留声机原理 留声机结构图解

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在传媒博物馆广播馆一厅,陈列着一台精美的爱迪生牌蜡筒留声机,它被人们称为“会说话的机器”。

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传媒博物馆陈列的爱迪生牌蜡筒留声机

广播与留声机在发展过程中,一直有着相辅相成、相互促进的紧密联系。电台在广播节目中使用留声机播放唱片,极大地丰富了广播内容;而广播的进一步发展带动了扬声器、话筒等设备的更新换代,从而间接地提升了留声机的录放音质量。

今天,就和大家来聊一聊留声机的发展历史

雏形——声波振记器

发明灵感

1857年,法国当时的印刷技术还处于铅版活字印刷阶段,工人们需要按照编辑提供的速写笔记,逐字排放带有字符的铅版,制成印刷模板后才能印刷,这份工作冗繁枯燥,且很容易出现纰漏。

实践中出灵感。一名印刷厂排版工人里昂·斯科特,他设想如果有一台机器,能记录下主编声音,这样就可以按照录音排版,工作或许会更便捷一些。于是,他着手发明了一台能将声音记录下来的机器——声波振记器

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里昂·斯科特和他发明的声波振记器

录音原理

这台机器有个号角型的话筒,话筒大的一端开口,小的一端装有可调节黄铜管,黄铜管上带有可以像人的耳鼓膜一样随声波震动的薄膜。黄铜管和前面的滚轴通过一根猪鬃毛或者钢针连接,滚轴上一般包裹着蜡烛熏黑的纸张。声音通过开口的话筒传送进来,使薄膜震动,薄膜再带动钢针震动,把震动的路径刻录在纸张上。

声波振记器的局限性

声波振记器只能将声音以波形的方式记录下来,却无法即时回放。直到2008年,斯科特留下的波形所表示的声音才被还原出来,原来是法国民歌《致月光》

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声波振记器记录下的波形

因此,在2008年之后,里昂·斯科特被认为是记录声音第一人。此前,人们一直认为世界上最早的录音装置是我们下面要提到的爱迪生留声机。

爱迪生第一代留声机

发明灵感

留声机的灵感来源于电话、电报的研究。1877年,在研究电话纸膜的震动时,爱迪生将一根钢针抵在纸膜和手指之间,随着讲话声调的高低,他感受到这根钢针以不同的频率、力度挤压着他的手指。

这时,他顿悟道:“既然钢针的运动可以代表声波,那如果将钢针的运动记录下来,不就可以记录下声波了吗?”爱迪生在笔记中也写道:“我用一块带针的膜片,针尖对准急速旋转的蜡纸,声音的振动就非常清楚地刻在蜡纸上了。”

锡箔留声机

经过四天四夜的细化研究,爱迪生画出图纸并交给了助手,让助手加班加点做出来。助手工作了30多个小时,终于把成品递给爱迪生,第一代锡箔留声机诞生了

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爱迪生与锡箔留声机的合影

1878年2月19日,爱迪生获得美国专利局授予的留声机发明专利。

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爱迪生申请专利的图纸

留声与放声原理

爱迪生锡箔留声机的留声原理与声波振记器大体相同,改用锡箔作为记录声音的材料。录音时,钢针在锡箔上刻画出深浅不一、疏密不同的连续刻痕记录声音;播放时,钢针带动薄膜沿着锡箔上的痕迹行进,使薄膜有规律的振动发声。

锡箔留声机图纸

锡纸上的声音痕迹

公开展示

当时,围观的人都对这个外形奇怪的机器一头雾水,根本不相信这就是爱迪生形容的 “会说话的机器”,甚至有人愿意为此赌上一包上等雪茄。

只见爱迪生取出一张锡箔,将它包在刻有螺旋槽纹的金属圆筒上,摇动曲柄,对着圆筒前的喇叭,声情并茂地唱起了一首童谣《玛丽有只小羊羔》。

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大家哄堂大笑。没想到,当爱迪生将圆筒转回初始位置,再按原来的速度转动,这台机器将爱迪生的歌声和现场的几分笑声都回放出来。在场围观的人都惊呆了,真是一台神奇的“会说话的机器”。据说爱迪生赢得了这盒雪茄,心满意足地抽着雪茄和助手一起回了实验室。

爱迪生第二代留声机

在发明了锡箔留声机之后,爱迪生逐渐对其失去了兴趣,转而研究电灯。

但“电话之父”亚历山大·贝尔与他支持的伏特实验室在19世纪80年代中期改进了锡箔留声机,在滚筒涂上金属皂类代替锡箔,成为了后来的蜡筒。

锡箔具有易形变、无法长时间保存的缺点,导致了平均每一张锡箔在录音后只能播放2-3次,这是爱迪生第一代留声机的最大缺点。而金属皂类足够坚硬,能在反复播放之后保持原有刻痕。

爱迪生恍然大悟,连忙与化学家乔纳斯•艾尔丝沃斯合作,赶制第二代留声机。

他们最终在各种蜡制品中选出了“棕蜡”“黑蜡”作为留声材料;在话筒上加了一个喇叭形的音筒作为扩声器;在机箱装上了驱动装置,每次只要上紧发条,就可以自动播放。1888年,第二代蜡筒留声机诞生了

爱迪生牌蜡筒留声机

蜡筒唱片

蜡筒唱片

爱迪生最初发明留声机的意图是记录会议内容、遗嘱或名人名言,没想到大家都热衷于娱乐功能,爱迪生便顺应大众需求,制作出蜡筒唱片,里面预录了流行歌曲、民谣、唱诗班等声音,以50美分一筒的价格售出,蜡筒唱片也成为了唱片的雏形

爱迪生发明留声机可谓录音技术的里程碑,爱迪生本人当时也被各大媒体神化了。

但留声机的发明之路并没有就此停止,正当爱迪生沉溺于世人的欢呼时,有人似乎已经领先一步了。

他是谁?

他的发明又拥有什么过人之处

让蜡筒唱片的市场节节败退?

我们下次再讲。

(文中图片来源于网络)

文案、编辑丨李君阳 余典

指导 老师丨张涵烁

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