声音的故事:聆听世界

№.1 聆听世界的声音

20世纪90年代初,在法国屈尔河河畔的二期洞穴群石壁上,发现了一批规模宏大的古代绘画。距今已有3万年的历史。近些年来,考古研究的方向突然转向,不再研究这些岩洞壁画,而是开始研究岩洞中的声音。巴黎大学一名叫埃伊戈的音乐人种学家开始根据蝙蝠的回声定位方法来研究这些洞穴。他发现,这些岩洞壁画周围的回声效果最强。可以脑补这样的画面:一群尼安德特人聚集在这些岩洞壁画旁边,举行某种宗教仪式,他们反复吟唱咒语,洞穴的回声增强了他们的声音,让他们显得庄严和神圣。如果埃伊戈的理论正确的话,增强并复制人类嗓音的冲动在原始人时期就已经存在了,并终将会为人类一系列的社会变革和技术突破铺就道路。

№.2 聆听世界:从勃艮第洞穴中尼安德特人的歌唱 ,到斯科特对着他的声波记振仪低吟浅唱

记录人类嗓音的梦想逐渐变为现实,是在两项关键技术发展成熟以后:一项是物理学,在1500年左右,科学家们发现声音其实一种波,即一种振动传播的形式,能够在空气和水中传播。第二项技术突破是解剖学,人们开始详细地绘制出人耳的结构,并且记录声波如何穿过外耳道,引发耳膜的震动。19世纪五十年代,一名叫做斯科特的巴黎排字工人,无意中得到了一本解剖学的书,激发了斯科特的奇思妙想:记录人的声音,也许可以自动操作,用一种机器把声波写下来。1857年3月,斯科特发明了一种记录声音的机器,并且申请了专利,这种机器通过一个桶状的喇叭和羊皮纸做的薄膜来感受声波的振动,振动传递到一支铁笔,铁笔将声波刻在一张纸上。斯科特将他的发明称之为声波记振仪,这是历史上第一台记录声音的仪器。

声波记振仪十分奇特,远见和短视在其中融为一体,远见是指,斯科特第一次意识到声波可以从空气中抽离出来,并且记录在某种介质上。而短视是指,声波记振仪没有回放声音的功能,只是在纸上留下了一串波纹。其实,直到爱迪生发明留声机,回放功能才第一次真正出现。斯科特认为,他的声波记振仪其实是把声音转换为某种书写代码,人们可以根据这些代码来进行破译,还原记录下来的声音。可以这么理解,声波记振仪并不是在发明录制声音的设备,而是在发明最好的抄写设备。在声波记振仪发明100年后,我们才发明能够阅读波形的视觉图像,并将其转换成声音的机器-电脑。奇妙的是,当科学家用电脑将一台1860年生产的声波记振仪中记录的声波图像转换成数字波形,并通过电脑扬声器播放出来的时候,他们听到了一个男人的声音:这是斯科特在坟墓里低吟浅唱。但事实证明,声波记振仪只是一个开端,在斯科特取得专利15年以后,贝尔受到声波记振仪的启发,发明了电话。1877年,爱迪生完善斯科特的方案,发明了留声机。爱迪生预料留声机可以用来传输有声信件,和朋友交流,而贝尔则料想能够通过电话来直播乐队的演出。但事实上,他们都弄反了,人们使用留声机来听音乐,使用电话来和朋友相互交流。


声波记振仪

电话最像邮政系统的一对一服务,是一种十分私密的通信形式,使整个世界联系更加紧密。第一条横跨大西洋连接北美和欧洲的电话线,直到1956年才架设成功,只能允许同时拨打24个电话。全世界最有名的电话被称之为“红色电话”,它是连接白宫和克里姆林宫之间的热线,让美国和苏联两个超级大国,能够快速且安全地互通信息。电话开始让“Hello”成为世界通用语言,让女性开始进入专家阶层。甚至摩天大楼的产生也是因为电话的出现,因为电话解决了信息传递的成本,节约了空间,让人们在摩天大楼狭小的空间里也能进行商业活动。而电话最重要的遗产,是那个极具创造力的非凡组织和创意工场-贝尔实验室。20世纪几乎每项技术突破都来源于它,比如收音机,真空管,电视机,激光束,电脑,手机,光纤等等。为什么这些技术突破都来源于贝尔实验室呢?得从一部奇特的反垄断法说起。

1930年到1984年,如果你在美国想要打个电话,你就得用到AT&T公司的网络系统。接近70年来,AT&T公司让美国的立法者们相信,他们的电话系统是一种自然的垄断,因为其他的公司根本驾驭不了这样庞大的系统。经过一番激烈的辩论后,美国司法部和达成妥协:AT&T公司可以维持电话服务的垄断地位,但AT&T公司旗下贝尔实验室的任何专利发明都必须以适当价格授权给需要的美国公司,也就是说AT&T公司可以继续垄断盈利,但必须与他人分享自己的专利。贝尔实验室共享专利的现象并不是特例,2014年,特斯拉免费公开电动车和电池技术专利,希望能促进全球电动车和电池产业的发展,这是所有伟大公司的共性。这部反垄断法真发挥了巨大作用,贝尔实验室发明的晶体管,电脑,和手机专利被其他公司改进,并大规模生产,让美国在战后电子工业上大获成功。


电话的发明者--贝尔

№.3聆听世界:从贝尔实验室绿色大黄蜂的嗡嗡声,到艾灵顿公爵从棉花俱乐部发送的无线电广播

贝尔实验室最终拉开了数字时代的序幕,而这一次同样开始于人类对记录声音的渴望。贝尔实验室第一个里程碑是贝尔电话机:有史以来第一次,声音这种物理要素,以电流的形式呈现出来。但电信号并不是绝对可靠,它们通过铜线远距离传输时很容易发生衰减,损失信号,以及产生噪声。扩音器就是用来解决这些问题的,它能够提高信号传输的强度,但扩音器也并不是万能的。因此,需要有一种纯粹的信号来替代电信号,能够完美再现人类的声音,这一目的的实现,要从二战期间加密通话技术的产生开始讲起。二战期间,为了传递盟军情报,数学家图灵和贝尔实验室的克拉克合作研发出了一种代号为SIGSALY的通信线路,传输的数字信号在人耳听起来就像是黄蜂发出的嗡嗡声,因此该通信线路又叫做“绿色大黄蜂”。这种通讯线路能将语言的声波转化为数学公式,它每秒取样20000次,捕捉瞬时声波的振幅和频率,并记录下来,然后将这些数据,以0和1的二进制语言进行编码后进行传输。与传统的模拟信号相比,“绿色大黄蜂”的加密有效得多,确保了盟军的情报不会被纳粹破译。SIGSALY的通信线路具有划时代的意义,它第一次告诉我们:我们的体验可以被数字化处理和传输,并具有极高的保真度。SIGSALY的通信线路的数字化处理拉开了数字时代的帷幕,让流媒体开始兴起,传统电视网络开始衰落。

“绿色大黄蜂”之所以能够连通大西洋两岸,贝尔实验室协助改进的另一项通信技术-无线电起到了关键作用。第一次无线电传输是由马可尼和其他几个发明家在19世纪末发明的,只能用于传输摩尔斯电码。发明家德弗雷斯特改进了无线电传输装置,他发现气体可以用来增强无线电接收信号,让无线电不仅仅能传输摩尔斯电码,而且还能传送人类嗓音和音乐。经过反复实验,最终他选定了一种气体包裹的电极,他称之为"真空三极管"。这种三极管性能足够强大,能让无线电传输能被理解的信号。1910年1月13日,富有浪漫气质的发明家德弗雷斯特开始第一次用无线电直播纽约大都会演出的歌剧《托斯卡》,但信号强度非常糟糕,人们只能听到断断续续的歌剧和嗡嗡声。人们开始嘲笑德弗雷斯特,甚至指控他诈骗。因为需要钱来支付官司费用,德福雷斯特将三极管专利以低廉的价格卖给了AT&T公司。贝尔实验室开始研究三极管,他们发现德弗雷斯特的部分发现是错误的,实际上,气体并没有增强无线电信号,而是降低了信号接收效果。接下来的10年,贝尔实验室的工程师们改进了三极管的设计,将装有电极的灯泡中的气体全部抽掉,形成真空,真空管由此诞生。真空管是电子行业首次伟大的技术突破,它能增强电信号,在电视,电脑,雷达,电话中都得到了应用,人们可以用装有真空管的无线电传输音乐了,德弗雷斯特的梦想终于实现了。


无线电电台

№.4 聆听世界:从朋克音效到军事和医用设备发出的探索声呐

20世纪20年代初,以无线电为基础的广播模式开始发展起来。出乎意料的事情发生了,在美国,无线电使爵士乐开始风靡全国,形成了第一波文化变革的浪潮,让一些昔日的地下艺术家,如艾灵顿公爵,一夜之间成为家喻户晓的明星。无线电和爵士乐的结合,有史以来第一次让黑人文化在美国白人中流行起来。无线电就像互联网一样,不分阶级种族,让所有人都有享受音乐的权力。受到无线电和爵士乐的启蒙和鼓舞,美国民权运动应运而生,极大地激发了美国黑人追求自由和平等的渴望,冲击了种族隔离政策。真空管应用于制作无线电广播后不久,开始用来制作扩音设备-电子管扩音器。电子管扩音器的出现有史以来第一次让人们的声音得到放大,能够在大量人群面前演讲或唱歌。扩音设备产生一种全新的政治活动-政治家面对数量巨大的群众进行演讲。希特勒就曾经在纽伦堡集会上面对10万追随者发表演讲,直到今天,美国大选获胜的总统候选人都要面对全国观众进行竞选获胜演讲,其政治作用可见一斑。同样,电子管扩音设备让大规模演唱会成为可能,不仅使音乐更加响亮,也使它更加嘈杂。20世纪50年代开始,使用电子管放大器的吉他演奏者发现,当音量开到最大时,一种噪声盖过了吉他声。一小部分音乐家发现了噪声的音乐性,20世纪60年代,摇滚乐队开始往歌曲中添加模糊音轨,噪声艺术开始流行起来,成为60年代的标志性声音。音乐的创新竟然来自于噪声,将真空管扩音设备的故障,变成了另一种形式的音乐,确实令人叹为观止!


摇滚乐手演奏现场

从斯科特的声波记振仪,到摇滚歌曲中的模糊音轨,声音技术一直致力于记录人类的嗓音和扩大声音的强度,但一个世纪前,人类开始意识到声音还能帮助我们"看到东西"。1901年,波士顿的一家名叫"水下信号"公司开始研制一种"水听器",能够接收水下警铃发出的警报,用来给船只预警。1912年,水下信号公司请求无线电技术先驱费森登改进水听器系统,消除背景噪声。费森登敏锐地意识到水听器系统可以用于传送摩尔斯电码,同时还能监听声音碰到水下物体反弹回来的回声。他改进了震动设备的频率,从而过滤了背景噪声,同时,让水听器既能发送,又能接收水下电报,这是世界上第一台实用声呐设备。费森登发明声呐设备后不久,正值第一次世界大战爆发,费森登开始试图说服英国皇家海军使用他的声呐,但他们对这个神奇的设备将信将疑。直到第二次世界大战,声呐设备才成为海战中的标配,成为二战中最有价值的防御性武器,用于探测德国潜艇。20世纪后半叶,声呐回声定位系统的运用,不仅仅局限在军事领域,在其他领域也得到了广泛应用。渔夫用声呐设备来探测捕鱼量,科学家用来探索海底世界,考古学家则用来定位沉船的位置。但声呐最具革命性的应用是在医学领域。超声波设备彻底改变了医学检测和产前保健。其中最为人熟知的应用领域是用来检测胎儿性别。中国农村存在着"重男轻女","养儿防老"的封建思想,20世纪80年代,很多人不顾政府禁令,开始使用超声波设备选择胎儿性别,导致几百万胎儿被打掉,让中国男女比例严重失衡。由此可见技术进步的黑暗面,技术虽然没有好坏之分,但技术的使用者却有道德优劣。

声音的故事从远古宗教仪式的回声开端,发展到潜艇中应用的声呐武器和可用来医学检测的超声波设备,也还将继续发展下去,不知会继续带给我们怎样的惊喜。

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