声音是看不见摸不着的东西。储存和回放是人类多年的梦想。
那么声音的本质是什么呢?是振动物体推动周围空气传播的一种波。如果我们能以某种方式记录这种振动并加以强调,我们就能记录和播放这种声音。
到目前为止,人类普遍采用五种技术来存储和播放声音:纯机械录音模式;胶片的光电模式;CD模式;磁记录;模块化录音。
一、晿片录音
这是最原始最直观的记录方式。用这种方式记录声音的设备叫做“留声机&rdquo。它是由美国的大发明家爱迪生,于1877年发明的。
它的基本结构是由随声振动的振膜带动钢针,在圆形滚筒上刻出随声波变化的凹槽,切割动作类似于目前车床的切割动作,然后通过翻转铸造使凹槽具有一定的机械强度。
回放是记录的反向过程。通过滚轮的转动,凹槽内的钢针会再现录音时的振动规律,带动振膜发声。当然声音可以用共鸣箱和喇叭重播。
但后来留声机改进了这种结构,把圆滚轮改成了平圆盘,但基本原理是一样的。留声机利用电磁原理将钢针的振动变成电流,电流被放大推动扬声器发声。也是老式留声机的技术延伸。
由于唱片录制过程非常复杂,在普通家庭条件下很难操作,录制工作一般由唱片公司完成,普通用户只需通过留声机播放即可。
这种播放模式最大的问题是机械磨损太严重。尤其是老式留声机,头很重,唱腔对胶片的压力高达每平方厘米几十公斤。不仅要给大理石碎片加油,而且每次放大理石碎片都要换一根针。真的不是一般人买得起的。
此外,留声机的高频和低频特性也受到机械结构和大理石凹槽密度的影响而受到很大限制。这些都基本解决了,直到“电机”时代:
补偿电路提高了频率响应,电磁结构的磁头减轻了磁头的总重量,配合宝石针,免去了涂油换针的麻烦。
二.电磁录音
电磁录音是继留声机之后的又一伟大录音发明。
19世纪末,人类开始使用基于电磁原理的麦克风来传输声音,因此来自丹麦,的科学家包尔森,利用电磁转换原理来磁化以恒定速度移动的钢丝,该交变磁场随着音频电流而变化。
放音时,让钢以同样的速度再次通过电磁线圈(即磁头)。
这时磁场通过线圈被“还原”成音频电流,完成声音的录制和播放的全过程。
磁记录一般经历了两个发展阶段:早期的钢丝记录和后来的磁带记录声音是如何录制和播放的。
早期钢丝记录仪笨重,记录效果不理想。1935年,德国科学家发明了磁带而不是钢丝,这不仅提高了声音质量,而且延长了录音机的使用寿命。
磁带录音发明使录音和放音过程更加简单,因此在短时间内得到了最大程度的普及。
后来,盒式磁带的发明使磁带的使用和储存更加方便快捷。专业人士不再需要对磁带进行复杂的穿线和安装,真正让录音机走进了普通人的家中。
但是磁带录音也有很多缺陷,最明显的是磁头和磁带的机械磨损,磁带上的信号每次转录都会严重丢失。当然,这也是模拟信号传播和复制的常见问题。
三.电影和光盘记录
之所以把这两种看似不相关的记录方式放在一起介绍,是因为它们有一个重要的共同点,那就是都要通过光电转换来拾取信号。两者的区别是胶片录制属于模拟录制,CD属于数字录制。
首先说一下胶片记录:它利用光电转换原理进行记录。
它由一个随音频电流变化的光电池组成,将声音的变化转化为光的变化,然后记录在胶片边缘的光轨上。播放时,通过光轨的光线会恢复录音时的光线变化规律,然后光电池将其转换为音频电流。
CD录制要复杂得多。
它将音频信号转换成经过复杂编码后按照不同规则排列的0和1。
在电路中,0和1分别代表高电平或低电平。
比如录音的时候,高电平出现了,光电池发出光,CD就会被烧出洞来。
在播放过程中,光线变化由激光头恢复到高低电平,然后发送到解码器恢复为模拟音频信号,可以放大推动扬声器发声。
四.模块录音
模块录音是近年来发展起来的一种录音方式,属于数字录音。
因为电子电路很难将复杂多变的音频信号“模拟”成与之同步变化的磁场,并用磁带记录下来。
电子线路只能记忆0和1(即高电平和低电平)。
因此,只有当音频信号被转换为0和1时,它才能被模块存储和记忆。
不难想象,将复杂的音频信号转换成0和1的不同排列和组合将是一项多么复杂的工作!。
而要在模块中存储这些0和1,就需要用天文存储单元来完成。
这只有在集成电路技术高度发达的今天才能实现。
否则,用晶体管组装一个模块,一个冰箱大小的模块可能几秒钟都录不到声音。
数码录音最大的优点是体积小,频响宽,无机械磨损,可以无数次(理论上)无损复制。
这是任何以前的录音和回放手段都不可能做到的。
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