如何傾聽一張老唱片中的聲音,?你可能會說,,只要找到一臺留聲機,把它播放出來就好了嘛,。但實際情況卻沒有這么簡單?,F在,很多老唱片都面臨著保存不善,、折斷破損的危機,如果這些記錄載體損毀,,其中的音頻資料也將隨之失傳,。
而出手拯救這些老唱片的,則是兩位在LHC(大型強子對撞機)工作的粒子物理學家,。通過顯微鏡和計算機,,他們讓破損的老唱片也得以重獲新生。
無法播放的記錄
在照相機出現之前,,藝術家們利用繪畫和雕刻也可以較為精細地還原自己所看見的場景,,而相比之下,記錄和還原聲音則要面臨更多技術挑戰(zhàn),。
1860年,,法國人斯科特(édouard-Léon Scott de Martinville)*次成功地將聲音用現代方法記錄了下來。他根據人耳的構造設計出了一架聲波記錄儀,,其三個主要結構分別對應耳道,、耳膜和聽小骨。聲音是機械振動,,聲波傳送到儀器中,,然后連接在一個膜上面的鬃毛類部件(與聽小骨對應)就可以把振動記錄在涂有燈黑(炭黑)的紙張或者玻璃上。
通過這樣的方式,,斯科特得到了下圖中的聲波曲線記錄圖,。這種記錄圖中確實包含著聲音的信息,但它卻無法被還原播放,。
斯科特在紙上記錄的聲音,。聲波信息就在其中,但我們卻無法聽到
在此之后,,留聲機的出現解決了還原聲音記錄的問題,。愛迪生發(fā)明了圓筒式留聲機,在蠟制成的圓筒中雕刻上深淺不一的“音軌”,,播放時唱針在音軌的引導下運動,,將振動信號還原,。在那之后,蠟筒又被唱片所取代,,越來越多的聲音信息被記錄在了其中,。
這些蠟筒和老唱片中記錄著很多珍貴的音頻資料,但即使有留聲機的幫助,,在很多時候我們依然無法自由地播放和傾聽它們,。這些老式的記錄載體并不耐久,用唱針播放的過程不可避免地會帶來磨損,;一些蠟筒和唱片甚至已經折斷,,*無法播放了。
我們只能遺憾地與這些無法播放的聲音資料告別了嗎,?不,,其實還有別的解決方法。
“看到”聲音的物理學家
參與解讀老唱片工作的兩位物理學家分別是卡爾?哈伯(Carl Haber) 和維塔利?法捷耶夫(Vitaliy Fadeyev ),。在大型強子對撞機實驗中,,對很多部件的精度要求是非常高的,例如有些探測器能夠區(qū)分的位置精度達到人的頭發(fā)絲粗細這樣的量級,。所以,,他們經常需要在光學顯微鏡下,并且通過計算機算法控制特殊的機器來組裝儀器,。這樣的機器可以在組裝時達到微米量級的精度,。
在一次開車時,哈伯恰好從廣播中聽到了一段對鼓手米奇?哈特(Mickey Hart)的采訪,。采訪中哈特提到,,有大量記錄在唱片中的音頻老資料現在并沒有得到足夠好的保護。靈光一閃,,哈伯意識到他們在LHC所用到的技術也是幫助這些老舊的音頻資料重獲生機,。
這些記錄聲音的老文物可能已經斷裂磨損無法播放,或者像斯科特留下的聲波圖那樣,,根本沒有對應的播放器可用,。但是聲波振動的信息依然保留在那些音軌當中。如果我們可以清晰地拍下這些音軌的形態(tài),,然后使用圖像處理的方法將照片上的信息提取出來,,再用程序來模擬播放機的功能,這些圖像就可以重新被轉換成聲音文件,。
左圖:膠片是通過音軌的左右擺動來記錄聲音信息的,;中圖:唱針在膠片上移動,會左右振動,再經過處理就可以把聲音還原,;右圖:膠片在顯微鏡下的照片(經過處理)
而對于蠟筒這樣通過不同深度刻痕記錄聲音的設備,,也可以利用在科研領域廣泛使用的共聚焦掃描顯微鏡得到刻痕的3D結構信息,進而還原聲音數據,。而這些設備和技術條件,,正好都是兩位物理學家所具備的。
左圖:蠟制圓筒實物,,它通過雕刻不同深淺的音軌來實現聲音記錄,。右圖為蠟制圓筒的3D掃描
這種光學的讀取方法并不會造成磨損,即使是破損的記錄材料(例如斷裂的膠片)也不會阻礙聲音還原,,這對于音頻資料保護來說是非常好的消息,。于是哈伯和法捷耶夫等人就成立了 IRENE 項目,致力于還原了早期的音頻記錄,。
用來掃描膠片的儀器,。膠片上面是光學顯微鏡的鏡頭,通過膠片的轉動可以把整個膠片的音軌信息都掃描出來,。
那些老聲音,聽起來是什么樣,?
至今,,IRENE項目已經有了不少成果,很多早期的聲音記錄,,包括上面提到的那張記錄聲波的紙都已經被他們還原出來,。
起初,這樣還原出來的聲音是非常嘈雜的,,甚至無法分辨錄音中的人在說什么內容,。而經過掃描技術和算法的改進,我們至少已經可以分辨出錄音的內容了?,F在,,這項“只看不摸”的讀取技術,正在幫助很多圖書館的工作人員將一些珍貴的聲音記錄數字化,。在科學家的努力之下,,將來還會有更多昔日的聲音和故事重新在我們耳邊響起。
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