了解擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展歷程，是為了認(rèn)識(shí)擴(kuò)聲技術(shù)的發(fā)展變化，更好地把握擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展方向。擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展歷程大致可以分為電子管時(shí)代、晶體管和集成電路時(shí)代、數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代、未來發(fā)展趨勢。
一、電子管時(shí)代
不借助任何設(shè)備，人們要想把自己的聲音放大，就只能把手做喇叭狀放在嘴邊，把聲能聚攏到一個(gè)方向。1921年碳粒麥克風(fēng)+電子管放大器+電磁式揚(yáng)聲器獲得了實(shí)際應(yīng)用，與此同時(shí)便產(chǎn)生了一項(xiàng)新的專業(yè)技術(shù)——擴(kuò)聲技術(shù)。該系統(tǒng)采用定壓傳輸方式，頻率范圍很窄，僅限于200~400Hz的中頻范圍，擴(kuò)聲質(zhì)量也很差。
擴(kuò)聲技術(shù)的歷史最早可以追溯到19世紀(jì)，1876年埃米爾•貝林納發(fā)明了碳精電極麥克風(fēng)，它由一層薄薄碳層隔開的兩個(gè)電觸頭構(gòu)成，其中一個(gè)觸頭附在膜片上。當(dāng)聲波擊打隔膜時(shí)會(huì)壓縮碳?jí)m、改變電阻，從而輸出改變電流的大小。
1906年美國Do.Forest發(fā)明了真空三極管（在真空二極管內(nèi)放置柵欄式的金屬網(wǎng)，用于控制陰極與屏極之間的電流。柵極微弱的電流變化會(huì)引起屏極較大電流變化，而且變化波形與柵極電流完全一致，這就是真空三極管的放大作用）。電子管的發(fā)明和應(yīng)用可以說是真正打開了擴(kuò)聲系統(tǒng)的大門。
圖1 貝林納發(fā)明的碳精電極麥克風(fēng)
圖2 真空三極管構(gòu)造圖
1916年西電公司的Edward C. Wente研制出了第一款電容麥克風(fēng)。
1923年Captain H. J. Round發(fā)明了第一款動(dòng)圈式麥克風(fēng)。同年，美國廣播公司公司（RCA）的Harry F. Olson發(fā)明出鋁帶式麥克風(fēng)（動(dòng)圈的近親）。
圖3 電容式麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 動(dòng)圈式麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)示意圖
1924年通用電器公司實(shí)驗(yàn)室的賴斯(C.W.Rice)和凱洛格(E.W.Kollogg) 獲得揚(yáng)聲器專利，1925年制造的這種揚(yáng)聲器是我們現(xiàn)在使用的電動(dòng)式揚(yáng)聲器的鼻祖。
1927年貝爾實(shí)驗(yàn)室的Harold Black發(fā)明了負(fù)反饋技術(shù)，使音響技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代，使放大器的失真度大幅降低。
圖5 電動(dòng)式揚(yáng)聲器工作原理示意圖
圖6 電負(fù)反饋技術(shù)原理示意圖
1948年，天朗發(fā)明了著名的同軸（Dual Concentric）喇叭。
電動(dòng)式揚(yáng)聲器、動(dòng)圈式麥克風(fēng)和負(fù)反饋技術(shù)的出現(xiàn)使擴(kuò)聲質(zhì)量有了顯著的提高。
1950年代電子管放大器的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)高潮時(shí)期，各種電子管放大器層出不窮。由于電子管放大器音色甜美、圓潤，至今仍為發(fā)燒友所偏愛。在國內(nèi)外，電子管放大器有時(shí)甚至是一種身份的象征。
圖7 電子管放大器
圖8 點(diǎn)接觸式晶體管（來源：貝爾實(shí)驗(yàn)室）此圖應(yīng)在晶體管和集成電路時(shí)代
發(fā)展瓶頸：電子管體積大，耗電多這是它的缺點(diǎn)。這種缺點(diǎn)在早期比較簡單的擴(kuò)聲系統(tǒng)中雖然并不明顯，但是在第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)上卻顯露無疑。1946年2月14日由美國軍方定制的世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)問世，這臺(tái)計(jì)算器使用了約1.8支電子管、耗電量150千瓦，由于機(jī)器運(yùn)行產(chǎn)生的高熱量使電子管很容易損壞。只要有一個(gè)電子管損壞，整臺(tái)機(jī)器就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，于是就得先從這1．8萬多個(gè)電子管中找出那個(gè)損壞的，再換上新的，是非常麻煩的。因此迫切需要一個(gè)體積小，耗電少的放大器來取代電子管。
圖9 世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)
（Electronic Numerical And Calculator）
一句話評(píng)論：電子管時(shí)代擴(kuò)聲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了從無到有、由差變好的轉(zhuǎn)變。
圖10 電子管時(shí)代擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展示意圖
二、晶體管和集成電路時(shí)代
晶體管的誕生被譽(yù)為“21世紀(jì)最偉大發(fā)明”。1947年12月23日，貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位研究員約翰·巴登和沃爾特·布拉頓發(fā)明了世界首個(gè)基于鍺半導(dǎo)體的點(diǎn)接觸式晶體管(point contract transistor)（把間距為50μm的兩個(gè)金電極壓在鍺半導(dǎo)體上，微小的電信號(hào)由一個(gè)金電極（發(fā)射極）進(jìn)入鍺半導(dǎo)體（基極）被顯著放大，并通過另一個(gè)金電極（集電極）輸出，在首次試驗(yàn)時(shí)它能把音頻信號(hào)放大100倍）。1950年他們的同事威廉·肖克利發(fā)明了一種結(jié)型晶體管(junction transistor)"，盡管巴登與布拉頓是晶體管的第一批發(fā)明人，但肖克利的產(chǎn)品才是晶體管產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。晶體管出現(xiàn)后，人們就能用一個(gè)小巧的、消耗功率低的電子器件來代替體積大、功率消耗大的電子管了。
圖11 肖克利發(fā)明的結(jié)型晶體管示意圖
1958 年9 月12 日美國德州儀器公司的基爾比(J. Kilby)制作了第一個(gè)鍺片上的集成電路，其中的晶體管和被動(dòng)元件是用金絲連接起來的，從此集成電路的時(shí)代開始了。
1968年仙童半導(dǎo)體公司開發(fā)的μA741運(yùn)算放大器成為了模擬放大器集成電路事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)算放大器就像模擬設(shè)計(jì)界的切片面包，你可以用它們夾上任何東西，并且都能得到滿意的結(jié)果，可以使用它來制作音頻或視頻的前置放大器。由于麥克風(fēng)產(chǎn)生的電信號(hào)都比較弱，必須進(jìn)行一定的前置擴(kuò)大。
圖12 仙童半導(dǎo)體公司開發(fā)的μA741運(yùn)算放大器集成電路
進(jìn)入1970年代之后，由于晶體管電路和集成電路的相繼出現(xiàn)并被廣泛應(yīng)用到擴(kuò)聲系統(tǒng)中，晶體管功率放大器、音頻處理設(shè)備、調(diào)音臺(tái)等紛紛問世或任用到擴(kuò)聲系統(tǒng)中。許多在電子管電路中難以實(shí)現(xiàn)的功能和應(yīng)用，在晶體管和集成電路中成為現(xiàn)實(shí)。音頻的調(diào)節(jié)、處理以及音色加工等更加細(xì)化、更為合理。為了滿足室內(nèi)擴(kuò)聲的特殊需要，各種適用于不同場合的高質(zhì)量麥克風(fēng)、各種款式的大功率、分頻揚(yáng)聲器紛紛面市。
擴(kuò)聲系統(tǒng)逐漸由單聲道發(fā)展成多聲道立體聲、還延伸出返聽和效果聲等細(xì)分而復(fù)雜的系統(tǒng)。晶體管時(shí)代是擴(kuò)聲技術(shù)發(fā)展最為輝煌的時(shí)代，在這個(gè)時(shí)期，隨著音頻設(shè)備中晶體管的集成化，音頻設(shè)備和整體性能指標(biāo)已達(dá)到了很高的水平。
發(fā)展瓶頸：擴(kuò)聲系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)復(fù)雜而又龐大的系統(tǒng)。以劇院擴(kuò)聲系統(tǒng)為例，要求比較高的基本上都配置立體聲、返聽和效果聲，僅揚(yáng)聲器數(shù)量就接近100只。為了安全起見，多采用主備系統(tǒng)。音頻線數(shù)量龐大且鋪設(shè)距離比較遠(yuǎn)（最遠(yuǎn)的約100米左右），線損和干擾會(huì)比較大。
一句話評(píng)論：晶體管時(shí)代擴(kuò)聲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備由大變小、功能由單一到細(xì)分復(fù)雜的轉(zhuǎn)變。
圖13 晶體管和集成電路時(shí)代擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展示意圖
三、數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代
隨著擴(kuò)聲系統(tǒng)分類越來越細(xì)和復(fù)雜，揚(yáng)聲器和音頻處理設(shè)備的種類和數(shù)量也越來越多，傳輸線路的數(shù)量和距離也逐漸增加，信號(hào)傳輸質(zhì)量逐漸引起大家的關(guān)注。數(shù)字信息處理以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)可以較好地解決信號(hào)傳輸質(zhì)量問題。數(shù)字信號(hào)由光纜和網(wǎng)絡(luò)線集中傳輸，通過就近設(shè)置信號(hào)交換機(jī)房，可以大大減少了模擬信號(hào)傳輸音頻線的數(shù)量和傳輸距離。
從20世紀(jì)80年代中后期開始，隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的出現(xiàn)，先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)在擴(kuò)聲系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。90年代中后期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的成熟發(fā)展，使音頻系統(tǒng)出現(xiàn)了效果器、均衡器、數(shù)字音頻處理器等類似模塊化的集成設(shè)備。20世紀(jì)末又出現(xiàn)了智能化控制系統(tǒng)和軟硬件相結(jié)合的數(shù)字音頻媒體矩陣，它可以取代均衡器、移頻器、分頻器、人工混響器、反饋抑制器等眾多的音頻處理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了眾多設(shè)備的簡化。
為了滿足大聲壓級(jí)的要求，揚(yáng)聲器又發(fā)展出線陣列揚(yáng)聲器，而且揚(yáng)聲器的指向性也可以調(diào)整。近幾年又出現(xiàn)了沉浸式系統(tǒng)（見圖13、14），使絕大多數(shù)的座區(qū)真正實(shí)現(xiàn)了立體聲的效果。
圖14 法國L-Acoustics公司的L-ISA 系統(tǒng)
圖15 德國d&b公司Soundscape聲景系統(tǒng)
一句話評(píng)論：數(shù)字和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的擴(kuò)聲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸質(zhì)量的優(yōu)化和復(fù)雜系統(tǒng)的簡化。
圖16 晶體管和集成電路時(shí)代擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展示意圖
四、未來發(fā)展趨勢
擴(kuò)聲系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢應(yīng)該是設(shè)備的合并簡化和智能化以及網(wǎng)絡(luò)無線化。
設(shè)備的合并簡化主要包括功放、揚(yáng)聲器的合并和調(diào)音臺(tái)的集成化。功放、揚(yáng)聲器的合并即有源揚(yáng)聲器。由于功放與音箱集成在一塊，大大縮短了功放輸出線與單元聯(lián)接線的長度，可以減小線損；同時(shí)由于功放的植入，可方便地增加DSP（數(shù)字信號(hào)處理）模塊。調(diào)音臺(tái)將傳統(tǒng)調(diào)音臺(tái)的控制和音頻處理設(shè)備集于一身，并且越來越智能化。
網(wǎng)絡(luò)無線化是必然趨勢。由于系統(tǒng)無線化可以給工程技術(shù)人員的設(shè)備安裝以及使用人員的使用操作帶來非常大的便利；同時(shí)沒有了音頻線纜也可以節(jié)省工程費(fèi)用。隨著無線傳輸速度的不斷加快，操作將會(huì)越來越實(shí)時(shí)化。因此網(wǎng)絡(luò)無線化是發(fā)展的必然趨勢。
一句話評(píng)論：未來的擴(kuò)聲系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的合并簡化和智能化以及網(wǎng)絡(luò)無線化。
圖17 未來的擴(kuò)聲系統(tǒng)示意圖
回顧擴(kuò)聲系統(tǒng)的發(fā)展歷程，從最初只有三個(gè)設(shè)備（碳粒麥克風(fēng)+電子管放大器+電磁式揚(yáng)聲器）的簡單系統(tǒng)，發(fā)展成功能細(xì)分、復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，然后再逐漸簡化、更易操控但功能愈發(fā)強(qiáng)大的系統(tǒng)。譬如從只有三葉的一顆小樹苗，逐漸成長為繁盛的大樹，然后逐漸刪繁就簡成一顆頗具藝術(shù)的大盆景。
圖18 擴(kuò)聲系統(tǒng)發(fā)展類比的樹示意圖
