刻錄聲音的曆史
科技視野
作者：姚丁楊
近日，美國科學家成功將1878年錄製在錫箔上的一段聲音轉移到電腦上。這段錄音被記錄在愛迪生發明的留聲機上，雖然聲音嘈雜並且隻有短短78秒，但卻是現代人能夠聽到的最古老的可播放錄音，也是曆史上第一段被記錄下來的音樂演出。
錄音，顧名思義，就是將聲音信號記錄在媒質上的過程。隨著人類科學技術水平的發展，錄音方法走過了從機械錄音、電聲錄音、磁帶錄音到數碼光學錄音的曆程。
圓筒留聲機時代
人類最早記錄聲音的儀器，是1857年法國科學家斯科特發明的聲波記振儀，這是一種利用聲波產生的振動來記錄聲波“圖像”的儀器。盡管聲波記振儀並不能展現聲音本身，但它卻使人類首次實現了對聲音信號的轉化，也為真正的錄音設備——留聲機的發明吹響了號角。
1877年，偉大的美國科學家托馬斯·愛迪生發明了人類史上第一台留聲機，這架“會說話的機器”轟動了全世界，也正式開啟了人類記錄聲音的曆史。愛迪生將一張錫箔卷在刻有螺旋槽紋的金屬圓筒上，讓一根短針的一頭輕擦著錫箔轉動，另一頭和受話機連接。曲柄搖動金屬圓筒轉動的同時，短針被起伏的聲音所振動，並在錫箔上刻出深淺不同的槽紋。當短針沿著槽紋重複振動時，便會發出原來的聲音。這件機器被人們稱為“19世紀的奇跡”，愛迪生也因此名聲大噪。然而，剛剛誕生的留聲機錄音時間短、聲音小且不清晰，愛迪生便馬不停蹄地繼續推進研究，終於研製成功了第二代留聲機。在第二代留聲機的話筒上，愛迪生加了一個喇叭形的音筒，作為擴音器；然後用蠟筒代替錫箔，這樣蠟筒可以重複使用；同時在機箱裏裝上了驅動結構，每次隻要上緊發條，就可以自動錄放。改進後的圓筒留聲機，聲音清晰逼真，由此也開始了商業運用階段。
然而，早期的圓筒留聲機錄音流傳很少，其最主要的原因便是還沒能解決拷貝複製的技術難題。在當時，如果要錄製樂隊演奏的樂曲，即使使用10台大喇叭留聲機同時工作，並且樂隊耐心地把同一曲目反複演奏20遍，也僅僅能得到200份圓筒拷貝。基於這樣昂貴的製作成本，這些圓筒留聲機很難推廣普及。
唱片留聲機時代
1891年，德國工程師伯利納研製成功了以鍍金的銅模作為母盤，用蟲膠為原料進行澆注拷貝的唱片複製法，正式拉開了唱片留聲機取代圓筒留聲機的序幕。唱片留聲機仍是以人工上弦作為動力，同樣是基於唱針劃過唱片槽紋而發聲的原理，隻不過是從原來的圓筒轉動更新為圓盤轉動。唱片誕生伊始，由於其複製簡單，可以量產，所以唱片留聲機獲得了極大的推廣。但由於技術限製，當時的唱片轉速很快，每分鍾78轉，這直接導致唱片每麵最多隻能錄不到3分鍾。因此，整個20世紀前期，美國的流行音樂都是短小精悍的。78轉唱片統治錄音界數十年，直到二戰期間，蟲膠的最主要來源地印度被封鎖。那時唱片公司要求買主上交一定數量的舊唱片才能換得新唱片，這一政策導致了78轉唱片上許多珍貴的錄音都消失了。二戰過後的1948年，美國哥倫比亞唱片公司的首席工程師格德·馬克發明了一種全新的唱片。馬克采用鑽石做唱針，乙烯基塑料為唱片材料，把唱片轉速降到每分鍾33.3轉，並增加溝紋密度，使得一張12英寸的唱片每麵可放20多分鍾的音樂。這就是人們常說的“密紋唱片”，又叫“長時唱片”。密紋唱片的誕生，極大地促進了流行音樂市場的繁榮，也使唱片留聲機的發展進入了一個全新的輝煌時代。
在唱片留聲機流行的年代，錄音形式也發生了革命性的變化。在20世紀20年代以前，音樂采用的還隻是一種純“聲學”或者說純“機械”的形式來錄製，這種形式迫使音樂家們錄製音樂時都要痛苦地擁擠在錄音室的大喇叭口，並且得到的唱片音效較差。隨著廣播和無線電報等方麵的技術進步，電聲錄音崛起。1924年，貝爾實驗室成功地進行了電聲錄音實驗，人類錄音史開啟了電氣化時代。電聲錄音就是設法先把聲波轉化成電信號，再通過這些電信號對唱片進行刻錄。電聲錄音有兩大優勢：首先，電聲錄音可以把聲音更加真實地錄製和還原，尤其是1945年Decca公司的寬頻技術推廣應用後，使錄音頻率上限達到14000赫茲，接近人耳的極限，這大大改進了錄音的效果，尤其是弦樂的音色更加細膩逼真；其次，電聲錄音催生了麥克風等擴音設備，麥克風是依靠電容對極板厚度的靈敏反應來實現對聲音的放大效果的，它的出現可以令音樂家們在更加寬鬆的環境下自如地演奏。可以說，電聲錄音的出現是唱片留聲機發展曆程上的一個質的飛躍。
磁帶錄音機時代
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號，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將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於電聲錄音機理，首先通過傳感器把聲音振動的能量轉化為強弱跟隨聲音變化的電信號，然後錄音磁頭按照強弱變化的電信號，改變其線圈特性，磁化磁帶上的磁性物質，並且根據電信號的不同，磁化後的物質特性也不同，從而記錄了聲音信號。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於記錄和播放軍事將領的講話。戰後，經過美國人改良，磁帶錄音才開始和音樂接軌。磁帶相對於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，磁帶錄音易於編輯，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產生了極大的影響；最後，磁帶錄音帶來了同步錄製多個軌道的可能，即可以通過多組麥克風錄製的聲音可以分別被存儲在不同的獨立軌道中，錄音完成後再被混合起來，而這種多軌錄製方式最直接的產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，其內部的磁信號便會明顯弱化，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。單單的壽命優勢並沒有影響磁帶撼動密紋唱片的錄音統治地位。1963年，荷蘭飛利浦公司研製出盒式磁帶錄音機，由於盒式磁帶具有輕便、耐用、互換性強等優點，產品一上市，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。