最伟大的发明－留声机

http://blog.sina.com.cn/s/blog_654e313b0100o144.html 人类最伟大的发明之谜 制图/文　万壑松风听琴韵　（图片原始资料来源于互联网） 〔前言〕 人类有无数令人激动或难以忘怀的发明，然而有一种发明，随着时间的渐渐流逝，人们竟然忘记了它。这项发明，说它是人类最伟大的发明，是丝毫不过份的。它的名字我们都听说过，但是，我们所能了解的仅仅是一个名词而已，至于它的工作原理，就很少有人能说个一二三出来，对现代人来说，它几乎要渐渐成谜，正如同我们都知道商代有巨大的铜鼎，却很少有人知道它的具体用途以及制造步骤，或是知道造纸术是四大发明之一却不知道造纸的具体原料、成份比例以及每道工序所需要的时间和制作步骤。当然，这些东西或许对我们毫无用处，我们不用知道这一切也照样能用上纸，绝对不会像汉代以前的人上个厕所也要备个瓦片树枝或树叶。可是，正是因为古埃及那份神秘在不停地吸引着无数对其向往的人去探索，才有了现代的古埃及学，以及那诸多从帝王谷掘出的文物，虽然我们今天所讨论的这项发明远不及古埃及文明那样的魅力。 现代文明社会里，我们每天可以接触到大量的信息，其中之一就是声音。我们从广播里可以听电台的节目，从电视里看图像的同时也可以听到伴音；或是揣着数码播放器，一边走路一边听音乐。然而，这一切在100多前却是无法想像的。在那以前，人们可以图像，至少在摄影术发明之前可以用绘画的方法记录生活，使我们在研读文献的同时可以更直观地了解已逝的世代。然而我们却无法听到古人如何说话如何唱歌，这对语言学家或是音乐学家来说，是最遗憾的事。当我们聆听一百年前的人说话时，我们可以很惊异地发现，那时的语言和现在是有差异的，音乐演奏演唱也是这样。我们能够听得见那久远之前易逝的声音，完全要归功于记录声音的鼻祖——人类最伟大的发明：留声机。 这个名词我们并不陌生，在上学时都知道这是大发明家爱迪生发明的机器；可是它究竟是怎么一回事，却很少有人知道。现代发达的音频播放设备，平常普通又普及，使我们很难去特意关注它，好像它本来就是生活的一部分，或是如同每天的吃饭睡觉一样，普通得不能再普通，以至于古老的留声机被淘汰出局，远远地离开人们的生活和视线，只能悄悄地留在古玩市场、博物馆和历史教科上。然而，作为第一次将人类的声音记录下来、使千百年来的梦想得以实现的最伟大的发明，我们不能也无法把它遗忘。 正是因为它的黄金时代早已远逝，人们对其知之甚少，于是许多说法就混淆起来。一些现代资料论及它的时候，不是有常识性的错误，就是解释得太笼统，使人看了不但厘不清头绪，反而更加迷茫。人们通常搞不清留声机与电唱机的区别，甚至认为电唱机就是留声机，或是认为留声机也需要电才能工作；加上近年来有些音响厂制造复古留声机，就是把电唱机做成留声机的外形，这就更让人搞不清谁是谁。 一般说来，留声机是指以播放每分钟78转的SP唱片为主、用机械唱头及钢唱针来拾音、由齿轮机械系统来带动唱盘转动的唱片播放机；电唱机指的是用电动机带动唱盘转动、由晶体电唱头及宝石唱针来拾音并经过扬声器发声、以播放每分钟33-1/3（33又3分之1）转的唱片为主的唱片播放机。这两种机器的原始工作原理相同，但机械工作原理却大不相同。 由于时代久远，有关留声机的书籍资料一般都很难见到，互联网上有关留声机的资料，要么只是大量的图片，要么就是极简单的聊聊数语的原理介绍，以致于它的细节仍然让人无法明白。由于参考资料的缺乏，现就从拆卸留声机所得到的经验将机械手摇上发条的留声机工作原理作一简介（不涉及电唱机），其中的一小部分名词为作者自己命名，与正式的名称可能会有些出入；有小部分的机械原理由网络图片中的机械结构分析得出。 留声机有许多种不同的形制，有落地柜式的，有手提箱式的，有台式的，便携式的，以及其它巨大的如同家具一般的形状的，等等。其中以台式的造型最优雅。它与家具式的相比，要轻便小巧的多；与手提箱式相比，造型要优美得多，加上大大的铜喇叭，实在是巧夺天工的。 〔留声机的基本结构〕 留声机虽然造型各异，但主要的结构基本上都一样。如果从大的方面看，可以分为两大部分：机械系统与发声系统。 1.机械系统由一套发条齿轮机构组成，有点像钟表的机械（当然远没有钟表复杂），上满发条后，通过齿轮的差速（一般两个齿轮即可），经过飞球（Flying ball）轴的速度控制，带动唱盘旋转。经过调节飞球轴端的松紧和调速毡头与调速盘的距离，可以使唱盘达到每分钟78转（但不会太精确，通过调节外置的调速杆，可以随时调整调速毡头与调速盘的距离，其转速就可改变），也可以调到每分钟33转或45转的转速。如果发条松了，其转速会降低。一般说来，上满发条后（约摇上发条手柄20－30圈），可播放一张SP（Standard Play）唱片的正反两面（近10分钟）。（实际播放时，有的机器达不到这个，需要播放完唱片一面后重新上发条） 2.发声系统结构较简单，一般由唱头、唱臂和喇叭（有的机器用截面为矩形的号角）组成，唱头装在唱臂的前端。台式机中大部分的唱臂是下垂式的，装在支架上，直接连着喇叭。有一种唱臂是装在机箱面板上，喇叭也装在面板上，二者由连接管在机箱内部相连。 〔留声机的机械系统〕 在留声机的结构中，不管是巨大的机箱，还是小巧的木盒子，都是装饰性大于实用性；因为不管是大机箱还是小机箱，里面都是空的，只有一只小小的机械机芯占据不大的地方。 机芯由一套发条齿轮机构组成，作用是带动唱盘匀速转动。我们若是看到一部破旧的收音机或卡带录音机，如果非常破旧，往往就会想，它还能不能使用？而事实证明它往往已难以工作，所以我们在互联网上见到一些非常破旧的将近百年历史的老留声机时也会问，它还能不能唱？答案很简单，如果它的机芯还能运转，又不缺少零件，即使再破旧，它依然可以播放唱片。 机芯的形制会因不同的留声机而不同，但不外乎以下几个部分： 1.发条盒 这是唱盘转动的动力源。有的发条盒是单个的，就像钟表里的发条盒；有的是双联的，两个发条盒合在一起，里面装着发条。 2.上发条轴 如果发条盒是平放的，上发条轴需要通过一个齿轮和发条盒连接以便于上发条；如是发条盒是竖放的，上发条轴直接连在发条轴上。它的另一端可以接上一个曲手柄来转动上发条（手摇），从机箱外面看，机箱上会开一个孔，可以插上曲柄，连接到上发条轴，也可以随时拿下来。 3.传动轮 这个轮一般由同轴的大小不同的两个齿轮构成，起到差速的作用。齿轮的一端接发条盒的主动齿轮上，另一端接唱盘轴齿轮上。 4.唱盘轴 是带动唱盘转动的轴，它的轴一端伸出机箱，轴上装着唱盘。它通过一个齿轮接收来自传动轴的动力，又通过轴上的斜丝或小齿轮带动飞球轴转动。 5.飞球（Flying ball）轴调速机件 飞球是留声机转速的重要部件。飞球轴通过斜丝与唱盘轴相连，接收来自唱盘轴的动力。它是两端留有活动余地的轴，轴在转动时可以小幅度地左右活动。它上面与轴同向装有三个弹簧片，弹簧片上各装有一个小铁球。轴的另一端有一个铜质耐磨的圆盘与轴身相垂直地装在轴上，轴从圆心穿过，这就是调速盘。 6.调速毡头 在机箱外部可以看到调速刻度盘和调速杆。调速杆通过杠杆接到调速盘附近。在调速盘的一端，夹着一小块毡垫，正对着调速盘，通过调速杆可以使毡头靠近或远离调速盘。 7.附件 附件一般包括调速刻度盘、刹车键和唱盘。 刹车键是个中间固定的单杠杆，固定在机箱外面唱盘的边角下。它的一端伸出唱盘，可以用手扳动；另一端在唱盘的边缘下面（有的处在唱盘的外缘），夹着一块毡垫。刹车后，毡垫接触唱盘内缘（或外缘），使唱盘停止转动；松开刹车键后，毡垫离开唱盘内缘（或外缘），唱盘可以正常运行。 刻度盘上标着Fast（快）或Slow（慢），调速杠杆的一头处于刻度盘上，可以按刻度扳动，通过杠杆控制机芯调速毡头与调速盘的间距从而调整转速。 唱盘是个饼状的金属盘，上面覆盖着一层毡垫以承托唱片，使其在转动中不致打滑，同时保护唱片不致受损。机芯中的唱盘轴从机箱中伸出面板，唱盘就装在唱盘轴上。它位于面板上，几乎覆盖住面板（指台式机而言），这是一般伯利涅式留声机的唱盘结构。爱迪生式的留声机没有唱盘，而是一个相当于唱盘功能的圆筒，能够在机械系统的带动下绕圆心滚动旋转；因为爱迪生式留声机的音源不是采用圆盘形的唱片，而是筒状的唱筒。这个圆筒可以带唱筒转动，从而播放出声音。爱迪生式留声机的机械结构与伯利涅式的不尽相同。 将发条上满后，松开刹车键，发条齿轮通过传动轮的差值传动带动唱盘轴转动，唱盘轴带动飞球轴转动。由于飞球轴的两端留有活动余地，所以当调速毡头靠近调速盘时，它受到阻力会减慢转速，但不会完全停止。毡头越靠近调速盘，它受到的阻力大，就会转得越慢，反之转得越快。毡头与调速盘的距离由杠杆通到机箱外面调速刻度盘下的杠杆头手动控制。 由于型号的不同，有的留声机机芯会多出一两个齿轮（尤其是大型的柜式机型）。 留声机机芯需要定期上油，否则会生锈或造成过多的机械磨损。机芯一般上钟表油或缝纫机油为好，不适合上机油或黄油。如果上机油或黄油，要避开飞球轴的两端和飞球轴斜丝。如果飞球轴的两端上了机油或黄油，会被粘住，造成机芯无法运转，或是转速减慢。调速盘上也要防止被粘住，否则也会造成转速减慢或死机。 〔留声机的发声系统〕 留声机的发声系统包括唱头、唱臂和扬声器三大部分。 我们都知道是爱迪生发明了留声机。在他以前，有不少人都在研究声音的保存问，有少还发明了声波记振仪。爱迪生看到放到电话话筒上的针在通话时随声音的强弱产生不同幅度的跳动，从而设想如果有不同振幅的机械振动，也应该能发出声音。他于是造出一台留声机原机。 留声机的原机结构相当简单，可以录音或播放录音。在一个蜡筒上包上锡纸，蜡筒轴一端是手柄，可以转动蜡筒，另一端是平移螺丝，在转动手柄时，蜡筒绕自身圆心滚动旋转，同时会在轴平移螺丝的带动下横向移动。在蜡筒的一边，是一个声波接收器，其实就是一个漏斗状的筒，它的底部是振动膜，膜中心装着一根针，振动膜与蜡筒平行，针与膜垂直，通过调节螺杆可以使声波接收器贴近蜡筒上的锡纸，使针与锡纸接触。与声波接收器相对的一边是播放器，它位于蜡筒的另一边，结构与声波接收器相似。 录音时，把播放器通过调节螺杆使其远离蜡筒，同时使声波接收器贴近锡纸，使针与锡纸接触，然后转动手柄使蜡筒旋转。对着话筒大声喊话，由于声音高低不同，其引起空气的振动幅度也不同，空气带动振动膜产生不同幅度的振动，膜中间的针就会在转动的锡纸上刻下深浅不同的刻痕，这样声音就被记录下来。 播放录音时，先倒转手柄，将蜡筒的横移复位，然后通过调节螺杆使声波接收器远离蜡筒，同时使播放器贴近锡纸，使针与锡纸接触。当旋转蜡筒时，锡纸上的刻痕就带动振动膜振动，从而还原出声音来。不过用这种方法录制的声音不太清楚，音量小，录音时需要大声喊话。 爱迪生工业化生产的留声机沿用了原机的工作原理，它的音源仍是筒形的。 后来伯利涅设计的留声机采用了盘形的音源，就是唱片。很显然，盘形的音源比筒形的音源要好得多。首先它在制造上有了批量工业化生产的可能，制造技术上也方便得多；其次它可以正反两面录音。在发声系统上，它采用了与爱迪生式留声机不同的机械结构（在发声原理上与爱迪生式留声机相同）。 从设计图中，可以看到其最基本原理。爱迪生式留声机的振动膜与唱筒平行，而伯利涅式留声机的振动膜与唱片垂直。唱片中的刻痕不是如爱迪生式在音槽底部呈现深浅不同的形状，而是刻在音槽的两壁上。唱针的一端固定，其中间有杠杆与振动膜相连。当唱针放到音槽中时，唱片旋转，音槽壁上的刻痕会带动唱针产生抖动，唱针通过杠杆将抖动送到振动膜，就还原出声音来。 在另一张设计图中，唱针的中间被固定（是一个支点，而非固定死），唱针的另一端连在振动膜上；唱针到支点的距离小，支点到振动膜中心（唱针臂或称为唱针杠杆）的距离大，这样通过杠杆的差值放大后，唱片音槽中的振动就放出大的声音，再通过喇叭的放大，声音就非常响亮。 1.留声机的唱头 留声机的唱头一般由配重铁圈、振动膜、唱针杠杆、唱针支点、唱针固定螺丝和唱针组成（有的唱头会加一个镂空的铁护罩）。 配重铁圈是一个截面为圆形或矩形的铁圈，是唱头的“龙骨”，唱头的部件都组装在它上面。另外，它起到配重作用。由于铁圈有一定的重量，可以将唱针压在唱片音槽中。 振动膜是发声系统最主要的部件，音质与此有很大关系。它的中心固定着唱针杠杆的一端。振动膜装在配重铁圈（唱头龙骨）的一侧。它的另一侧有一个圆铁片贴在其上，铁片中心有一个孔，可以接到唱臂管腔的末端。 唱针杠杆是由铁丝制成的，一端固定在振动膜中心，另一端是个很小的铁管，唱针就装在管中；管壁上有固定螺丝，可以将唱针固定。在接近唱针的一头，有左右两个支点支在支点螺丝上。有的机型不是用支点螺丝，而是用天平上的三棱铁来作为左右两支点，支在两个小铁环中。支点非常灵敏，可以使唱针带动唱针杠杆（唱针臂）摆动，并通过唱针杠杆将振动送至振动膜。 唱针是一根很短的钢针，约1.5厘米长，直径约0.1-0.15厘米，一端呈长锥状磨尖。唱针比缝衣服的钢针在硬度上要软得多，一般SP唱片播放一面到两面需要更换一根唱针，因为针尖已经磨损，直到被磨成楔形放不到音槽中而跳线。唱针磨损后，可以用砂纸将其磨尖。用砂纸磨完后，要在磨刀石上抛光，否则会划伤唱片音槽壁，造成音轨受伤，这是无法修复的。所以为了保护唱片，唱针就比较容易磨损。 现在出产的山寨留声机用的唱针都是上世纪七十年代之前出产的，比较难得。现在生产山寨留声机的厂家一般只生产电唱机的唱头，不生产留声机的钢唱针。上世纪留声机流行的时代上海出产的200枚/盒的唱针（唱针盒如同清凉油盒般大小），一般要卖到50元以上人民币，而且还很难能见到。 我们没有见过留声机的，可能会认为它非常神奇，甚至会想到它要用电才能工作。其实它的发声装置就这么简单，通过这个装置，就可以从唱片上把声音还原出来。 2.留声机的唱臂 留声机的唱臂一般是中空的管腔，它的一端连接唱头，另一端连接喇叭。早期有些留声机的唱头直接连接喇叭，唱臂只是一支木棍。 不同造型的留声机其唱臂的形状也不相同。以台式机为例，唱臂分下垂式和支点式。下垂式唱臂的留声机在机箱的一侧装有一个铁支架，唱臂就装在支架上，喇叭也装在支架上。支点式唱臂装在机箱面板上，喇叭也装在面板上，在机箱内部通过管子二者相连。虽然造型不同，但其结构大致一样。 唱臂由中空的铁管制成，一般是铸造的。它可以分为两大部分，两大关节。第一个关节比较短，处于唱头一端，可以向上扳起，唱头就向上折起，悬在唱片上方，这个关节可以上下活动，但向上扳起后，就不能再后扳下去，以便使唱头折起停住。另一个关节位于连接铁支架或机箱面板的地方，可以左右活动（可达360度转动）。唱臂在唱头端较细，到左右活动的关节处会渐渐变粗。唱针放到唱片起点后（在唱片最外缘），随着唱片的转动，唱针会沿螺旋音槽渐渐向唱片中心移动，是左右活动关节起的作用。 3.扬声器 说到扬声器，我们都会想到音箱上的喇叭。这里说的扬声器，指留声机的声音放大装置。由于有的留声机用的是牵牛花状的铜喇叭，手提箱式的留声机用的是截面为矩形的铁号角或扩音盆，所以统称为扬声器或扬声装置。 台式留声机大都用喇叭。制造喇叭的材料很多，有铜的，有铁的，有木的，以及其它材料的。其中以铜制的多见。喇叭的形状也有很多种，但大致形状都是牵牛花状的。早期的留声机喇叭一般是长锤形的。喇叭的规格也有很多种，常用的有喇叭口直径54厘米的。有的喇叭是素面的，有的在上面压有花纹。它的一端是张开的喇叭，另一端渐渐变细并渐渐向下弯曲。在铁支架上有个铜管，它的下边连着唱臂，喇叭就套在它上边（也可以随时把喇叭摘下）。（支点唱臂型的是在机箱面板上有个铜管，喇叭就套在铜管上）。 手提箱式或柜式留声机的扬声器是个截面为矩形的铁号角，藏在机箱内部，开口处于侧板或面板的一边。 〔其它附件〕 除了两个主要的部分之外，留声机需要一个木制的机箱，它要有一定的重量，以便使喇叭装上后不致失去平衡倾倒。留声机要有一个手柄来上发条。手柄为细铁棍制成，有个木柄，另一端中间开叉，以便与上发条轴咬合。手柄装上上完发条后可以取下。 〔唱片〕 这里就不再具体说它了。唱片一般分SP、EP（45转/每分钟）、33－1/3（33又3分之1）转的LP（Long Play）唱片。我们现在能见到的SP唱片有直径30厘米和35厘米的，俗称粗纹唱片。它是夹芯的唱片，有一块唱片芯，黑色，如同一个薄砂轮；在它的两面贴薄纸，纸上压上黑树脂，形成音轨。这种唱片比较重，必须垂直放置，否则会变形弯曲。这种唱片一般就叫SP唱片或粗纹唱片（78转/每分钟）。它一般在留声机上用钢唱针播放。若在电唱机上播放，播放后，电唱头的唱针就不能再播放密纹唱片（因为它对唱针的磨损非常大）。 而我们通常所说的黑胶唱片是一个黑色的塑料片，一次成型，没有夹芯，可以用手扳弯，有弹性，较轻，一般叫黑胶唱片或密纹唱片，常见的有33－1/3转，规格有直径17.5厘米、30及35厘米。在保存上同样要垂直放置。SP唱片在上世纪20年代进入中国后，一直到70年代初黑胶唱片大量生产时才停产，留声机的时代基本结束，让位给电唱机。中国人后来研制出一种薄膜唱片，如同一张厚纸一样，透明，比较软，这种唱片在古玩市场比较多见，非常便宜。中国大陆的唱片生产在上世纪80年代渐渐衰落，让位给盒式磁带录音机。在1992年，基本停产。90年代末，中国最后一条唱片生产线关闭，让位给CD光盘。现在能见到的唱片大都是从前遗留下来的旧唱片，或是海外生产的新唱片。一张新唱片的价格可以买30－50张左右的正版CD。唱片不像CD光盘，它是不能够被轻易翻制的，所以不存在盗版；而其复杂的生产工序，使其也不存在山寨版（至少现在是这样）。所以，唱片就像绝版发行的某种艺术品一样，不会再生。 留声机的时代虽然已经远去了，但是，做为人类历史上第一次将声音记录并还原出来的设置，我们身处电器时代的人不应该轻易就忘记它，使儿孙后辈们只能爬在博物馆的玻璃前远远地看看它，却不能再搞明白它究竟是怎么一回事。好在它的结构的原理非常简单，现在又有不少音响厂在生产山寨版的仿古机械手摇留声机，使我们仍然可以把玩它，虽然大部分时间它只能充当一个装饰品的角色默默地呆在角落里…… （网络上常能见到的解释留声机的原理，说是音槽带动唱针，唱针给石英晶体一个压力，晶体产生电流而放大出声音，这是电唱机的原理而非留声机的原理，请分清什么是留声机、什么是电唱机）。 爱迪生式留声机 怀表式留声机 怀表式留声机 怀表式留声机在播放唱片 盒式留声机 盒式留声机在播放唱片 柜式留声机 柜式留声机 下转：《人类最伟大的发明之谜（下）》http://blog.sina.com.cn/s/blog_4af888810100bzdp. HYPERLINK "http://blog.sina.com.cn/s/blog_4af888810100bzdp.html"html 人类最伟大的发明之谜（下） (2009-01-15 12:30:10) 标签：留声机 杂谈 分类：留声机研究专文 上接：《人类最伟大的发明之谜（上）》http://blog.sina.com.cn/s/blog_4af888810100by17.html HYPERLINK "http://photo.blog.sina.com.cn/showpic.html#blogid=4af888810100bzdp&url=http://s14.sinaimg.cn/orignal/4af88881g700c93f8dd6d" 柜式留声机件被拆开后 山寨留声机（即仿制机）