在老电影里，大家应该都有看到过留声机。随着唱片的转动，留声机金黄的“大喇叭”慢慢悠悠地传出一曲《夜上海》，这个场景你一定很熟悉。
不过你有没有好奇过：声音看不见摸不着，它是怎么被留声机留住的呢？
典型的留声机形象
（图片来源：pixabay.com）
最初发明的留声机长啥样？
其实，在很长一段时间里，人们一直没能把声音直接保存下来，只能通过口授、文字、乐器等手段间接记录声音。直到1877年爱迪生发明留声机，声音才第一次被人们捕捉到。
爱迪生和他的早期留声机合影于1878年
（图片来源：参考文献[2]）
从图中大家可以发现，爱迪生最初发明的留声机并没有那个标志性的大喇叭，所以接收声音的效果并不好。而大喇叭其实是在1888年爱迪生推出的第二代留声机上才出现的，它让留声机接收和播放声音的效果都提升了，随后还出现了把喇叭隐藏在木盒子里的箱式留声机。
爱迪生留声机与箱式留声机的广告
（图片来源：参考文献[3]）
再仔细看，爱迪生的留声机跟大家印象里的留声机可能不太一样，它并不存在圆盘状的唱片，留声机的中央是一个横放的圆柱体。在当时的留声机广告里，留声机旁也放着一个个大号的圆柱体，这就叫做唱筒留声机（Phonograph）。而如今大家印象里利用圆盘状的唱片播放声音的唱片留声机(Gramophone)其实是由埃米尔·贝林纳（Emil Berliner）于1887年发明的。
贝林纳的唱片留声机手稿（图片来源：参考文献[4]）
和贝林纳本人（图片来源：参考文献[5]）
留声机如何保存和重现声音？
其实无论是唱筒还是唱片，这些留声机的工作原理都有相通之处，以下用贝林纳的唱片留声机举例。
贝林纳的唱片留声机手稿
（图片来源：参考文献[4]）
在接收声音的时候，声音沿着绿色箭头的方向从喇叭口传向喇叭底端，喇叭底端连接着的蓝色表示圆片状振膜，振膜用铝合金片或云母片制成。振膜上连接着的红色表示唱针，唱针的材质为钢铁或用天然钻石镶嵌在铜针上制成，振膜振动使得唱针按照黄色箭头的方向抖动。振膜和唱针合称为唱头。
唱针尖端顶在唱片上，而唱片表面为特制材料，由蜂蜡、褐煤蜡等天然蜡质添加化学药剂后制成，唱片转动的同时会被针尖刻出螺旋痕迹，声音导致针尖抖动，也就使得刻出的痕迹具有了和声音信息相对应的细节特征。根据唱针安装的方式不同，刻出的痕迹分为平行于唱片抖动方向的横向刻纹和垂直于唱片抖动方向的纵向刻纹。
唱片上的横向刻纹和纵向刻纹
（图片来源：参考文献[1]）
在放音的时候，让针尖对唱片保持一定的压力，然后转动唱片，针尖就会重新划过这些有特征的痕迹，并且把特征振动传导到振膜和喇叭上，从而还原被记录在唱片上的声音。
唱筒跟唱片的区别在于，唱筒是在滚动的圆柱表面留下刻痕。如下图右上方是一个喇叭，金属柱体的表面是柔性的金属箔，一边转动有螺纹的金属杆一边对喇叭说话，就能带动唱针在金属箔上刻下声音的痕迹。需要还原声音的时候，只要重新转动刻好的金属箔，就能带动唱针和喇叭发出声音。
1892年生产的金属箔唱筒留声机
（图片来源：参考文献[6]）
为什么唱片机打败了唱筒机？
爱迪生最初用锡箔做唱筒，效果并不好，他也把留声机的实用价值局限于记录说话。后来电话的发明人贝尔用蜡代替锡箔，爱迪生才意识到唱筒留声机用于音乐的实用前景，于是他和贝尔分别将唱筒留声机实用化，并不断研发改进。而贝林纳在贝尔电话公司工作一段时间后，离开了贝尔独自去研发唱片留声机，还创办了公司。
经过对材料和结构的不断改进，唱片留声机和唱筒留声机的音质越来越好，两者的效果不相上下。然而唱片体积小、易储存，可以通过翻模快速产生副本，唱筒的体积却很大，还需要反复录音来制作副本，所以爱迪生的唱筒留声机最终于1929年停产。
电话发明人——贝尔
（图片来源：参考文献[8]）
无论是靠喇叭和唱针的机械抖动，还是靠手摇和发条来转动唱筒、唱片，留声机一开始都只利用机械动力。到了19世纪末，各种电动机发电机快速发展，大喇叭被麦克风取代，机械唱头被电唱头取代，于是留声机进化成了电唱机。
电唱机虽然还是靠唱针和刻痕来记录和还原声音，但不再靠单纯的机械传导，而是通过麦克风将声音信号转化成电信号，电唱头让电信号和唱针振动里蕴涵的声音信号互相转换。
二战后，随着塑料的发展，人们制作出了能刻出更细密纹路的密纹唱片，这样就能在一张唱片上记录更多的音乐。当电唱机和密纹唱片结合，就形成了咱们今天所熟悉的黑胶唱片机的样子。
参考文献：
[1] Edison, Thomas A.. "Edison with Cylinder Phonograph; Washington, DC; April 18, 1878." 1878. Photo courtesy of U. S. Department of Interior, National Park Service, Edison National Historic Site..
[2] 李恩璞,邢路萍. "回顾最早的录放设备——留声机." 音响技术,2008(4):78-81.
[3] "Phonograph Catalog/Advertisement: 'I want a phonograph in every home...'." Edison Manufacturing Co. Inventing Entertainment: The Motion Pictures and Sound Recordings of the Edison Companies, Library of Congress.
[4] Berliner, Emile. Scrap Book. to 1894?, 1885. Image. Retrieved from the Library of Congress, .
[5] Berliner, Emile. Emile Berliner. Young Israel, S.l, 1871. Image. Retrieved from the Library of Congress,.
[6]李恩璞,邢路萍. "回顾最早的录放设备——留声机(2)." 音响技术,2008(5):78-81.
[7] https://www.youtube.com/watch?v=UxQyewor27U
[8] https://www.loc.gov/collections/emile-berliner/articles-and-essays/gramophone/
[9] Alexander Graham Bell, half-length portrait. Harris & Ewing, Washington, D.C. Photograph. Retrieved from the Library of Congress, .
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来源：科学大院
编辑：藏痴