西电漫谈：音响的奠基者、先驱

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       假如这个世界没有西电，或迟或早也一定会有音响。
       但历史是，西电发明和推广应用了话筒、喇叭、音频变压器、功放、真空管、电气录音、有声电影、负反馈、LP唱片、RIAA、电唱机和唱放、立体声录音、同轴、PCM、晶体管和场效应管等等。假如没有这些，音响是不会以现在这个方式存在的。西电在音响诞生和发展早期做出的卓越贡献，是发烧友可以知道的史实。

人类最早听到的电声、电声器件的奠基石：电话
       1876年，Alexander Graham Bell贝尔先生发明电话并取得专利。他后来创立了贝尔系统，西电是贝尔系统的制作部门，请参阅《西电漫谈：西电的灵魂》。
       当时，电话的话筒和听筒都是舌簧式的。它的基本构架是，话筒舌簧把声音产生的震动通过磁铁转换成电信号，这个信号通过电话线传送到另一部电话上，由磁铁驱动听筒舌簧还原出声音。
       形象一点，就是电话机的送话器是话筒、输出部分是功放、接收部分和听筒是喇叭。它们还是双向同时工作的。两台电话通话时，每台电话都收集本地的声音、通过本机的功放发出到对方的接受器和听筒上还原出来。而这些信号和电源，全部共用两条线。

       1876年5月，美国在费城举办纪念独立一百年博览会，贝尔把他刚刚发明出来的电话机带到了博览会。人们并没有怎么关注这个不起眼的小东西，直到博览会的最后一天，巴西国王彼德罗应邀前来参观。国王对贝尔的发明很好奇，就拿起听筒放在耳朵上，“国王陛下，欢迎您来参观”当他从听筒里听到声音后不禁大声惊呼：“啊！我的上帝，它说话了！”国王的喊声一下子惊动了整个博览会上的人们，电话机成了人们关注的中心。经过专家们的鉴定，电话机成了这届博览会最重要的成果。电话也成为人类最先听到的电声。
       1877年，Thomas Edison爱迪生发明了蜡筒留声机。留声机作为早期录、放音设备存在了很多年，不过，留声机却不是电声设备。
       留声机的基本构架是，唱针划过记录声音的蜡筒（后来逐步改进为唱片），唱针后部的舌簧震动产生声音，这个声音被留声机的大喇叭（horn，号角）放大发出来。所以，留声机的蜡筒或者唱片转动可能是电动的，它播放出来的声音却没有转换为电信号、传输、还原，而是直接的机械发声、物理扩声。留声机所用的蜡筒、唱片的录制也是纯机械的，由一个大喇叭收集声音传递到刻刀上，刻刀直接在蜡筒或者唱片上刻划痕迹形成声轨。留声机后来去掉大喇叭，变成以转盘、唱壁、唱头为主构成的唱盘，需要唱放之后才是电声设备，那已经是1925年西电的发明，容后再表。
       为解决线路噪声问题、隔离直流电、匹配不同设备间的信号阻抗，西电发明了Repeating Coils，这种器件后来被称为音频变压器。在1920年代真空管功放（收音机）流行以前，它已经在电话线路上默默地工作了三四十年。而且，它也决定了音频功放最初发展的基本方向——变压器输入输出。
       电话机就这样奠定了话筒、功放、喇叭的基石。

业务需求：西电创新电声器件的原动力
       西电主营电话及其交换设备的制造和安装业务，电话机放大尺寸之后衍生出了电影录音和电影院扩声业务，又衍生出了录音和唱片业。这种业务需求持续推动着西电发明新的话筒、喇叭，改进声音的拾取、放大、传送、重播方法，将电子管现代化、发明晶体管和场效应管等等，长达百年的产业驱动力是其他公司或者组织、个人所不具备的。
       这里先简单罗列一些西电音响类的发明。
       1916年，西电工程师C. G. Hensley提出新扬声器的概念，西电开始着手新型喇叭的研发和生产。早期的西电喇叭从电话机的听筒（receiver，受话器）演变而来，所以很多年里西电喇叭一直叫做receiver。
       1916年，西电工程师E.C. Wente发明了电容话筒，并在1922年取得重大突破投入实用。电容式话筒能够获得远优于碳晶话筒的音质，为商用级录音提供了可能性；时至今日，电容式话筒仍然是专业录音的不二之选。
       1920年代早期，西电Walter H. Schottky和Erwin Gerlach发明了带式话筒（Ribbon microphone），用相同原理顺便发明了带式扬声器（ribbon loudspeaker）。
       1928年，西电工程师E.C.Wente和A.L.Thuras改进号角扬声器，使高频响应扩展到15KHz。西电音响设备频率上限15KHz的传统由此而来。
       1929年，贝尔实验室Lloyd Espenschied和Herman Affel成功申报同轴电缆专利U.S. Patent 1,835,031，现代同轴线诞生。西电迅速投入同轴线和相关设备的生产，于1936年开始在全美逐步敷设同轴通信网络。同轴线后来被广泛应用于广播、电视信号。
       1937年，入职西电英国公司14年之久的Alec Reeves发明了PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制。当时西电英国公司已经被划归贝尔系统的海外版ITT（International Telephone & Telegraph）国际电话电报公司。PCM从1937年之后就被广泛应用于西电、贝尔系统的通信领域。直到如今，PCM仍然是数字音频编码的基础，CD格式直接使用PCM编码，其他数字音频格式也都是由PCM编码衍生而来。
       1947年，贝尔实验室John Bardeen、Walter Houser Brattain和William Bradford Shockley发明了晶体管。在首次试验时，它能把音频信号放大100倍，它的外形比火柴棍短，但要粗一些。紧接着，西电开始了世界上最早的晶体管生产……很明显，对西电来说，从1912年开始使用的真空管有了性能更稳定、寿命更长的选择，而且体积、功耗、成本更低。
       西电、贝尔系统从十九世纪就开始探索光通信，到1958年，贝尔实验室Arthur Schawlow和Charles Hard Townes发明激光。激光有很多用途，在音响上，激光使光盘（LD、CD、VCD、DVD、BD）、光纤成为可能。
       1960年，贝尔实验室Dawon Kahng和Martin Atalla发明了MOSFET场效应管。场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，场效应管具有明显优势；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，晶体管的优势更大。晶体管和场效应管的发明，使半导体器件的世界完美了。当然，西电也是世界上最早生产场效应管的。
       晶体管、场效应管迅速取代真空管，并将这个世界推向了微电子革命。William Bradford Shockley从西电离职后创立仙童半导体，仙童衍生出NSC国半、Intel英特尔和AMD，带动硅谷影响世界半个世纪，那是后话。
      1961年，西电James West和Gerhard Sessler发明驻极话筒（Electret microphone）。驻极话筒是机器内置话筒的主要品种，直到半导体话筒出现。
       1983年，西电Gerhard Sessler和D. Hohm发明半导体话筒（Silicon microphone）。现在所有手机都采用半导体话筒。

西电实现电子管真空化和功放的最初应用

       1904年，英国科学家John Ambrose Fleming弗来明发明了电子二极管。
       1906年，西电出身的Lee De Forest德福雷斯特在电子二极管里又加进一个极，即栅极，从而使该元件成为三极管（三个电极）。1907年，德福雷斯特取得三极管专利，但是一直没有公司对这个发明感兴趣。
       1912年，德福雷斯特来到加利福尼亚旧金山附近的小镇洛阿尔托，坚持不懈地改进真空三极管，希望能找到一种加快电报讯号传送速度的方法。在爱默生大街913号的小木屋里，德福雷斯特进行了三极管的连接实验——把几个三极管连接起来，一个三极管的输出作为下一个三极管的输入，最后再与电话机话筒、听筒连接起来。德福雷斯特把他的手表放在话筒前方，结果居然出现了一件意想不到的事：手表的“滴答”声几乎把他的耳朵震聋了。这就是史上第一个真空管功放。
       1912年年中，德福雷斯特向AT&T、西电展示了他的真空三极管，但他的真空管不能处理电话线路使用的较低电压。西电的Harold D. Arnold博士团队通过改进管子的设计，使它可以更充分地抽空，高真空使它能够成功地在电话线电压下工作。随着这些变化，三极管演变成现代电子放电真空管，流动的是电子而不是离子，西电使真空管成为名副其实的电子管。但是西电的改进（而不是发明）无法申请专利，1913年7月，西电买下了德福雷斯特的真空三极管专利。1915年，GE通用电气申报了西电类似的真空三极管专利，在西电和德福雷斯特的努力下被宣告专利无效。
       西电的功放被用于放大长途电话信号，将所接收的微弱电流放大几万倍甚至几十万倍，这使得通讯距离大大增加。1915年3月，AT&T、西电使用的它们进行第一次横贯美洲大陆的电话，贝尔先生在旧金山，与身在纽约的、当年一起发明电话的助手华生再次通了电话；10月，AT&T、西电在弗吉尼亚的阿灵顿海军基地进行了无线电传输测试，信号成功抵达巴黎、夏威夷那么远的地方。

       那时候，公共广播、收音机、有声电影还没有面世，留声机还是直接发声不需要功放，除了西电、AT&T用来放大长途电话信号，功放基本上没有别的用处。但是有线电话、无线电报市场的需求，促使真空管迅速发展出各种类型。

西电发明电气录音和立体声录音
       留声机所用的蜡筒、唱片的录制是纯机械的，由一个大喇叭收集声音传递到刻刀上，刻刀直接在蜡筒或者唱片上刻划痕迹形成声轨。这个录音方式形象一点说，就是如果要录一首歌，演唱者必须对着大喇叭使劲吼，音量大、震动明显的部分才会被记录下来。这样录制出来的唱片，自身细节很少，真的是“听个响而已”。
       西电在研制、改进电话机的过程中积累了其他厂商无法比拟的经验，而贝尔先生虽然发明了电话、创立了贝尔系统，却始终自认是一位聋哑人语教师。这些给西电和后来的贝尔实验室搞声学研究提供了基础和动力。
       1910年代后期，西电发明了Electrical recording电气录音，即：通过话筒将声音变成电信号，然后用这个电信号驱动刻刀，在蜡筒或者蜡盘上刻制出声轨。

【图为西电工程师George Groves正在操作刻制电气录音的Vitaphone母盘。George Groves成为当时著名的录音师，后来两度赢得奥斯卡奖。】
       电气录音开创了录音技术的新领域，为声音的记录、复制、保持、传播提供了有效的途径，也为录音技术的发展指明了方向。
       在电气录音的开发过程中，不可避免地，西电进行了早期的电声学研究，电声信号的频宽、幅度，如何收集、记录更多的细节，又怎样将它们回放出来等等。
       西电公司的创新极大地扩展了录音制品的频率响应，声音比机械录音更完整、更清晰、更自然。Victor and Columbia胜利和哥伦比亚唱片公司从西电租用电气录音系统，并于1925春季开始发行电气录音唱片，首张唱片是Alfred Cortot演奏的萧邦即兴曲和舒伯特的祈祷。西电工程师Joseph Maxfield和H. Harrison开发的电气录音唱片播放设备，也于1925年由胜利和哥伦比亚唱片公司发布为Orthophonic Victrola电唱机。留声机面世48年之后，人们才在电唱机上第一次听到了接近现场、细节丰富的录音回放。

【图为Victrola电唱机。】
       AT&T在1920年代推出了Audio Theatre服务，即用户可以通过打电话的方式欣赏音乐（录音）。这在当时可算是非常新颖的娱乐方式。
       西电、贝尔实验室继续探索录音技术，1932年3月12日，西电的Harvey Fletcher主持在费城音乐学院采用"wall of sound"技术，以80只话筒录制了Leopold Stokowski指挥费城交响乐团演奏的斯克里亚宾的《普罗米修斯：火之诗》，是现存最早的立体声录音。
       1933年4月27日，西电、贝尔实验室进行了费城到华盛顿特区的立体声现场直播，费城交响乐团在费城演奏，音乐通过西电“multiple Class A telephone lines”传送到华盛顿特区宪法大厅，Leopold Stokowski没有在费城指挥，而在华盛顿特区宪法大厅里控制混音。这是史上最早的立体声直播。
       1933年底，在芝加哥世界博览会上，西电、贝尔实验室展示了Binaural sound双耳声音，到那时，Stereo立体声这个词语还没有诞生。此后西电迅速更新了录音和播放设备，使它们能够录制和播放双声道声音。尽管多声道音频在21世纪已经逐步普及，立体声至今仍然是大部分发烧友的最爱。

【图为1933年芝加哥世界博览会上，人们兴奋地体验西电Binaural sound。】

有声电影的最初：西电Vitaphone
       对西电来说，话筒、喇叭、功放都是现成的，录音技术基本摸索成熟，扩声系统放大尺寸就可以应用到电影上去。1920年代早期，西电陆续开发、整合出了有声电影用的sound-on-film和sound-on-disc音响系统，在好莱坞寻求合作搞有声电影。大电影公司都踟蹰不前，只有当时的小工作室Warner Bros华纳兄弟愿意试。

【图为1926年，西电展示sound-on-disc系统。西电工程师E. B. Craft拿着的那种Soundtrack Disc声轨碟片，直径16英寸、每分钟33又1/3转，成了后来LP唱片的重要蓝本。】
       西电为电影院设计的宽频喇叭有着近50%的效率，在3瓦功放的驱动下使电影的声音充满电影院。这在当时是一个重大突破，因为大功率电子管还没有面市。
       1925年，华纳兄弟租用西电设备，收购了Vitagraph Studios；1926年，西电授权华纳兄弟和W. J. Rich独家使用西电的影音系统，由这个授权成立了Vitaphone公司。华纳兄弟在此基础上，拍摄了电影史上首部有声电影《The Jazz Singer（爵士歌王）》（1927年）和第二部有声电影《Lights of New York（纽约之光）》（1928年）。

【图为西电装备的电影院的门牌标志。】
       1927年，西电、贝尔实验室的Harold Black设计出负反馈放大器电路，音频录制和播放的性能发生了质的飞跃。
       此前的有些电影开始有了配音（配乐），而《爵士歌王》和《纽约之光》开创了真正的同期声电影时代，电影的声音与画面是同步的。这两部电影取得了巨大成功，在美国、欧洲、日本相继上映，所到之处，万人空巷。Vitaphone从此主导了有声电影的前几十年。它的录音、制作、重放系统都是西电或者西电授权的，西电音响也随着Vitaphone走进了全美、欧洲、日本的电影院。
       1928年，西电开发出西电通用底座（Universal Base），使早期无声电影放映机也可以用来放映有声音电影。由于可以保留原有的放映设备、而不需要更换整个放映系统，西电音响以较为低廉的代价迅速切入了无声电影院。

【图为1928年的西电通用底座（Universal Base）。它加装在无声电影放映机上，就能播放有声电影。】

西电音响集大成者：Westrex
       1929年，西电在英国伦敦成立Westrex公司，俗称“东电”或者“英国西电”。Westrex实质上是西电的音响品牌，业务覆盖欧美，重心更倾向于美国。Westrex初期主要从事电影录音设备、影院扩声系统、电影声轨碟片制造等，后来逐渐总揽了西电的音响器材业务，包括唱片用的录音和制作设备、唱片制造、唱机开发制造等。Westrex组织开发生产的音响产品至少有Westrex、Western Electric、Electrical Research Products Inc三种标识。
       Westrex向电影公司出租成套的录音设备，向电影院出租成套的影院设备。只租不售的方式和同业竞争促使西电的音响工业在1930年代迅速健全起来。555喇叭、15A压缩器、22A号角、300A/300B真空管、91/86胆机等一系列西电经典名器都诞生于Westrex旗下。下回有机会，再漫谈一些传奇型号。
       Westrex设备只租不售，可能大部分设备退役后由西电拆毁、回收了，如今难得一见。但是其中存留至今的，无一例外成为了音响界的珍宝，虽然不算价值连城，也只有大富之家才买得起了。
       Westrex的声音是有多么的迷人，何以动辄身价数万、数十万美金一件，可能只有听过才能体会到那种“天呐，我也要买一套”的冲动。

【图为1929~1959年间，西电Westrex电影院音响系统列表】
       二战后，西电退出了Westrex的大部分音响制造业务，而由JENSEN、ALTEC、JBL等代工。
       1996年，Westrex作为Lucent朗讯旗下的一个部门，在美国西电堪萨斯工厂重新生产WE300B，声称采用原来的材料和制作机器，甚至找回部分原来的员工。改进的工艺使这种复刻版WE300B的寿命达到惊人的50,000小时以上。Westrex品牌现在属新西电公司所有。

Graybar渠道的西电音响
       除了Westrex专营的电影院和录音室设备之外，西电在1925年到二战前后，还通过Graybar渠道销售过很多种类的家用电器和电子零部件，包括电风扇、电熨斗、电烤炉、吸尘器等，还包括收音机、喇叭、话筒、功放以及广播电台相关设备等，其中二战后的功放、设备等也大都为其他厂家代工制造，这些是现存西电音响产品较为常见的品种。
       Graybar渠道的西电喇叭大多是单元而不是音箱，751、753、757等喇叭单元自带箱体，高音压缩器和高音号角也是分别销售的。这些喇叭、功放型号刻意与电影院、录音室系列的喇叭型号不同，可能是避免自家产品线之间的冲突。这些喇叭和功放，当时主要面向学校、礼堂之类的公共场所市场，私人买得起的不多、能用得着的也不多，放唱片基本上还是Victrola那个形式的大柜子一体机。

       Graybar渠道的西电收音机面向消费者，还有面向广播电台/电视台的演播/广播音频设备、演播控制台等。

       西电公司的几位工程师于1936年创立ALTEC，ALTEC又衍生出JBL，JBL再又衍生出TAD……这是后话，也是西电喇叭的某种延续。二战前后为西电代工生产功放、收音机的不少，其中McIntosh成为后世HI-END功放厂商的佼佼者。
       待到二战后家电市场大爆发的时候，西电已经淡出了音响领域。大约是1980年代中后期开始，欧洲和日本的发烧友中开始流传古董西电功放、喇叭的听感，一直推崇胆机的日本人疯狂地迷上了西电，发烧友传说，很多西电库存和二手的西电音响都被拉到了日本。

LP唱片、RIAA与唱片工业中的西电
       LP唱片以及它的RIAA曲线统治了音响世界很多年，至今拥趸仍然不少。LP唱片和RIAA也是在西电产品的基础上形成的。
       LP的原型是由西电1925年发布的Vitagraph系统使用的配音盘。Vitagraph配音盘与1000英尺的35毫米胶片、每秒钟放映24帧的速度相匹配，盘直径16英寸、每分钟33.3转，采用每分钟78转的沟槽，录音时长是15分钟。这个规格也同样用于西电最早的电气录音唱片上，Victor and Columbia胜利和哥伦比亚唱片公司租用西电录音设备、发布西电唱机之后，很多唱片公司也跟进电气录音，西电规格很快成为当时的事实标准。Victor and Columbia分拆成RCA Victor唱片公司和Columbia唱片公司之后，RCA（通用电气公司的音响部门）也加入到了西电规格阵营。在此基础上几经周折，最后由RCA Victor唱片公司和Columbia唱片公司促成了LP标准的形成。
       RIAA curve（Recording Industry Association of America curve），是美国唱片业协会标准化的唱片音频曲线。它源于1926年，西电Joseph P. Maxwell和Henry C. Harrison发现唱盘切割机的记录模式具有恒定的速度特性。这意味着随着频率的增加，记录振幅减小，高频的沟槽窄；相反，随着频率的降低，记录振幅增加，低频的沟槽宽。因此有必要在刻盘时将低音频率衰减，否则，低音的沟槽太宽将导致不同沟槽混淆；而在回放时，又要将衰减的低频补偿回去。西电录音和唱片系统应用于很多美国唱片公司，西电曲线在美国占主导地位。同样是由RCA Victor唱片公司和Columbia唱片公司，在西电曲线的基础上促成了RIAA曲线标准在1950年代中期形成。

       西电发明话筒、喇叭、电气录音、黑胶唱片、西电曲线、负反馈、音频真空管功放，推出完整的录音设备和放音设备，通过Victor and Columbia胜利和哥伦比亚唱片公司发布最早的现代录音唱片和放音设备，Victor and Columbia取得了巨大成功并逐步发展为美国最大的唱片公司，其他唱片公司也跟进西电阵营，很多厂家在西电专利授权下生产唱机、功放，西电是唱片业背后的巨人，也通过唱片再次进入了美国人的家庭（上一次？西电电话啊：）。

       音响的诞生和发展还有很多国家、很多公司、很多科学家和工程师的贡献，篇幅所限只能简要记述如此，并向伟大的前人致敬。
（本篇完）

狱霸

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那几张黑白老照片看着就舒服

第友

老浦东

狱霸 发表于 2018-2-11 16:20
那几张黑白老照片看着就舒服

偶尔怀旧时看看不错。

全部黑白世界就成了历史的倒退。

春花秋月90888

向伟大的前人致敬!

家家乐

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老东西了，当时的条件和技术，目的就是把它做响。不要过度舔屁股。

bbbccc333999

再次拜读一遍。

老浦东

伟大的西电！！！

dire

美国人太会吹了，西电并不是那个年代顶尖产品。

空灵派

好听的西电机器并不是因为技术有多先进，反而是因为技术落后；相反在那个时代各方面技术更先进的德国有声电影器材反而不怎么受烧友追捧！

老浦东

家家乐 发表于 2018-2-13 20:18
老东西了，当时的条件和技术，目的就是把它做响。不要过度舔屁股。

1926年西电制定了RIAA标准。

近百年过去了。

有中国公司制定了啥子音响标准吗？？？

上海老娘舅

西电绝对不是那个年代的顶尖产品！！！

发烧有节制

什么西电东电，我只知道西屋西数，哈哈

光芒四射

狱霸 发表于 2018-2-11 16:20
那几张黑白老照片看着就舒服

挺踏实的感觉，有点看以前周总理领导人参加义务劳动黑白照片的感觉。

音乐爱好者aa

好贴，让更多人了解西电的历史。感谢分享