[4·26特別策劃]專利奏響音樂華章

“留”下美妙音符

“瑪麗抱著羊羔，羊羔的毛像雪一樣白。”1877年，美國發明家愛迪生通過自己發明的留聲機，播放了一段自己錄制的歌聲，這在音樂發展史上具有裡程碑的意義。

事實上，早在1857年，法國人馬丁維利就發明了聲波記振儀，其是留聲機的前身。同年，馬丁維利在法國針對聲波記振儀提交了專利申請並獲得授權。聲波記振儀可以將聲音錄制到媒介上，比如玻璃板等。

在聲波記振儀的基礎上，愛迪生開始了留聲機的研究。愛迪生發明的留聲機，其原理是將聲波變換成金屬針的振動，然后將波形刻錄在圓筒形臘管的錫箔上，當金屬針再次沿著刻錄的軌跡轉動時，便可以發出之前刻錄下的聲音。1878年，愛迪生針對自己發明的留聲機在美國提交了專利申請並獲得了授權。

留聲機的問世為音樂的記錄和播放提供了載體，極大地促進了音樂的發展,然而這項著名的發明具有很大的偶然性。有一天，愛迪生在實驗室裡研究如何改進在紙帶上打印符號的電報機，這時，電報機發出的一種單調的聲音吸引了他，愛迪生試圖排除這種雜音，他發現聲音是紙帶在電報機小軸的壓力下發出的，當改變小軸壓力時，聲調的高度也隨之變化。無獨有偶，愛迪生在對電話進行試驗時，發現話筒裡的膜板會隨著聲音振動。於是，他找了一根針，豎立在膜板上，用手按住針，然后對著膜板說話。試驗証明，聲音越大，膜板振動越快;聲音越小，膜板振動越慢。隨后，愛迪生根據這個原理制作了留聲機的主要部件，包括一個金屬圓筒，圓筒邊上刻有螺旋槽紋，把圓筒安裝在一根長軸上，長軸的一端裝著曲柄，搖動曲柄，圓筒就會轉動。此外，愛迪生還在留聲機上安裝了兩根金屬管，其中一根金屬管的一端裝有一塊帶有鈍頭針尖的膜板。愛迪生經過無數次試驗，世界上第一台留聲機誕生了。愛迪生曾回憶說：“我大聲說完一句話，機器就回放我的聲音，我一生從未這樣驚奇過。”

“風”起音樂浪潮

作為聲音的採集者，麥克風在音樂發展史上起著不可或缺的作用，它可以將音樂真實地記錄下來，讓我們可以隨時隨地聆聽。

麥克風最早出現於19世紀末，貝爾等科學家為改進電話採集聲音的效果，發明了液體麥克風和碳粒麥克風，但採音效果都不理想。1876年，埃米爾·貝林納發明了碳精電極麥克風，同時針對該技術提交了專利申請並獲得了授權。隨后，貝爾從埃米爾·貝林納手中購買了該項技術的專利權，並將該產品用於電話上，使得電話的採音效果大為改善。接下來，碳精電極麥克風被廣泛應用於各個領域，尤其是在音樂領域發揮了重大作用。

1923年，著名科學家沃爾特·肖特基發明了鋁帶式麥克風，也叫帶式麥克風，他針對該項技術提交了專利申請並獲得了授權。1931年，美國無線電公司推出了第一款商業化的鋁帶式麥克風。

近年來，微型機電(MEMS)麥克風憑借良好的採音效果受到了市場的青睞，該款產品具有尺寸較小、靈敏度高、信號噪聲比高等諸多優點。由於MEMS麥克風應用比較廣泛，多家國內外企業也針對該技術進行了研究，並展開了專利布局。在MEMS麥克風領域，盡管歌爾聲學等國內企業的專利申請數量較多，但很大一部分為實用新型專利申請。樓氏電子的專利申請數量雖然較少，但技術含量比較高。此外，樓氏電子在MEMS麥克風的封裝技術方面具有一定優勢，比如如何將MEMS麥克風與電路板進行封裝和組合等。

由於MEMS麥克風具有諸多優勢，其應用范圍越來越廣。隨著蘋果公司在其手機上應用了MEMS麥克風，該產品的應用范圍得以進一步擴大。其中，蘋果公司的iPhone4S推出的Siri語音控制功能就得益於MEMS麥克風的應用，該麥克風具有較低的信號噪聲比，使Siri語音控制功能能夠更好地實現。

“帶”來美好回憶

磁帶作為音樂的載體曾經風靡全球，這種便攜的磁性錄音設備的研發並不是一蹴而就，而是由初期的鋼絲、鋼帶，逐步發展為磁帶這種適合錄音的高密度信息記錄材料。

1900年巴黎國際博覽會上，一架宛如電話般的機器引得眾人紛紛駐足觀望。表演者拿起電話話筒介紹說：“女士們，先生們!這不是電話機，而是一架能貯存聲音的機器……”正當大家半信半疑時，表演者將手柄搖了一圈，拿起電話聽筒對著觀眾，隨即從聽筒裡傳出了表演者之前說過的話。

這是1898年丹麥哥本哈根電話公司工程師V·波爾森發明的用鋼絲作為載音體的磁性錄音機。盡管當時的錄音技術十分簡單，效果很差，但這一獨特的記錄方式還是轟動了1900年巴黎國際博覽會，也奠定了今天磁性錄音的基礎。

鋼絲錄音機利用磁性錄音原理，將聲音信號首先轉換為不斷變化的磁信號，然后將鋼絲與電磁鐵緊密貼在一起並勻速轉動，這樣鋼絲上就形成了強度隨聲音信號變化而變化的磁場，回放時隻需要將鋼絲重新在電磁鐵上工作，聲音就被還原出來。如今為我們所熟悉的磁帶錄音機就是鋼絲錄音機的改進版本，只是現代人把鋼絲改為了軟質的塑料磁帶而已。

1928年，德國人F·弗勒姆首次將磁粉涂在纖維帶基上，並在德國提交了專利申請，后獲得授權。1935年德國通用電氣公司成功研制出一款名為“Magnetopho”的磁帶錄音機，使用的是將磁粉涂在塑料帶基上的磁帶，帶速為每秒76.2厘米，至此，磁帶技術達到了實用化水平。該項成果在電聲性能和設備重量、成本等方面均超過了以往的水平。1958年，日本磁記錄技術開拓者永井健三發明了直到今天仍有實用價值的交流偏磁法，這種錄音方式明顯地改善了非線性失真，提高了信號噪聲比，性能優於其他記錄方法，該件發明專利申請在日本獲得了專利授權。

鋼絲錄音機以及磁性錄音技術在錄音發展史上佔據著非常重要的地位，在后來人們發明將磁信號轉變為電信號之前，全世界幾乎所有的聲音都以這種方式保存和回放。如今磁帶已基本退出歷史舞台，但沒有人可以否定磁性錄音技術給我們生活帶來的深遠影響。

“響”徹四面八方

如今數字音響技術已深入到人們日常生活的各個方面，從家庭影院、汽車音響到個人音樂播放器，無不體現出數字音響的優越性。

數字音響是指對原聲信號進行一系列數字處理，把模擬信號變換成由一系列2進制碼表示的數字信號后，再恢復成高質量的模擬信號重新發出聲音。當然，任何技術的成熟都需要一定的外部條件。1967年，日本廣播協會(NHK)技術研究所最早提出並實施了音響設備的數字化，率先將早已在通信領域中應用的脈沖編碼調制技術(PCM)引入音響設備，標志著數字音響時代的開始。

功率放大器是音響設備的核心，從20世紀80年代早期開始，很多研究人員致力於開發數字功率放大器，可直接從數字語音數據實現功率放大而不需要進行模擬轉換，也被稱為D類放大器。盡管這類放大器的效率高達80%至90%以上，且功耗較小，但是它的保真度較差。為了解決這個問題，美國Tripath科技公司研發了一種保真度好、效率高的音頻功率放大器，即T類功率放大器，並提交了相關專利申請。該發明的核心是“Digital Power Processing”數字功率處理技術。該技術的出現，把數字時代的功率放大器推到一個新的高度，相關專利也具有了劃時代意義。目前的絕大部分數字功率放大器均為D類或T類功率放大器。

2008年，意法半導體公司經過技術研發，又推出了一個高質量的單片音頻數字功率放大器STA510F，並提交了相關專利申請。這個數字功率放大器代表了目前最先進的數字功率放大技術，它的出現為設計低成本、高效能、外觀緊湊的數字音響系統提供了可能。此外，日本先鋒株式會社於2008年12月推出兩款全新的多聲道數字功率放大器SC-LX81及VSXLX51，均具備最新高保真音頻解碼功能和自動聲場校准技術，並且採用了最新全頻段相位控制技術，能有效改善多聲道揚聲器的相位特性，並應用新的低音管理系統，達到更好的多聲道環繞效果。

伴隨著信息技術的不斷發展，數字音響的核心技術不斷完善，音響行業的數字化、智能化發展前景也將更加美好。（馮飛 陳婕）