淺談錄音檔案的演變、現狀及其數字化

朱 強

淺談錄音檔案的演變、現狀及其數字化

朱 強

錄音檔案是指人們在工作與生活中記錄下來的、反映真實歷史狀況的、存儲在相關媒質上且有保存使用價值的音頻信號。隨著技術的發展，錄音檔案跨越了機械記錄和模擬記錄，實現了今天技術更為先進的數字錄音。錄音檔案直觀而真實地記錄了歷史，是珍貴的史料，對歷史文化和科學研究及其他諸多方面起到了不可估量的作用。

一、錄音技術的起源、演變及其錄音檔案的種類

1．錄音技術的起源與演變

（1）機械錄音技術的發明

19世紀中期，法國發明家斯科特根據人的鼓膜隨聲波振動的現象發明了聲波記振器。1877年，愛迪生在此基礎上發明了錄音技術和留聲機，實現了對聲音的記錄和還原，當時的錄音屬于機械錄音。

（2）光學錄音技術

這種錄音技術在早期有聲電影中被大量采用，但因為光學聲帶只能從錄音底片獲得，不能被立即還原，且剪接成本較高，操作不便，故而逐漸被后來興起的模擬錄音技術所取代。

（3）模擬錄音技術

1924年，馬克斯菲爾德和哈里森設計了電氣唱片刻紋頭，貝爾實驗室成功進行了電氣錄音，并在此基礎上逐漸發展形成了模擬錄音技術。模擬錄音的載體有膠木唱片、薄膜唱片、鋼絲帶錄音、開盤磁帶、盒式磁帶等。

（4）數字錄音技術

數字錄音技術是近年來興起的一種錄音技術，相比模擬錄音，數字錄音技術在錄制過程中失真率低，聲音信噪比高，并且克服了磁帶錄音的靜噪聲，所以音質非常清晰。由于數字錄音記錄的不是連續的波形，而是以比特的形式傳送，所以比模擬錄音更便于分割、疊加和剪輯。

2．錄音檔案的種類

在錄音的發展史上，先后出現過幾種不同的聲音信號載體，下面，筆者簡要對各種載體的錄音檔案做一介紹。

（1）蠟筒錄音檔案

最初的機械錄音是蠟筒錄音，它以錫箔制滾筒作為聲音載體，用鋼針播放。蠟筒錄音由于自身性質所限，錄音失真較為嚴重，信噪比不高，且由母版復制拷貝非常困難，在1912年左右即退出了歷史舞臺。

（2）膠木唱片錄音檔案

早期的膠木唱片分為鉆針唱片和鋼針唱片兩種，應用了機械錄音的原理。膠木唱片的轉速為每分鐘78轉，灌音紋路是阿基米德螺線，每面保存聲音長度為3~4分鐘左右。

由于灌制唱片所用的蟲膠自身硬度較大，相對于蠟筒來說更易保存，使得膠木唱片逐漸取代了蠟筒唱片的地位。

（3）鋼絲錄音檔案

鋼絲帶錄音是一種磁性錄音，即一種以可磁化的材料為媒質記錄聲音的方法。鋼絲錄音帶能夠較好地保存聲音的原有音質，但錄音要用質量很高的鋼絲和鋼帶，且非常笨重，使用起來不方便。鋼絲帶錄音檔案大致形成于20世紀40~50年代，由于現存的播放設備數量很少，鋼絲錄音的播放、轉錄和利用受到很大限制，已成為較為珍貴的檔案。

（4）開盤磁帶錄音檔案

開盤磁帶是一種纏繞在帶盤上的錄音磁帶，使用時從供帶盤拉出磁帶，通過磁頭等機構卷繞到收帶盤上，其錄音原理也是磁性錄音。開盤磁帶寬度有6.3、12.7、25.4和50.8毫米等幾種，用量最大的6.3毫米磁帶，現在主要用于廣播和專業錄音系統。

（5）磁帶錄音檔案

普通磁帶的錄音原理是錄音時通過話筒將聲信號轉換為電信號，送到錄音磁頭，錄音磁頭是一個蹄形電磁鐵，它的磁性強弱隨電信號變化，將電信號轉換為磁信號；錄音磁帶貼著錄音磁頭移動，上面的磁粉被磁化，聲音信號被記錄在磁帶上。以磁帶為介質的錄音檔案較為常見，存世量很大，年代也相對較晚，這種錄音方式現在還在普遍沿用。

二、錄音檔案數字化的必要性及其原則

1．錄音檔案數字化的含義

錄音檔案數字化的含義是將錄音檔案原有的模擬聲音信號通過轉換器，轉換為可被計算機識別的二進制數字聲音信號，并加以存儲的過程。

2．錄音檔案數字化的必要性

從現存的幾類錄音檔案各自的特點可以看出，它們受到自身特點和播放設備的限制，保存狀況并不樂觀，且以原有形式存在對這部分檔案的利用造成了很多不便，亟需啟動錄音檔案的數字化工作，將這部分錄音檔案轉錄為能被計算機識別的媒體格式文件，使其聲音信號脫離原有的保存介質。

開展錄音檔案的數字化工作，將有利于對錄音檔案進行存儲和保管。同時，數字化錄音檔案重放效果好，不會對檔案造成直接損耗，且便于檔案的利用。

3．錄音檔案數字化必須遵循的原則

錄音檔案數字化必須保證聲音檔案的真實性、完整性、有效性。在使用時必須保證數字化數據能從存儲介質中正確讀取，并能還原成聲音信號輸出。

（1）錄音檔案的真實性原則

數字化錄音檔案是一種電子檔案。由于數字文件可以編輯，因此在數字化過程中，必須保障其真實性，即指形成的數字錄音的內容與原有錄音檔案的音質保持一致，這是數字化錄音檔案能夠正確反映歷史面貌，構成社會價值，作為社會記憶長久保存的前提。

（2）錄音檔案的數字化的完整性原則

錄音檔案的數字化過程必須遵循錄音檔案的完整性原則，即數字音頻信息的時長必須得到保證，時長、內容和結構要完整，沒有缺失。

（3）錄音檔案數字化的安全性原則

在錄音檔案數字化的過程中，必須加強對形成的數字文件的安全性的保障，充分利用備份技術和防火墻技術等，避免因計算機系統的硬件故障、操作失誤和病毒的攻擊造成數字化錄音檔案文件的損失。

（4）錄音檔案數字化的品質保障原則

錄音檔案的數字化還必須遵循品質保障原則。為了保證數字化錄音檔案的精確度，保障聲音的質量，使得形成的聲音文件的音質在最大程度上和原音保持一致，必須在轉錄的過程中對于數字音頻信息的一些元數據采取較高的設置。

三、錄音檔案數字化的方式及其技術控制

1．錄音檔案數字化的方式

錄音檔案數字化的方式有專業級的非線性編輯系統轉換模式和PC簡易的轉換模式兩種。

2．專業級轉換的程序

對于有條件的單位，可以采用商品化的非線性編輯系統進行錄音檔案數字化的工作，以便獲得較高質量的聲音信號，并對其進行編輯和制作，形成高質量的錄音數字文件。

3．PC轉換模式的設備條件及技術控制

由于非線性編輯系統較為昂貴，使用也相對較為復雜，因此對于一些以提供利用為主要目的的數字化工作，目前更多采取的是PC方式的數字化工作，以下做一概要介紹。

（1）設備條件

利用PC進行錄音檔案數字化工作，必須具備的硬件設備有放音設備、數模轉換設備、計算機、存儲設備、監聽和播放設備、刻錄設備等。

①放音設備

放音設備必須能正確地將聲音源輸出。放音設備應根據原載體型號進行選擇，如盒式錄放機、開盤式放音機等等。

②計算機硬件設備

應選用性能穩定、配置較高的計算機作為數字化設備，具有較高的CPU主頻和較大的內存、硬盤存儲空間，并有專用聲卡。

③存儲設備

聲音信號除存儲在硬盤中隨機使用外，應備份至磁帶或光盤上脫機保存，如有必要，應異地保存。

④聲卡

聲卡是將聲音數字化和數字化聲音轉換為可聽到的模擬信號的部件，必須符合聲音檔案數字化要求的技術指標和功能。

聲卡的采樣頻率至少應支持4.1kHz，最好支持48kHz；必須是6位以上聲卡；聲道必須是雙聲道以上；聲卡應能夠支持多種音源輸入，如CD Audio、MIDI、話筒、線性輸入等。

⑤其他配置

除此之外，數字化工作還要借助于一些軟件，以實現和滿足對形成的錄音文件的編輯、轉換、解碼等操作需要。

（2）工作流程

利用機械錄放音原理的錄音檔案，由于放音設備沒有電信號的輸出，所以錄音時一般采用外錄方式。

外錄需要利用麥克風，將放音設備放出的聲音信號轉換成電信號輸入計算機，用錄音軟件做處理后，保存成存檔所需的音頻文件。

需要注意的是，外錄時計算機所用的是混音器模式錄音，可以同時接收任何系統聲音和環境聲音，所以在錄音時，要盡量保證環境安靜和隔音。同時，為保證錄音效果，不要在錄音時進行其他的操作。

對于鋼絲錄音機、磁帶機等能夠輸出電信號的放音設備，一般采用內錄的方式，用雙頭音頻線的兩頭分別連接放音設備和計算機，錄音方式選擇“線路輸入”模式，用錄音軟件（如Cool Edit Pro等）采集聲音的波形，并保存成需要的音頻文件。

這種模式通過其他音頻設備采集音頻信號，不受外界環境聲音干擾，從音質上要優于外錄方式。但由于音頻線本身材質所限，一般的音頻線會產生一定程度的電磁干擾，所以在音質要求較高的情況下，需采用專業聲卡代替家用聲卡，同時選用抗氧化的高純度無氧銅材質的音頻線。另外，對錄音檔案進行數字化時必須遠離強磁場。

無論是哪種錄音方式，在采用軟件錄音的過程中都需要注意，錄音音量不宜過大，保持分貝值在一定范圍內，錄音音量一般選擇在原始音量的70%左右為宜。

（3）技術控制

①采樣率的設置

人的耳朵所能接受的頻率為20KHz，為避免波形混疊現象，用兩倍于一個正弦波的頻率進行采樣，以便能夠完全還原原始的聲音波形，保證聲音基本不失真。通常情況下，音頻轉錄采用的采樣率應不低于44.1KHz，略高于人耳聽力范圍。

②采樣精度的設置

采樣精度主要反映波形振幅的精度，采樣精度越高，還原波形的精細程度越高，聲音的保真程度也就越高，同時數字化格式文件所需要的存儲空間也就越大。錄音檔案的數字化一般要求采樣精度不低于16bit，一些廣播級的專業設備已經采取18bit或者24bit來進行錄音和回放，以最大程度地降低濾波對聲音的干擾，保證聲音的真實。

③聲道的設置

一般情況下，錄音檔案的數字化要求聲道不低于雙聲道（立體聲），有需要和有條件的單位建議采取多聲道設置。

④音頻數據碼率的設置

音頻數據碼率指的是單位時間內傳輸的數據位數，單位是kps，即千位每秒。碼率的高低將直接影響聲音的質量，碼率越高聲音質量越好，反之聲音質量越差。

音頻文件碼率的大小決定了所需存儲空間的大小，一般常見的MP3格式文件的碼率的設置為128kps，但這種設置在高頻部分壓縮后的失真較為明顯，筆者通過實踐認為，可選擇192kps、320kps或者更高的設置，但應設置為固定比特率（CBR形式）。

⑤音頻編碼格式的設置

音頻編碼可以采用計算機應用中能夠達到最高保真程度的PCM編碼（脈沖編碼調制），它通過抽樣、量化、編碼三個步驟將連續變化的模擬信號轉換為數字編碼。

⑥文件格式的設置

現有常見的音頻文件格式中，wav和flac格式文件為PCM編碼，其特點是音頻的無損壓縮，考慮到和計算機操作系統的兼容性，一般在模數轉換時采用wav格式。對于聲音保真度需求不高，以利用為主的錄音檔案，可以選擇有損壓縮的MP3文件格式。

4．錄音檔案數字化之后的后續處理

在編輯形成錄音文件以后，需要將文件轉移到其他存儲介質上，一般采用刻錄光盤的形式保存。為了保證質量，利于長期保存，應選用合金介質超硬光盤，并注意在一定周期內刻錄副本。

錄音檔案的數字化是一項新時期需要盡快開展和實施的工作，同時也面臨不少的技術問題，需要檔案工作者在實踐當中不斷地總結經驗，加以完善和解決。

（作者單位：國家檔案局檔案干部教育中心）