留声机的原理是什么？

留声机的原理是什么？

留声机是用来播放黑胶唱片的。黑胶唱片是以机械形变方式模拟并储存声音信息的一种载体，从爱迪生(T. Edison) 1877 年发明圆筒形留声机算起，已有一百多年历史了。

一个半世纪以来，随着电子和电声技术的发展，以及乙烯基塑料的开拓和应用，使得现代黑胶唱片已经成为一种高保真节目源，由它记录的声音信息，足可以与传声器（话筒）在演奏现场拾取的信号波形相媲美。

早期的粗纹唱片录音常称“灌音”。当时，由于缺乏必要的放大设备和换能器件，只能用原始的声学方法来记录声音。为了取得较好的录音效果，艺术家和乐队务必贴近喇叭状的号筒引吭高歌，竭尽全力地演奏，方能激励号筒尾端的振动膜片随着声波振动，并驱使刻纹针在质地柔软的蜡盘表面刻录出调制纹槽。可是，这种原始声学录音方式的频率范围仅为300~2500赫左右，比现代的电话质量还要逊色。

当唱片初问世的时候，唱片录音的装置非常简单：在一只大喇叭的窄端，夹着一片薄薄的金属膜。刻刀固定在这金属薄膜上。刻刀的尖端与可以旋转的蜡片接触。录音的时候，歌唱者对着大喇叭歌唱，歌声振动了喇叭里的空气，振动了薄膜，振动了刻刀，致使刻刀就在旋转的、平滑光洁的蜡片表面上，刻出弯弯曲曲的声槽，录下歌唱者的歌声。

但是，由于覆盖在喇叭窄端的金属膜的振动灵敏性极差：如果对着喇叭引吭高歌，还可录下声音；倘若唱得低一些，声音也就不能记录下来。因此，录音的质量很低。

日后，随着电声科学的发展，录音技术大有提高，唱片质量也大有改善。自上世纪50年代以来，唱片录音的主要装置包括：话筒、放大器、刻绞头和使录音片旋转的录音机机体四个部分。

在录音的时候，声音首先进入话筒(上图1)，话筒把声波变为交流电，输至放大器(上图2)放大，然后流入刻纹头(上图3)，刻纹头把电波变为机械振动，并由刻纹头上的刻刀(上图5)在旋转的录音片(上图4)上刻出与声音相对应的声槽。

话筒，或称麦克风、微音器、传声器，是一种声音的收接器，是一种把声波变为电波的器件。话筒的种类很多，常用的是动磁话筒。

当声音进入话筒时，话筒里的金属铝带(下图1)受到声波的推动作用，在永久磁铁(下图2)所产生的磁场中间引起间复性的机械振动，切割磁场的磁力线。按照电磁感应原理：在铝带的两端产生了方向交变的感应电动势，在铝带上也就产生了方向交变的感应电流，经过话筒的输出导线(下图3)输送出来。

话简输出的电流，电流频率的高低是与声波频率的高低相对应，即与声音的音调相对应：电流强度的大小是与声波振幅的大小相对应，即与声音的响度相对应。换句话说。话简把声波变为电波，即录音信号。

但由于话筒检出的音频电流的电压低，电流弱，不能推动刻纹头的利刀进行机械刻划，需经放大器放大，增加功率。

音频放大器是由好几只电子管组合而成的。它是利用电子管的放大作用，把从话筒送来的微弱音频信号加以放大，以推动刻纹头进行工作。

在实际应用中，做据放大器作用的效果，分为电压放大器和电力放大器两类。

电压放大器的作用是放大音频电压，去推动后面的放大器工作。

电力放大器的主要作用是输出强大的电力去推动扬声器，在唱片录音方面就是推动刻纹头进行工作。

刻纹头，又称录音器，是一种把电能转变为机械能的器件。录音片表面的声槽就是由刻纹头上的刻刀刻划出來的，常用的刻纹头为电磁式刻纹头。

在永久磁铁(上图1)的冂形极掌(上图2)中间，装着一片可以绕支轴摆动的软铁舌片(上图3)。舌片(上图3)的下端夹有刻刀(上图4)，舌片(上图3)的上端嵌在柔软的减震体(上图5)中，并有固定线圈(上图6)将舌片包围。

当线圈里没有电流通过的时候，舌片静止不动，但在录音时，由话筒产生的音频电流，经放大器放大以后，流入刻纹头的钱圈。由于交流电和永久磁铁所产生的磁场相互作用，依据电磁感应原理，就会引起舌片、刻刀发生机械振动。假如电流从某方向流入线圈，刻刀向某一方向摆动；倘若电流从相反方向流入线圈，则刻刀也就向反方向摆动。今把从话筒输出的音频电流通过刻纹头的线圈，那么，刻刀就发生与音频电流相对应的摆动。

在录音的时候，刻刀的尖端和旋转的录音片表面接触。如果刻刀静止不动，刻刀就把录音片刻成螺旋状的、平滑的“哑声槽”；假使刻刀摆来摆去，刻刀就把录音片刻成螺旋状的、弯弯曲曲的声槽。倘若声音的音调高，音频电流的频率高，刻刀每秒钟摆动的大数多，声槽就出现许多“急转弯”；倘若声音很响，音频电流的强度强，刻刀摆动的振幅大，声槽就出现许多“大转弯”。由此可见，唱片录音是把声音以波浪形的声槽形式记录下来。

组成录音机机体的主要部件有：放置录音片的转盘、安装刻纹头的刀架、使刀架运行的螺杆、电动机以及一系列的传动装置。

当电动机运转时，转盘带动录音片等速旋转，刀架上的刻寂头由螺杆带动，沿转盘的串径向中心移动。转盘的转速决定于唱片的转速，刻纹头刀架的移动距离决定唱盘声槽的槽距。假定转盘的转速为78转/分，而当转盘转一转时，刀架向中心移动0.21~0.29毫米，这样，就可录出转速为78转/分，槽距为0.21-0.29毫米的黑胶唱片。倘若转盘的转速为33⅓转/分，而当转盘转一转时，刀架向中心移动0.085~0.127毫米。这样，就可录出转速为33⅓转/分，槽距为0.085~0.127毫米的密纹唱片来。

1924年以后，三极电子管、电磁刻纹头和传声器等相继付诸实用，唱片录音技术开始迈入电气化时代，录音质量和条件较原始声学录音有了明显改善。与此同时，由电动拾音头、电子管放大器和电动扬声器组成的电唱机也逐步涌现。到了1934年，性能优良的粗纹唱片及其放唱设备，所能记录和重放的频率范围已能达到30~8000赫，明显地提高了唱片的艺术欣赏价值，对当时文艺事业的发展具有促进作用，“高保真热”也由此掀起。

密纹唱片(1948年)和45°/45°调制的双声道立体声唱片(1958年)的问世，标志唱片的发展真正进入高保真时代。密纹唱片和立体声唱片均以氯乙烯醋酸乙烯共聚体为主要原料，不仅放唱时间可为虫胶粗纹唱片的5~6倍，而且诸如信号噪声比、频率特性、非线性失真和动态范围等重要技术指标，也均有长足提高；立体声唱片则除了兼有密纹唱片的优点外，更能使聆听者判断出声源方位，重现前面舞台的“声象”，产生亲临现场的感觉。

节目的录音过程也就是唱片原版的刻纹过程，录音和刻纹同时进行，称作直接刻纹方式。这种方式虽然简单，但是唱片原版在刻录和复制过程中倘若稍出差错，就得全盘推倒重来，甚至要请原演出团体来重新录音，很不方便。进入五十年代以后，高性能广播专用磁带录音机得到开发，唱片的直接刻录方式很快为间接录音方式所取代。人们借助于专用磁带录音机，可以首先将节目记录在原版磁带上，然后，通过磁带放音随时刻录唱片原版，不再受时间和条件的限制。但是近几年来，鉴于唱片性能日臻理想，即使专用磁性录、放音设备存在的少失真和晃料等弊端，也被引起了重视。因此，国外少数唱片公司有时又在采用直接刻纹方式，不以磁录系统作为媒介，制作所谓不失真的“原音”唱片。

播放黑胶唱片时，先将唱片扣入唱盘，并将唱针的尖端搁在唱片的声槽里，唱针就沿声槽滑过。由于声槽弯弯曲曲，引起唱针摆动。唱针的摆动在唱头内形成声波，然后被转化为电信号（不同种类的唱头转化的原理不同）。

唱头将模拟信号转换成电信号之后，再把转换后的信号传递给唱头放大器。唱头放大器根据所选择的节目源的具体情况给予相应的信号放大，阻抗匹配和频率均衡，以保证不论在选用何种信号源时，都能达到所规定的输出电平和平坦宽广的频率特性。

在唱头放大器将信号放大后，再由功率放大器进行二次放大，产生足够的不失真输出功率，以驱动音箱正常工作。就能量转换来说，功率放大器是一种将电池或者经整流后取得的直流电能，转换成按照输入信号变化的交变电能，电能进入音响之后再次转换为机械能，扰动空气中的能量，发出声音。