A short history of audio technology
‧早期：由留聲機至立體聲錄音
錄音和音訊重製的發展始於1877年，愛迪生發明了留聲機。
從那時起，把聲音更仔細、忠實地記錄下來就一直是研究和
努力的最終目標。換言之就是在各種格式下避免雜訊和失真
的發生。
我們現在的錄音做原始的的形式就是1893年P.Berliner的唱
盤留聲機(gramophone)。它可以提供更好的音質和更簡單的
聲音重製方式。
大約1925年，電子錄音開始了，但傳統的類比錄音
(acoustic method)還是當時錄音系統的主流：聲音的產生是
經由一個角(horn)和薄膜把震動直接傳送至針上然後刻至唱盤
上。
圖一是愛迪生原始的留聲機，用一張錫箔包覆在圓柱上，由
圖中的錄音洞將聲音的震動收進去，然後讓唱針科在錫箔上。
第一句錄下的是愛迪生唸的"Mary had a little lamb."。
圖二是Berliner的唱盤留聲機，是由把手輸入動力並要保持
70rpm的轉速，以確保撥放時可以穩定。
進一步發展，像electric crystal pick-up(電動轉圓柱機?)和1930年代的AM廣播
站使SP(standard playing 用78rpm的錄音)成主流。1948年CBS
的33又1/3rpm的long-playing record(LP黑膠)每一面有約25分
鐘的播放時間越來越流行。在這不久後，RCA生產的EP
(extended play)採45rpm的錄音並在錄音的音質上有改進。
這同時，一種輕量的拾音頭只有幾克重的唱針也發展出來由
General Electric 和 Pickering等公司。
真正朝忠實、原音錄製的最終目標前進的開始是在1956年
引進了立體聲的錄音。這也開始了大量生產立體聲磁帶錄音
機間的競賽，也讓原本是錄音室的設備簡化至家庭用的。
廣播隨著音質的改進也開始由AM傳變成FM，並在1960早期
立體聲的FM也實現了。這期間，Philips生產的可攜式卡帶錄
音機也完全攻克了世界。
‧類比製作技術的發展
在1960年代早期可得到的基本媒介tape、record和FM廣播
都是類比媒介。
－唱盤的發展
這是從立體聲錄音出現後值得注意的進步。拾音頭(Cartridge)
和唱臂(tonearm)的發展可以僅用1克的壓力讀取唱盤。延遲同
步馬達(hysteresis synchronous motor)和直流伺服馬達
(DC servo motor)也發展得漸趨安靜、規律運作並排除隆隆聲。
高品質重量級的唱盤有生展不同的轉盤和隔絕去防止讀取中唱
針的未知震動。在電子科技發展後就有了全自動的設備。直
接驅動的系統電動的控制司服馬達，BSL驅動和quartz-locked
直流司服馬達也合併再一起。
所以唱盤的開始達到了一個巨大的進步：在聲學錄音期間(藉由
聲壓震動刻畫紀錄)，一個唱盤每一面在78rpm下只能路2分鐘，
而且頻率範圍只有200Hz~3kHz，動態範圍有18dB。在發展的
最後，LP(黑膠)立體聲的頻率範圍是30Hz~15kHz而動態範圍則
到達65dB。
－磁帶(Tape)錄音的發展
在1960和1970，開盤式(open reel)錄音機式樂器用來製作和廣
播不斷的改進效能和訊號品質。特別注意錄音製作的部分，錄
音帶不只是由帶子途徑去驅動裝置，最後其機芯顫動只有：
0.02% wrms (38 cm/s 下)、0.04% wrms (19 cm/s 下)
而且在壓縮和延展的系統(如：Dolby、dBx…etc.)加入後改善了
SNR(signal to noise ratios)。
專業的開盤式磁帶錄音機對於一班消費者而言體型太龐大和昂
貴，但在1963年攜帶式卡帶錄音機的發明讓更多人可以享受錄
音和播放並且有堪用的音質和簡易的操作。
可攜式卡帶錄音機帶來衝擊並成為音樂愛好者不可或缺的設備，
另外也有其他大量的使用目的，如：上課錄音、錄對話、做聽寫
稿或其他更多應用。
最後不可避免的，開盤式磁帶錄音機也改良至可攜式的卡帶錄音
機。
‧ 類比錄音的限制
儘管有令人驚嘆的技術進化和設備改進， 在1970年代末錄音工
業到達一個需花費戲劇性的經費在設備上以求些微改進的窘況。
這是因為品質、動態範圍和失真的需求定義在不同的使用者，
如：medium used(錄音、磁帶、廣播)，和處理的設備上。類比
製作技術在特性上已經達到一個極限了。
圖五是一個標準的類比音訊流程，從錄音到重製間三種媒介
(tape、record、broadcast)的動態範圍。
動態範圍的下限決定於系統的雜訊，特別是雜訊的低頻。上限則
是看系統達非線性的失真。
麥克風的力度和訊號的範圍決定在麥克風的靈敏度和麥克風前級
的品質，但是小心設定的話可以提供超出90dB的動態範圍。然
而最主要的問題是在錄音室內麥克風收音有各種不同的潛在失真
這也使動態範圍縮小。換言之，錄音室有基本最小噪音
(general minimum noise level)來自說話、演出者、工作人員移動
或風的流動、呼吸和所有電子系統引發的失真。
直到初混和音量擴大機沒有遇到重大問題。然而，根據不同調校
音量設備的使用，動態範圍的上下限會受到EQ的影響。EQ的範
圍和類型也根據媒介有不同。任何控制音量的和壓縮器都是必要
的，這也影響聲音品質和音訊流程。更進一步的考慮到現實面，
針對不同媒介的母帶你可以輕易的發現常見的tape recorder只有
狹窄的動態範圍形成一個瓶頸影響全部的處理。
歸納一下，儘管類比技術有壯觀的進步，顯而易見它的原始動態
範圍嚴重的影響類比重製流程。
其他類似的限制因子－頻率響應、噪訊比、失真，etc－包含在類
比的處理過程中。這些理由使得音訊重製立即大量的轉向數位技
術。
‧PCM錄音系統早期的發展
PCM(pulse code modulated)數位訊號最早是在1967年五月NHK
提出採用一寸兩頭的錄音媒介，螺旋狀的掃瞄VTR。大多數人的
對此的印象是數位設備的聲音忠實度無法跟跟常見的tape recorder
比較，因為常見的的tape recoder的限制已經被克服了。
圖五a.一般tape recorder原始訊號衰退的主要原因，首先是tape上
的磁性材料在使用前就有失真的成分，然後這媒介本身就不是線性
的無法完全準確的紀錄訊號。在PCM錄音中(圖五b.)
PCM無法廣泛的應用因為他難編輯、大又重、貴、難操作
1969年，Nippon Columbia 生產了PCM recoder的原型，以NHK為
基礎，有四頭VTR、2吋磁帶，取樣頻率到47.25kHz、13bits線性
ADC，也是PCM錄音系統的起點。
‧ 商品化的PCM錄音機的發展
PCM錄音機有三個主要的部份：編碼器(audio signal ->digital PCM signal)
、解碼器(PCM->audio)、錄音媒介(磁帶)。
早期的PCM是由VTR和數位音訊處理器組成。
錄音和音訊重製的發展始於1877年，愛迪生發明了留聲機。
從那時起，把聲音更仔細、忠實地記錄下來就一直是研究和
努力的最終目標。換言之就是在各種格式下避免雜訊和失真
的發生。
我們現在的錄音做原始的的形式就是1893年P.Berliner的唱
盤留聲機(gramophone)。它可以提供更好的音質和更簡單的
聲音重製方式。
大約1925年，電子錄音開始了，但傳統的類比錄音
(acoustic method)還是當時錄音系統的主流：聲音的產生是
經由一個角(horn)和薄膜把震動直接傳送至針上然後刻至唱盤
上。
圖一是愛迪生原始的留聲機，用一張錫箔包覆在圓柱上，由
圖中的錄音洞將聲音的震動收進去，然後讓唱針科在錫箔上。
第一句錄下的是愛迪生唸的"Mary had a little lamb."。
圖二是Berliner的唱盤留聲機，是由把手輸入動力並要保持
70rpm的轉速，以確保撥放時可以穩定。
進一步發展，像electric crystal pick-up(電動轉圓柱機?)和1930年代的AM廣播
站使SP(standard playing 用78rpm的錄音)成主流。1948年CBS
的33又1/3rpm的long-playing record(LP黑膠)每一面有約25分
鐘的播放時間越來越流行。在這不久後，RCA生產的EP
(extended play)採45rpm的錄音並在錄音的音質上有改進。
這同時，一種輕量的拾音頭只有幾克重的唱針也發展出來由
General Electric 和 Pickering等公司。
真正朝忠實、原音錄製的最終目標前進的開始是在1956年
引進了立體聲的錄音。這也開始了大量生產立體聲磁帶錄音
機間的競賽，也讓原本是錄音室的設備簡化至家庭用的。
廣播隨著音質的改進也開始由AM傳變成FM，並在1960早期
立體聲的FM也實現了。這期間，Philips生產的可攜式卡帶錄
音機也完全攻克了世界。
‧類比製作技術的發展
在1960年代早期可得到的基本媒介tape、record和FM廣播
都是類比媒介。
－唱盤的發展
這是從立體聲錄音出現後值得注意的進步。拾音頭(Cartridge)
和唱臂(tonearm)的發展可以僅用1克的壓力讀取唱盤。延遲同
步馬達(hysteresis synchronous motor)和直流伺服馬達
(DC servo motor)也發展得漸趨安靜、規律運作並排除隆隆聲。
高品質重量級的唱盤有生展不同的轉盤和隔絕去防止讀取中唱
針的未知震動。在電子科技發展後就有了全自動的設備。直
接驅動的系統電動的控制司服馬達，BSL驅動和quartz-locked
直流司服馬達也合併再一起。
所以唱盤的開始達到了一個巨大的進步：在聲學錄音期間(藉由
聲壓震動刻畫紀錄)，一個唱盤每一面在78rpm下只能路2分鐘，
而且頻率範圍只有200Hz~3kHz，動態範圍有18dB。在發展的
最後，LP(黑膠)立體聲的頻率範圍是30Hz~15kHz而動態範圍則
到達65dB。
－磁帶(Tape)錄音的發展
在1960和1970，開盤式(open reel)錄音機式樂器用來製作和廣
播不斷的改進效能和訊號品質。特別注意錄音製作的部分，錄
音帶不只是由帶子途徑去驅動裝置，最後其機芯顫動只有：
0.02% wrms (38 cm/s 下)、0.04% wrms (19 cm/s 下)
而且在壓縮和延展的系統(如：Dolby、dBx…etc.)加入後改善了
SNR(signal to noise ratios)。
專業的開盤式磁帶錄音機對於一班消費者而言體型太龐大和昂
貴，但在1963年攜帶式卡帶錄音機的發明讓更多人可以享受錄
音和播放並且有堪用的音質和簡易的操作。
可攜式卡帶錄音機帶來衝擊並成為音樂愛好者不可或缺的設備，
另外也有其他大量的使用目的，如：上課錄音、錄對話、做聽寫
稿或其他更多應用。
最後不可避免的，開盤式磁帶錄音機也改良至可攜式的卡帶錄音
機。
‧ 類比錄音的限制
儘管有令人驚嘆的技術進化和設備改進， 在1970年代末錄音工
業到達一個需花費戲劇性的經費在設備上以求些微改進的窘況。
這是因為品質、動態範圍和失真的需求定義在不同的使用者，
如：medium used(錄音、磁帶、廣播)，和處理的設備上。類比
製作技術在特性上已經達到一個極限了。
圖五是一個標準的類比音訊流程，從錄音到重製間三種媒介
(tape、record、broadcast)的動態範圍。
動態範圍的下限決定於系統的雜訊，特別是雜訊的低頻。上限則
是看系統達非線性的失真。
麥克風的力度和訊號的範圍決定在麥克風的靈敏度和麥克風前級
的品質，但是小心設定的話可以提供超出90dB的動態範圍。然
而最主要的問題是在錄音室內麥克風收音有各種不同的潛在失真
這也使動態範圍縮小。換言之，錄音室有基本最小噪音
(general minimum noise level)來自說話、演出者、工作人員移動
或風的流動、呼吸和所有電子系統引發的失真。
直到初混和音量擴大機沒有遇到重大問題。然而，根據不同調校
音量設備的使用，動態範圍的上下限會受到EQ的影響。EQ的範
圍和類型也根據媒介有不同。任何控制音量的和壓縮器都是必要
的，這也影響聲音品質和音訊流程。更進一步的考慮到現實面，
針對不同媒介的母帶你可以輕易的發現常見的tape recorder只有
狹窄的動態範圍形成一個瓶頸影響全部的處理。
歸納一下，儘管類比技術有壯觀的進步，顯而易見它的原始動態
範圍嚴重的影響類比重製流程。
其他類似的限制因子－頻率響應、噪訊比、失真，etc－包含在類
比的處理過程中。這些理由使得音訊重製立即大量的轉向數位技
術。
‧PCM錄音系統早期的發展
PCM(pulse code modulated)數位訊號最早是在1967年五月NHK
提出採用一寸兩頭的錄音媒介，螺旋狀的掃瞄VTR。大多數人的
對此的印象是數位設備的聲音忠實度無法跟跟常見的tape recorder
比較，因為常見的的tape recoder的限制已經被克服了。
圖五a.一般tape recorder原始訊號衰退的主要原因，首先是tape上
的磁性材料在使用前就有失真的成分，然後這媒介本身就不是線性
的無法完全準確的紀錄訊號。在PCM錄音中(圖五b.)
PCM無法廣泛的應用因為他難編輯、大又重、貴、難操作
1969年，Nippon Columbia 生產了PCM recoder的原型，以NHK為
基礎，有四頭VTR、2吋磁帶，取樣頻率到47.25kHz、13bits線性
ADC，也是PCM錄音系統的起點。
‧ 商品化的PCM錄音機的發展
PCM錄音機有三個主要的部份：編碼器(audio signal ->digital PCM signal)
、解碼器(PCM->audio)、錄音媒介(磁帶)。
早期的PCM是由VTR和數位音訊處理器組成。
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