动振膜振动，振膜推动线圈在磁铁的磁场中上下运动，产生的电流即为声音信号；电容式麦克风由两片极板组成，一片固定，一片与振膜合在一起。声音信号推动振膜振动，两片极板之间的距离产生变化，之间的电容值随之变化，最后再将此值转换为电信号，最后得到声音信号。8 J& S/ H% j: j' _. ~7 \# [
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" b8 z3 k2 s8 M0 M. A* {9 R5 N 麦克风的作用非常广泛，一切需要收录声音的场合中都缺不了它。除了专业的录音室，我们的生活里随处可见他的身影，各式的会议中，农村的广播里，可录式的随身听里，语音聊天室，UC唱歌等等。随着数码存储的兴起，各式便携设备中也都会整合这一功能，手机这一现代化最伟大的通讯工具中，也离不开麦克风的应用。当然麦克风最伟大的贡献还是在于：将乐队或歌者的声音最忠实的记录下来，让我们能随时随地的聆听，也让我们能永远的把它们保存下去。
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6、扬声器。
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扬声器技术同样是不可不提的话题，在音频发展史中间起到了巨大的作用。扬声器是将一切声音信号转换为声音的终端装置，在整个发生链中处于最末端。扬声器的种类很多，除了我们最常见的电动扬声器外，还有气动扬声器（比如火车或者轮船的喇叭），静电扬声器等等。在最古老的机械式唱机中，扬声器甚至只是一个物理的扩音器而已。不过，我们最熟悉、应用范围最广的还是电动势扬声器，我们下文所指扬声器皆为电动势。0 h( u1 ]8 L# ^' P
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7 s, E2 h) `5 w3 h' d( z( R【扬声器】2 }8 I. P: \& q4 Y' q/ d
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扬声器技术从诞生到今天所经历的变革并不大，基本原理都是将不断变化的电信号通过身处磁场的线圈，用线圈的动能推动振膜振动从而发声，现如今已经遍布在我们的工作和生活的周围。不信你环顾一下你的四周，你的笔记本电脑里面，你的电脑旁边，你的电视里面，你的车里。你的手机里……，到处都有扬声器， 有那个能主动发声的东西。因为有了它，我们收藏美丽声音的梦想得以实现。
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( G% o+ Z y" r6 _- @0 @【视听音频技术——耳机】
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耳机其实是一种近场聆听的扬声器，一般都紧贴耳朵甚至干脆塞进耳朵里去。从结构层面讲，耳机和扬声器原理基本一样，可以理解为扬声器的一种变种。
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2 t. e" m( y" v$ K! o 耳机最初作为电话机和无线电的配件使用，后来逐渐发展成为一种便携式娱乐设备的播放终端。现在，耳机有很多的应用分支，除了便携设备外，在录音行业，无线电（电报）领域，乃至专业的HI-FI领域都有非常广泛的应用。与上述扬声器不同的是，耳机强调的是贴耳发声，以微弱的信号营造真实的声场环境， 对制造工艺要求更高。耳机的出现一改人们对于扬声器那大嗓门的认识，从此之后音乐也变得隐私而独享，并且便携且随身起来。% ?+ z1 r) v9 E4 T( q
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【总结】! @. h# A6 s/ T4 ]3 Z9 a7 |3 g
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# F6 O' F) H$ D4 {( K+ n 录音技术，唱片和唱机，麦克风技术，扬声器技术。这是一个完善的技术链。自从人类有梦想以来，每一个人每一天都在努力着，盼望着能够把天底下所有的天籁之音纳入怀中，藏于私下，在我们需要的时候，拿出来重复的播放，聆听。爱迪生的留声机以及因此而引发的这长达一个多世纪的技术革命为我们实现了这个梦想，让我们可以把声音像可以触摸的物体一样加以保存，这一梦想--尝试--改进--实现的过程，正是人类在电与声的关系中摸索，成长的过程。 |
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