2021年1月21日 星期四 11:52

PA的历史(上)

深入研讨 历史档案 PA的历史(上)

我们通常所说的“PA”是指用来加强声源,并将其散播到演出场地或建筑物中的放大系统。PA的意思是“公共广播(Public Address)”,暗示其通常的用途——公共场所的宣讲,如火车站、运动场、商场、医院或飞机场。

虽然从公元前20世纪维特鲁威探索建筑声学起,公共广播就已经出现,但我更感兴趣的是现代电子PA系统以及它在现场音乐上的应用。

著名的“声墙(Wall of Sound)”系统是专为Grateful Dead的演出设计的,用于1974年。
著名的“声墙(Wall of Sound)”系统是专为Grateful Dead的演出设计的,用于1974年。

要构成电子PA系统,首先得发明出元件部分,再通过组装满足各种需求。PA系统的基本构成是:

1)捕捉声音震动并转换成电信号的装置

2)提升和控制电信号的方式

3)将电信号转换成震动并传播它们的装置

早期的碳粒式话筒
早期的碳粒式话筒

简单地说,我们需要一个话筒、一个放大器和一个扬声器。首先要发明的是话筒,跟许多其他的发明一样,关于话筒,也存在着谁先谁后的争论。

大多数历史学家认为是David Edward Hughes,他在1875年演示的碳粒式话筒,比Alexander Graham Bell、Emile Berliner和Thomas Edison的发明都早。但他从来没有为自己的发明申请过专利,因为他认为这是一件送给人类的礼物。不过,因为他对话筒所做的“音频中的显微镜”的比喻,使他成为“话筒”这个单词的缔造者。

碳粒式话筒是一个很简单的装置,它的两块金属板之间塞满了碳粒,之间的电阻会根据震动产生成比例的变化,从而发出代表这些震动的电信号。虽然现在碳粒式话筒被更加高效的设计所取代,但它在电话上的应用一直持续到了1980年代。总的来说,它的设计树立了当代话筒的标杆。

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在1925年发行的《Popular Radio》杂志上,Kellogg和Rice拿着第一个动圈式扬声器音盆的驱动部分。

从1870到80年代,出现了各种类似扬声器的装置,特别是Alexander Graham Bells的电话(1876)和Edison的留声机(1877),但真正的动圈式扬声器,也就是所有扬声器的先祖,是由Oliver Lodge于1898年发明的。

那时候,电话是需要“吼叫的”,在应用上也有限制(必须得发明放大器了)。但它包含了所有扬声器的基本设计——依靠线圈震动的薄膜(“动圈”)——因为声音通过大喇叭进行了放大。

1925年,通用电气的Chester W. Rice和Edward W. Kellogg发布的研究报告是当代直接辐射式扬声器(挡板上带有小的线圈振膜,能响应出一致且宽广的中频段)基本原理的奠定基础。贝尔实验室的Edward Wente独立发现了同样的原理,并在同一年递交了专利申请。这些设计原理仍被用在今天的直接辐射式扬声器上。

共同研发

1906年,Lee DeForest发明了Audion——第一个能够放大电信号的装置——PA拼图中的最后一块也终于出现了。

他通过两个电子二极管来探测电磁波,然后再增加第三个电极,让应用在其中一个电极上的小电流控制另外两个上的大电流——基本上就是在主电源电流上加入信号电流让它变得更大(因此也更响)。

Audion就是后来人们熟知的三极管,最终发展成了电子管或真空管,对无线电、电话、电视以及早期的电子计算机都起到了不可磨灭的带领作用。

在这三个关键的发明出现后,各行各业的人都开始捣鼓,试验早期的声音重制和放大器系统。这些先锋人物中较为出众的有Edwin Jensen和Peter Pridham,他们在自己加拿大的实验室里做了大量的实验。

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Audion,第一个能够放大电信号的装置,由DeForest发明。(版权:Gregory F. Maxwell)。

在这些实验中,他们将话筒与扬声器通过12V的电池连接,产生了第一个声音反馈。很难想象他们是怎么看待这样令人困扰的噪声,至少现在的现场声音工程师是无法忍受的。他们继续实验,将扬声器装在实验室的屋顶,声称声音都在一英里外被听到。

资料记载,第一个在公共事件中通过电子PA系统放大演讲和音乐的例子是在1915年12月24日的旧金山市政大厅,Jensen和Pridhams对他们的Magnavox系统所做的公开演示。

这次事件是圣诞颂歌音乐会,包括市长在内,共有10万人出席。尽管这个基础的系统只能产生10瓦的音频能量,但据报道所讲,因为使用了大喇叭扬声器,人们以“完全不同的方式”听到了圣诞音乐和演讲。

Magnavox PA系统使用了碳粒式话筒(之后被称为传感器),安装在弧形的金属反射器上,用来聚集和放大震动(跟耳廓的作用类似)。
Magnavox PA系统使用了碳粒式话筒(之后被称为传感器),安装在弧形的金属反射器上,用来聚集和放大震动(跟耳廓的作用类似)。

在接下来的几年里,多家公司进入了公共广播和扬声器设计领域(比如,Marconi、Tannoy、Western Electric、Bell Labs、Altec Lansing),逐渐地,无线电、电话和电影行业也参与了进来。在大西洋两岸的大型事件中,喇叭形扬声器逐渐普及开来。

第一位用上PA(Magnavox系统)的美国总统是Woodrow Wilson,他于1919年在圣地亚哥,当着7万5000人宣布了国际联盟的建立。在1925年温布利的大不列颠王国展览中,乔治五世国王用装备了六个喇叭形扬声器的Marconi PA,在9万人面前进行了演讲。

1919年左右,Jensen和Pridhams的Magnavox系统。
1919年左右,Jensen和Pridhams的Magnavox系统。

克服限制

但是在现场音乐表演中,PA系统的使用仍然局限在人声的放大上,目的只是为了盖过乐队的声音。限制主要是因为那个时期真空管(电子管)放大器都相对较小。

要正常工作,真空管需要消耗大量的功率,产生大量的热,所以,如果为了获得较大的放大量而放置得太多,功率需求也将变多,放大器可能出现过热的情况。因此,这个时期的真空管放大器通常限制在20瓦的输出功率上。

在第二次世界大战后期,竞争变得激烈,出现了更加高效的放大方式。由电话公司主导的大部分研究都希望解决长途通话中信号的损失问题。半导体技术的优势似乎指出了明路,但真正做出突破的是贝尔实验室的三位专家。

John Bardeen、Walter Brattain和William Shockley将一片金箔用刀划开成两半,然后用回形针粘在塑料楔形物上,再推进一块锗中。应用到锗上的小电流改变了它的导电性,让大电流能够从两片金箔间通过,让功率增加——因此,晶体管产生了。

后来,锗被硅替代,设计得到了精炼。获得了诺贝尔嘉奖的Shockley接着创建了硅谷。从音频角度来讲,晶体管的优势是它比真空管更小,不会像电子管那样产生大量的热,可以用来制造更小更高效的放大器。

魔鬼音乐

在PA技术提升和细化的过程中,运用于动画上的系统成为主要驱动力。在1950年代,随着电吉他的发明以及摇滚受众的增长,对更大放大器的需求也在不断增加。

晶体管的发明者William Shockley(坐着)、John Bardeen(左边)和Walter Brattain(右边)在贝尔实验室。
晶体管的发明者William Shockley(坐着)、John Bardeen(左边)和Walter Brattain(右边)在贝尔实验室。

乐队需要强行让当时的PA冲破极限推到失真,这样才能满足他们演出的能量水平,结果当然是非常粗糙的声音。这导致某些领先的制造商宣布,如果它们的系统在全功率的状态下工作,保修条款将作废,甚至还威胁供应商,说要是他们为演奏“魔鬼音乐”的乐队供货,将切断它们的货源。

进入1960年代,乐队开始搬运自己的PA。在多个艺人表演时,扬声器设置会提前摆放好,当他们表演结束后,会全部撤掉。这导致了每个表演团体出来的声音都不相同——如果你能提供更加昂贵的PA,因为声音的提升,主办方会将你视为重点宣传的对象。

转折点出现在1965年8月,Beatles在纽约的Shea体育场演出。当时风靡于利物浦的组合扩音方式让他们以为可以在棒球场那么大的场所进行表演。

第一个晶体管。
第一个晶体管。

从理论上讲,它是说得通的;不过,当时的声音系统完全不能胜任。大量的放大器和扬声器被带了进去,尽管舞台在场地的中央,观众在露天看台上,但人群的尖叫实在太吵,根本无法听到乐队的演奏——甚至乐队成员都听不到自己的声音。

无独有偶,仅仅一年之后,乐队宣布不再进行任何的现场演出。随后,发布了《Sgt Pepper’s Lonely Hearts Club Band》,一张虚拟乐队的概念专辑,他们相信这个虚拟乐队能代表他们去巡演(虽然是以录音的形式)。Shea体育场的演唱会是这个行业的经典案例,在没有学会走路之前,想跑是不可能的。

你可以说,当代的巡演和声音行业是从那场演唱会之后开始的。当乐队理解自己需要更大更好的系统时,一切才真正开始,我们也将进入PA的黄金年代,关于这个年代的细节我们将在下一个月的文章中讲解。

Andy Coules(www.andycoules.co.uk)是英国声音工程师和音频教育者,他跟随许多不同流派的表演者在世界范围内进行过大量的演出。

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出自:Pro Sound Web

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乐极客创办人,独立音乐制作人,混音师。

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