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声存储介质历史回顾

人们总是希望能够用某种方法记录好听的音乐,那么记录声音的技术是如何发展的呢?

原始录音时代

声波振记器(Phonautograph):于 1857 年由法国人 里昂・史考特(Édouard-Léon Scott de Martinville)发明。工作原理:连接在号角型话筒较小一端的一片薄膜,可以模仿耳鼓膜一般随声波振动。黏于其上的一根猪鬃,可以将振动的波形,刻在用蜡烛熏黑的一张纸上。此一装置,只是能够记录声波的形状,但无法回放,可算是留声机的鼻祖。

留声机(Phonograph):于 1877 年由美国人 爱迪生(Thomas Alva Edison)发明。这玩意儿能把声波变换成金属针的振动,然后将波形刻录在锡箔制成的滚筒上,反过来,当针沿着刻录的轨迹行进时,就可以回放所记录的声音。虽说留声机的录音长度和效果都很烂,且磨损大,每个滚筒只能播放两三次,但这是人类首次成功保存声音的尝试。

蜡筒留声机(Graphophone):于 1887 年由美国人 贝尔(Alexander Graham Bell)改进而来。从原来的锡箔滚筒换成涂了蜡的纸筒,再以宝石针头播放,噪音下降,寿命延长,谁不喜欢寿命长的产品呢!

电动留声机(Phonograph):于 1888 年由不服输的爱迪生改进而来。电动留声机以纯蜡做滚筒,以电池驱动来代替手摇式滚筒的转动,播放表现更加稳定,并于当年上市,在 20 世纪初期占据了主导地位。圆筒式录音于 1912 年被淘汰。

用于制成蜡筒的棕蜡

声学录音时代

蜡盘留声机(Gramophone):于 1888 年由德裔美国人 爱米尔・贝利纳(Emil Berliner)再次改进而来。所使用的载体是扁圆形涂蜡锌板,眼熟就对了,它是圆形唱片的始祖。它也能作为母版制作复制品,大大增加了唱片商业化量产的可能性。

粗纹唱片(SP,即 Standard Play):于 1891 年由贝利纳研制成功,使用的材料是虫胶(由紫胶虫吸取主树树叶后分泌出来的紫色天然树脂)、黏土、棉纤维的混合物,还加入了一些炭黑来着色,因而沉重且易碎。虫胶材料从推出到 1952 年,一直占据着主导地位。最初成品的直径只有 5 英寸(12.7 厘米),活像个玩具,到了 1894 年,他开始销售 7 英寸的唱片和更坚固的留声机。10 英寸(25 厘米)和 12 英寸(约 30 厘米)的粗纹唱片分别在 1901 和 1903 年出现。78 转/分成为标准唱片速度大约是在 1925 年。最初的 10 英寸、78 转唱片只能单面录制。双面录制唱片 首先由 哥伦比亚留声机公司(Columbia Phonograph Company)于 1908 年在欧洲推出, 到了 1910 年,大多数唱片公司在欧洲和美国都采用了这种格式。

小知识
  1. 初期扁圆形唱片行进方向是由内向外移动,与现代唱片由外向内移动正好相反。
  2. 滚筒式录音纹路是上下、起伏、深浅刻划;而扁圆形唱片则是左右平行摇动来刻划纹路。此一改进保持了一定针压,增加了信噪比和稳定性。
  3. 人类的听觉范围大致是 20~20000 Hz,随着年龄增长、听力退化,听觉范围只会变得更小。蜡盘留声机所能记录的频率范围大概是 120~2000 Hz,这意味着用它录制的钢琴声音你可能都听不出来是钢琴。
  4. 由于录音设备的限制,音乐家们得挤在大喇叭旁边演奏:

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电气录音时代

全电子式留声机:于 1919 年由马克斯菲尔德(J. P. Maxfield)和哈里森(H. C. Harison)成功研制。这是应用了电子放大器的留声机。他们于 1924 年研制出电气唱片刻纹头,录音技术得到很大提高。在这之后,录音转而使用电容麦克风,电容麦克风的意义不仅在于拓宽能够捕捉的频率范围,它还能够捕捉更广阔空间范围内的声音,演奏者终于可以在较为宽松的环境下演奏了:

密纹唱片(LP,即 Long Play):于 1931 年由 美国无线电公司(RCA,即 Radio Corporation of America)基于 SP 试制成功。直径是 12 英寸(约 30 厘米),转速是 33⅓ 转/分,因加密了沟纹密度而得名。但是,这只是一个试验品,由于音质方面稍差,很快被 RCA 放弃。

密纹唱片(Microgroove):由匈牙利裔美国人、哥伦比亚广播公司(CBS,即 Columbia Broadcasting System)的首席工程师 彼得・戈德马克(Peter Carl Goldmark)研制,于 1948 年由 CBS 开始大规模生产。它的材质是聚氯乙烯(Vinyl 或 PVC),这就是它和 RCA 推出的 LP 的区别所在,两者的直径和转速都相同。密纹唱片于 1988 年被激光唱片(CD)淘汰。

迷你专辑(EP,即 Extended Play):RCA 公司推出的与 CBS 密纹唱片同期的竞品。直径是 7 英寸(约 18 厘米),转速是 45 转/分,也是密纹,材料也是 Vinyl。音质好、直径小、携带方便、不易损坏。Extended Play 的寓意是在 SP 的基础上扩展播放。后来,在 EP 的基础上,RCA 又尝试了 12 英寸直径的 EP,录制时长可达 15 分/面,为与此类唱片区分,7 英寸 EP 被改称为单曲唱片(Single)。

于是,此时唱片的规格实际上有三种形式:

直径 转速 播放时长 曲目数
LP 12 英寸 33⅓ 转/分 22 分/面 7~12 首
EP 12 英寸 45 转/分 15 分/面 4~6 首
Single 7 英寸 45 转/分 4.5 分/面 1~3 首
小知识
  1. 电声信号经过电子管放大后驱动刻纹头雕刻出更精密的纹槽,从而使唱片的响度和动态有了明显的改善。早期电声录音能够捕捉到的频率范围拓展到了 100~8000 Hz,钢琴听起来终于像是钢琴了。
  2. A 面与 B 面(A-side 和 B-side)这一概念于 20 世纪 50 年代开始流行,原指 Single 的两面,现在 A 面和 B 面通常用来辨别歌曲的重要度——放在 A 面的歌曲为主打歌,歌手会期望这些歌经常在电台等传媒渠道曝光;放在 B 面的歌曲则属于次要或附加歌目。
小结:
直径成品直径名称转速大概持续时间
16 英寸 (41 cm)15-15/16"±3/32"Transcription disc33-1/315 分/面
12 英寸 (30 cm)11-7/8"±1/32"LP (Long Play)33-1/322 分/面
Maxi Single, 12-inch single4515 分/面
Single784~5 分/面
10 英寸 (25 cm)9-7/8"±1/32"LP (Long Play)33-1/312~15 分/面
EP (Extended Play)459~12 分/面
Single783 分/面
10 英寸 (25 cm)6-7/8"±1/32"EP (Extended Play)33-1/37 分/面
Single454-1/2 分/面
备注:
  1. 形如「15-15/16」「33-1/3」,意为「十五又十六分之十五」「三十三又三分之一」
  2. Transcription disc:专门用于无线电广播,其音质比之消费者购买的普通唱片更好
  3. 12-inch single:由于更宽裕的空间,它能提供更大的动态范围,常用于舞曲录制

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磁性录音时代

磁线录音机(Magnetic wire recording):于 1898 年由丹麦人 保森(Valdemar Poulsen)研制。技术理论来自美国工程师 奥伯林·史密斯(Oberlin Smith)于 1888 年在英国《电气世界(Electrical World)》发表的题为《留声机的某些可能形式(Some Possible Forms of the Phonograph)》的短文。他将接收声音的设备与电磁铁连接,将声音信号转换为电信号,再通过电磁铁转换为不断变化的磁信号,然后再将钢丝与电磁铁紧密贴在一起并匀速转动,在钢丝上就留下了不同的磁信号。回放与录制的过程是相反的,钢丝上不同的磁信号通过电磁铁形成大小不同的电信号,再通过喇叭还原声音。

磁带(magnetic tape)技术:于 1928 年由德奥工程师 弗里茨·普弗勒默(Fritz Pfleumer)发明。这项发明基于磁线录音技术。他所使用的材料乃是涂上了氧化铁粉末的超薄纸张。1932 年 12 月 1 日,他授权 德国柏林的通用电气公司(AEG,即 Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft AG)使用其发明以制造世界上第一台实用的录音机。

磁带录音机(Magnetophon K1):由 AEG 成功研制,于 1935 年在 柏林国际广播展(IFA,即 Internationale Funkausstellung Berlin)展出。声音载体是涂覆了一层磁性颗粒材料的塑料薄膜。

卡带(cassette tape):于 1962 年由 荷兰皇家飞利浦电子公司(Koninklijke Philips Electronics N.V.,简称飞利浦(Philips))发明,用于音频存储。与公众见面是在 1963 年 8 月 30 日的 IFA 上。飞利浦在 1968 年向市场推出了第一台卡带放录机,名为 EL 3302。到了 70 年代后期,卡带基本取代了 LP 的地位。

随身听(personal cassette player 或 personal stereo):首个获得专利的随身听于 1972 年由巴西德裔 安德烈亚斯·帕维尔(Andreas Pavel)发明,1977 年申请专利。而第一款商用随身听则是 索尼(SONY)在 1979 年发行的 Walkman,其创造者是 盛田昭夫井深大(索尼联合创始人)和 大曾根幸三

数字录音时代

CD(Compact disc):由飞利浦和索尼共同开发,并于 1982 年发布。该格式是为存储和播放录音(CD-DA,即 Compact Disc Digital Audio)而开发的。其技术标准 红皮书(Red Book) 提出于 1980 年。容量最多可达 700 MiB(80 分钟的音频),读取线速度为 1.2~1.4 米/秒,约相当于内圈 500 转/分,外圈 200 转/分。由于 CD 的读取顺序是从内圈到外圈,因此若是从头到尾播放,其转速会越来越慢。标准 CD 的直径为 120 毫米,厚度为 1.2 毫米。其中音轨以 PCM 编码,位深度 16 bit,采样率 44.1 kHz。

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SACD(Super Audio CD):也由飞利浦和索尼共同开发,于 1999 年推出。其物理尺寸和 CD 相同,有以下三种类型:

  • 混合:拥有一个 4.7 GB(4.38 GiB)容量的 DSD 层和一个大多数常规光驱能够读取的 PCM 层(和 CD 相同规格)
  • 单层:仅有一个 4.7 GB 容量的 DSD 层
  • 双层:有两个 DSD 层,共计 8.5 GB 的容量,几乎是单层的两倍。
CD 层(可选) SACD 层
碟片容量 700 MB 4.7 GB
音频编码 16 bit PCM 1 bit DSD
采样率 44.1 kHz 2.8224 MHz
声道数 2(立体声) 可达 6(环绕声)
立体声播放时长 80 分 110 分

扩展阅读:彩虹书

数字音乐时代

在 20 世纪 90 年代下半叶,MP3 文件开始通过互联网上的地下盗版歌曲网络广泛传播。通过互联网分发音乐的第一个已知实验是在 90 年代初由 互联网地下音乐档案馆(IUMA,即 Internet Underground Music Archive)组织的。

1997 年 11 月,mp3.com 网站免费提供了数千位独立艺术家作品的 MP3。MP3 的小体积允许从 CD 中翻录的音乐被广泛地 点对点(P2P)传播,而这放在以前几乎是不可能的。第一个大型的 P2P 文件共享网络 Napster 始于 1999 年。MP3 制作和分享的便捷性导致了广泛的盗版。大型唱片公司宣称这种音乐的免费共享减少了销量,并称之为「音乐侵权(Music piracy)」。作为对「音乐侵权」的回应,它们向 Napster 提起诉讼(最终被关闭并出售)并针对参与文件共享的个人用户。

随着 MP3 风靡全球,小体积、大容量的 MP3 播放器也随之流行起来。不过,由于智能手机的发展,MP3 播放器被淘汰的速度比它的前辈还要快。

时至今日,由于网速和存储技术的进步,网络商店售卖数字音乐的品质也水涨船高,从有损到 CD 级无损,从 CD 级无损到 Hi-Res,不变的是它超越时空的便捷性。

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