奖状,爱迪生创造留声机的时分又没有唱片,他把声响录哪儿了?,华山旅游

在曩昔的几十年里,大都音乐顾客阅历了卡带、CD到数字下载的改变,但唱片和留声机从未真实隐姓埋名,还有一部分听众一向痴迷于它们所带来的音质。在老派唱片爱好者和唱片搜集新热潮的支持下,黑胶唱片还迎来了第2次春天。

在这些经典的声响背面,科学家们也重视着唱片的资料化学工艺。那些承载前史声响的凹槽怎样抵御年月的侵袭?什么样的资料能做出最完美的唱片?研讨唱片背面的资料化学,能够协助人们更好地保存那些名贵的声响。

唱片之前,声响录在蜡筒上

在唱片之前,存储声响的介质是蜡质圆筒(wax cylinders)。埃里克•B•门罗(Eric B. Monroe)是美国国会图书馆的一位化学家,他致力于研讨这种最前期的声响存储介质,了解它们是怎样老化降解的。

精确的说,这儿所说的“蜡”并不是真的蜡,它实际上是一种金属皂类,也便是那些脂肪酸链与金属离子一同构成的盐。唱针能够在这种柔软的皂类外表划过,不会碰上硬块或许颗粒物——这会形成噼里啪啦的杂音。一起,这种资料也满意坚实,能够在重复播映后坚持它们外表的刻痕。

尽管今日看来蜡筒显得很原始,但它的创造在那时却是一种启示。在1877年,爱迪生创造了以锡箔滚筒作为介质的留声机,但是他其时并没有在该范畴抓住时机,而是放置留声机转而研讨起了灯泡。

而当亚历山大·格雷厄姆·贝尔(Alexander Graham Bell)和他的伏特试验室(Volta Laboratory)创造出蜡筒之后,爱迪生的注意力被拉回了音频范畴。爱迪生与化学家乔纳斯·埃尔斯沃斯(Jonas Aylsworth)协作,很快研制出了一种质量优胜的“棕蜡”(brown wax)作为蜡筒唱片的资料。

一只棕蜡制成的蜡筒,不过这种棕色的蜡质资料其实并不是咱们平常了解的蜡 | cylinder.de

“从工业的视点来看,这是一种美丽的资料。”门罗说。“它能够说是极简主义的,正好能够满意所需的要求,彻底没有过度规划。”这项美丽的创造只存在一个问题:爱迪生和埃尔斯沃斯从来没有为它申请专利。

美国留声机公司(American Graphophone Co.)的托马斯·麦克唐纳(Thomas H. MacDonald)打通人们来协助他仿制爱迪生的“棕蜡”配方,并在1898年为它申请了专利。而直到爱迪生和埃尔斯沃斯推出了改善的新产品“黑蜡”,这两家才打起了官司。为了将声响记载在棕色蜡筒中,每个蜡筒都必须独自进行音轨刻制。而黑蜡处理了这个问题,它能够进行铸模量产。

从化学成分来看,黑蜡是棕蜡的直系后嗣,而棕蜡的专利又在美国留声机公司名下。因而,美国留声机公司向爱迪生的国家留声机公司(National Phonograph Co.)提起了诉讼。幸亏埃尔斯沃斯的试验记载,向法庭证明实际上是爱迪生的团队初次创造了棕蜡。终究,两家公司进行了庭外和解。

爱迪生蜡筒留声机 | wikipedia

经过这场官司中的文献记载,门罗也追寻到了埃尔斯沃斯团队改善蜡筒配方的进程,并对这些化学成分规划背面的决议计划得到了更深化的了解。

在一个前期的试验中,埃尔斯沃斯用氢氧化钠和工业硬脂酸制作他们的皂类成分。而在那时,工业级硬脂酸是硬脂酸和棕榈酸以大约1:1份额组成的混合物,它们都是脂肪酸,但分子中的碳原子数不同。这种前期的皂类“近乎完美”,埃尔斯沃斯在他的试验记载中着重。但几天后,资料外表呈现了结晶,播映录音也开端呈现刮擦声。所以,埃尔斯沃斯在配方中添加了铝元素。经过比对,他发现了这些原猜中那些“好的、坏的和必要的”特性以及它们正确的组合。硬脂酸铝不只能够避免钠盐的结晶,一起还能添加额定的耐性

事实上,这样制作出的资料比埃尔斯沃斯所等待的仍是硬了一点。为了使其软化,他参加了另一种脂肪酸——油酸。但是,加了油酸的蜡筒在夏天又开端吸潮“出汗”,所以它们都被召回了。埃尔斯沃斯又用一种简略的烃蜡代替了油酸,即纯地蜡(ceresin wax)。地蜡能够像油酸那样软化资料,但不同的是,它为资料供给了额定的防水性。就这样,爱迪生和埃尔斯沃斯不断发现问题,作为化学家的埃尔斯沃斯又不断修正他的配方工艺。

重现配方

不过,门罗并不仅仅单纯地阅览这些配方。“我是个化学家,”他说。“我要自己来试验。”

经过重现前史上的化学配方,门罗能够把他制作的样品与那些国会图书馆保藏的蜡筒进行比照,然后了解这些资料怎样老化,以及怎样更好地维护它们。他能够用他的资料丈量金属皂类的硬度或是热胀大系数,而不需要为此去碰那些名贵的藏品。门罗对藏品蜡筒和自己组成的样品别离进行了化学剖析,以确保他组成的产品与当年的资料成分共同。例如,他能够用质谱来检测有机成分,用X射线荧光法剖析样品中的金属元素。

在2016年5月美国录音保藏协会(ARSC)的会议上,门罗发布了他这些剖析中的第一个效果。尽管他开始两次制作棕蜡的测验由于结晶太多宣告失利(这是由于他使用了高纯度的硬脂酸,里边没有棕榈酸杂质),但他现在现已能做出与原版简直彻底相同的产品了。

他的试验也提示,这些金属皂类在温度改变下会发生相当程度的胀大和缩短。保存这些蜡筒文物的组织,例如大学和图书馆,一般会将藏品保存在10℃左右的环境下。现行操作一般会将冷藏的蜡筒直接拿到室温,而门罗则主张保存者让它们缓慢升温。这样做能尽可能削减温度带来的应力改变,下降蜡筒开裂的危险。

古玩棕蜡和门罗新制备的棕蜡很类似,这也阐明这种资料降解得很慢。关于像他在国会图书馆的搭档彼得•阿利亚(Peter Alyea)这样的人来说,这无疑是个好消息。

尽管看起来很原始,也忍不住很屡次播映,但这些蜡筒在妥善保存时仍是很安稳的。(怎样如同看到了怪怪的东西。) | psap.library.illinois.edu

阿利亚想要在不播映蜡筒的情况下恢复出其间存储的信息。为了完结这项作业,他要拍照并剖析蜡筒上刻纹的显微图片,这是劳伦斯伯克利国家试验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的研讨者们首先提出的战略。

软质蜡筒关于记载一次性的会话是极好的,阿利亚说。商务人士能够用蜡筒记载口授信息,乃至一向用到了1960年代。人类学家也将蜡筒记载带进了他们的范畴,用来记载和保存那些逐步消失的土著部落的声响和故事。

“在咱们的保藏中有一万个记载着美洲原住民信息的蜡筒,”阿利亚说。“这些保藏简直是无价的。”这些录音记载在一种扛得住时刻检测的资料上(在贮存和处理妥当的前提下),这可能看起来像是天赐的走运,但考虑到资料的缔造者,这一点并不那么令人惊奇。

“爱迪生是工程师中的工程师,”阿利亚说。他和埃尔斯沃斯关于蜡筒配方的调整都有有用意图:让他们的蜡筒愈加健旺经用,能更长时刻播映或许到达更高保真度。这些考虑和相应的配方修正推进着录音资料的一次次革新,从棕蜡筒到第二代可铸模的黑蜡筒,再到 “蓝筒”(Blue Amberol Records)——这种圆筒用蓝色赛璐珞代替了蜡质。

蜡筒这么好,为什么现在不用了?

假如说录音圆筒这么好,那为什么唱片业又转而挑选了扁平的唱片?这是由于唱片占的空间小,更简单贮存

唱盘式留声机的创造者埃米尔•贝林纳(Emile Berliner)在1890年左右推出了由赛璐珞和硬橡胶限制的圆盘型的唱片,比尔•克林格尔(Bill Klinger)介绍说,他是美国录音保藏协会部属录音筒小组的负责人。

1895年,贝林纳推出了虫胶唱片。虫胶是雌性紫胶虫排泄的树脂,它做成的唱片在接下来数十年中成了唱片业的主要产品。贝林纳的唱片使用了虫胶、粘土、棉纤维的混合物,还参加了一些炭黑来上色。出产者们用这种易碎但相对廉价的质料出产了数以百万计的唱片。从1912年到1952年,虫胶唱片一向占有着主导地位。

虫胶这种天然资料还有不少其他用处,比方它能够在巧克力糖块外表包裹上一层亮光的外衣 | wikipedia

爱迪生和埃尔斯沃斯也推进了唱片的化学开展,他们在1912年创造了一种名叫“康顿赛”(Condensite)的资料。“我以为这是前期唱片业最为令人钦佩的化学效果,”克林格尔说。“相比之下,虫胶技能一向显得粗糙原始。”

埃尔斯沃斯花费了多年时刻来开发康顿赛,这是一种与电木类似的酚醛树脂。而让这种资料锋芒毕露的则是乌洛托品(环六亚甲基四胺)。埃尔斯沃斯将这种化合物加到资猜中,以避免高温铸模时生成水蒸气而使唱片外表变形,克林格尔解释道。

在1914年,爱迪生每天能够用掉整整一吨的康顿赛资料,但这种资料却从没能替代虫胶,这很大程度上是由于爱迪生的优质产品价格更贵。终究,爱迪生在1929年中止出产唱片。

而当1948年哥伦比亚唱片公司推出乙烯基密纹唱片(vinyl long-playing records)时,虫胶唱片的光辉韶光就所剩无几了。聚氯乙烯(PVC)资料制成的唱片具有杂音更少的滑润外表,可贮存更多音乐,而且远没有虫胶唱片那么易碎。高分子化学家朗•马赛厄斯(Lon J. Mathias)提出了另一个聚乙烯唱片能够控制唱片业的原因——“它更廉价,而且十分简单塑模。” PVC自身是简直通明的,要让它变成黑色的唱片还要参加炭黑之类的物质。

现在咱们看到的唱片一般是PVC原料的密纹唱片 | 123rf.com.cn正版图片库

马赛厄斯表明,假如要让他不计成本地挑选一种聚合物来做唱片资料,那么他会选聚酰亚胺(polyimides)。这些资料比乙烯基聚合物热安稳性更好,聚酰亚胺也能更好地仿制模具上的凹槽,它还能够供给更滑润的外表。

聚酰亚胺 | dupont.com

尽管化学家们也仍在不断调整并改善乙烯基资料的配方,来自“优质唱片限制公司”的萨尔斯特罗姆说。他与供货商协作,企图寻觅一种新的PVC配方,以添加唱片的厚度,进步刻纹深度和唱片刚性,给听众供给更优质的产品。尽管萨尔斯特罗姆可能会关于这次乙烯唱片的复兴有所惊奇,但他不会给任何人任何时机中止倾听。

作者:Matt Davenport

翻译:FranklinWhite

修改:窗敲雨

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