2.1 模拟音频技术

人类一直都有一个梦想，希望能对声音进行记录和重放。19世纪，人们通过对物理声学的研究，认识到声音的一个重要特性——声音具有能量。随着科学的进步，这个梦想最终成为现实，管理声音能量的模拟音频技术也顺理成章地诞生了。

2.1.1 模拟音频技术的诞生

1857年，法国发明家斯科特根据人类耳鼓膜随声波振动的现象发明了的声波振记器，它是在实验室研究声学时发明的，这是最早的记录声音的仪器。这项装置通过转动的柱面上的一层膜记录下声波振动留下的痕迹，用来测定一个音调的频率，并研究声音及语言。但此装置只是记录下声波的形状而已，无法在录音后播放，也没有任何再生装置。斯科特发明的声波振记器如图2-1所示。

1877年，美国科学家爱迪生发明了一种录音装置，他将声波转换成金属针的振动，同时转动圆筒的摇把，随着声音强弱高低的不同，金属针可以将波形在圆筒的锡箔上刻录出深浅不一的沟纹。当金属针再次沿着刻录的轨迹行进时，便可以重新发出留下的声音。爱迪生的录音装置实现了最早的声音“刻录”，使声音可以储存与再现，这种装置称为“蓄音筒”，是留声机的鼻祖。爱迪生发明的蓄音筒装置如图2-2所示。

早期的蓄音筒是锡箔制滚筒，唱一次只能录制一筒，每个蓄音筒听五六次后就会磨损报废。在其后的几年里，留声机一直在不断改进。1885年，美国发明家奇切斯特·贝尔和查尔斯·吞特发明了用涂有蜡层的圆形卡纸板来录音的留声机装置。1887年，旅美德国人伯利纳研制成功了碟形唱片和平面式留声机。伯利纳平面式留声机如图2-3所示。

1888年，爱迪生又把留声机上的大圆筒和小曲柄改进成类似时钟发条的装置，改为由马达带动一个薄薄的蜡制大圆盘转动的样式，大大增强了播放的稳定性。1895年，爱迪生成立了国家留声机公司（National Phonograph Company），生产并销售这种用发条驱动的留声机，从此以后留声机才得以普及。同年，德国人艾米利和伯利纳推出了一款新的留声机，使用扁圆形涂蜡锌版作为播放和录音的媒体，同时也可制成母版进行复制，这就大大增加了唱片商业化量产的可能性。

1891年，伯利纳研制成功了以虫胶（也称洋乾漆）为原料的唱片，发明了制作唱片的方法，唱片工业由此开始了历史性的起点。

在20世纪最初的10年中，留声机和唱片得到很快普及，当时，留声机公司的广告口号是“请您在家中欣赏歌剧”，这是多么激动人心的口号啊！虽然当时的留声机产生的音质还很差，但毕竟是第一次把音乐从音乐厅传播到人们的家中，这表明了机械方式的模拟音频技术正在走向实用化。

2.1.2 模拟音频技术的成熟

真正使声音进入大众传播阶段的是现代电子技术和磁记录技术的发展。1877年，埃米尔·柏林内尔发明了炭精麦克风。麦克风也称为话筒，通过话筒可以将声音的动能转变为电能。

1898年，丹麦人波尔森发明了钢丝录音机，第一次通过磁记录模拟信号方式录放了声音，为磁性录音奠定了技术基础。1928年，德国人弗勒马又发明了纸带上涂敷磁粉的技术，解决了钢丝录音机使用不便的问题。录音机的发明使唱片工业母带的制作水平有了质和量的飞跃，20世纪30年代，手摇式的圆盘唱机和粗纹唱片（78转/分）在全世界广泛流行，20世纪40年代后期，开始生产密纹慢转唱片（33 转/分）及其配套的电唱机，20 世纪50 年代，美国和英国开始研制生产立体声唱片，20世纪70年代，四声道立体声唱片诞生……唱片工业的发展同时促进了无线电广播的发展，两者结合使声音的大众传播成为比较完整的体系。

唱片虽好但只能由专业的唱片公司生产，人们渴望随心所欲地记录自己声音的愿望还是无法实现，这种需求促使菲利浦公司于1963 年成功开发出模拟音频卡式磁带技术。该产品既可以让用户播放事先录好的声音，也可以让用户录制新的信息。与唱片相比，模拟卡带既便宜小巧又易于操作，它的销售很快风靡全球，迅速占领了唱片市场的大片地盘，卡式磁带录音机更成为人们进行声音信息传播交流的方便工具。

模拟技术经过一百多年的发展，到20世纪70年代已达到颠峰，从专业级、业务级到民用级的制定，都有完善齐备的工业标准，产品线从高端、中端直至低端，琳琅满目，不得不令人赞叹。

2.1.3 模拟音频技术的特点

概括来说，模拟音频是一种对声音波形进行1:1比例记载和传输的信号表示方式，它的波形是连续的，可以用机械、磁性、电子或光学形式来表现。模拟音频信号的振幅除了可以通过电压与位移（如留声机和模拟光学声迹）的直接模拟来表现外，还可以通过信号电压与磁通量强度（模拟磁带录音）的直接模拟来表现。模拟音频也可以用调频方式使信号被载频或被解调，因为，不管是在调制还是在解调周期内，其信号仍保持其模拟形态。模拟音频信号的波形如图2-4所示。

为了方便模拟音频电路对信号强度的控制，表述模拟音频电路中信号的大小使用与声压级或声强级相对应的“电平”这一参量。与声压级和声强级概念相同，电平也分成电压电平和功率电平两种，同样以分贝（dB）表示。

模拟音频技术反映了真实的声音波形，技术成熟，声音温暖动听，尤其在声/电能相互转换的功能（拾音与还音）方面是其他技术无法替代的，直到今天还在使用。但它是工业化时代的产物，在记录、编辑和传输时受到很多技术本身的限制，主要缺点是动态范围小，信号/噪声比差，音频信号编辑十分不便，以及设备复杂昂贵等，尤其是其薄弱的信息承载能力，无疑是一个致命的弱点。