愛迪生髮明留聲機的時候又沒有唱片，他把聲音錄哪兒了？

在過去的幾十年里，多數音樂消費者經歷了卡帶、CD到數字下載的轉變，但唱片和留聲機從未真正銷聲匿跡，還有一部分聽眾一直痴迷於它們所帶來的音質。在老派唱片愛好者和唱片收集新熱潮的支持下，黑膠唱片還迎來了第二次春天。

在這些經典的聲音背後，科學家們也關注著唱片的材料化學工藝。那些承載歷史聲音的凹槽如何抵擋歲月的侵襲？什麼樣的材料能做出最完美的唱片？研究唱片背後的材料化學，可以幫助人們更好地保存那些珍貴的聲音。

唱片之前，聲音錄在蠟筒上

在唱片之前，存儲聲音的介質是蠟質圓筒（wax cylinders）。埃里克?B?門羅（Eric B. Monroe）是美國國會圖書館的一位化學家，他致力於研究這種最早期的聲音存儲介質，了解它們是如何老化降解的。

準確的說，這裡所說的「蠟」並不是真的蠟。它實際上是一種金屬皂類，也就是那些脂肪酸鏈與金屬離子一起構成的鹽。唱針可以在這種柔軟的皂類表面划過，不會碰上硬塊或者顆粒物——這會造成噼里啪啦的雜音。同時，這種材料也足夠堅實，能夠在反覆播放後保持它們表面的刻痕。

雖然今天看來蠟筒顯得很原始，但它的發明在那時卻是一種啟發。在1877年，愛迪生髮明了以錫箔滾筒作為介質的留聲機，然而他當時並沒有在該領域趁熱打鐵，而是擱置留聲機轉而研究起了燈泡。

而當亞歷山大·格雷厄姆·貝爾（Alexander Graham Bell）和他的伏特實驗室（Volta Laboratory）創造出蠟筒之後，愛迪生的注意力被拉回了音頻領域。愛迪生與化學家喬納斯·埃爾斯沃斯（Jonas Aylsworth）合作，很快研發出了一種品質優越的「棕蠟」（brown wax）作為蠟筒唱片的材料。

一隻棕蠟製成的蠟筒，不過這種棕色的蠟質材料其實並不是我們平時理解的蠟 | cylinder.de

「從工業的角度來看，這是一種優美的材料。」門羅說。「它可以說是極簡主義的，正好能夠滿足所需的要求，完全沒有過度設計。」這項美麗的發明只存在一個問題：愛迪生和埃爾斯沃斯從來沒有為它申請專利。

美國留聲機公司（American Graphophone Co.）的托馬斯·麥克唐納（Thomas H. MacDonald）買通人們來幫助他複製愛迪生的「棕蠟」配方，並在1898年為它申請了專利。而直到愛迪生和埃爾斯沃斯推出了改進的新產品「黑蠟」，這兩家才打起了官司。為了將聲音記錄在棕色蠟筒中，每個蠟筒都必須單獨進行音軌刻制。而黑蠟解決了這個問題，它可以進行鑄模量產。

從化學成分來看，黑蠟是棕蠟的直系後裔，而棕蠟的專利又在美國留聲機公司名下。因此，美國留聲機公司向愛迪生的國家留聲機公司（National Phonograph Co.）提起了訴訟。多虧埃爾斯沃斯的實驗記錄，向法庭證明實際上是愛迪生的團隊首次發明了棕蠟。最終，兩家公司進行了庭外和解。

愛迪生蠟筒留聲機 | wikipedia

通過這場官司中的文獻記錄，門羅也追蹤到了埃爾斯沃斯團隊改進蠟筒配方的過程，並對這些化學成分設計背後的決策得到了更深入的理解。

在一個早期的實驗中，埃爾斯沃斯用氫氧化鈉和工業硬脂酸製作他們的皂類成分。而在那時，工業級硬脂酸是硬脂酸和棕櫚酸以大約1:1比例組成的混合物，它們都是脂肪酸，但分子中的碳原子數不同。這種早期的皂類「近乎完美」，埃爾斯沃斯在他的實驗記錄中強調。但幾天後，材料表面出現了結晶，播放錄音也開始出現刮擦聲。於是，埃爾斯沃斯在配方中添加了鋁元素。通過比對，他發現了這些原料中那些「好的、壞的和必要的」特性以及它們正確的組合。硬脂酸鋁不僅可以防止鈉鹽的結晶，同時還能增加額外的韌性。

事實上，這樣製造出的材料比埃爾斯沃斯所期待的還是硬了一點。為了使其軟化，他加入了另一種脂肪酸——油酸。但是，加了油酸的蠟筒在夏天又開始吸潮「出汗」，於是它們都被召回了。埃爾斯沃斯又用一種簡單的烴蠟代替了油酸，即純地蠟（ceresin wax）。地蠟可以像油酸那樣軟化材料，但不同的是，它為材料提供了額外的防水性。就這樣，愛迪生和埃爾斯沃斯不斷發現問題，作為化學家的埃爾斯沃斯又不斷修改他的配方工藝。

重現配方

不過，門羅並不只是單純地閱讀這些配方。「我是個化學家，」他說。「我要自己來實驗。」

通過重現歷史上的化學配方，門羅可以把他製造的樣品與那些國會圖書館收藏的蠟筒進行對比，從而了解這些材料如何老化，以及如何更好地保護它們。他可以用他的材料測量金屬皂類的硬度或是熱膨脹係數，而不需要為此去碰那些寶貴的藏品。門羅對藏品蠟筒和自己合成的樣品分別進行了化學分析，以保證他合成的產物與當年的材料成分一致。例如，他可以用質譜來檢測有機成分，用X射線熒光法分析樣品中的金屬元素。

在2016年5月美國錄音收藏協會（ARSC）的會議上，門羅公布了他這些分析中的第一個結果。雖然他最初兩次製造棕蠟的嘗試因為結晶太多宣告失敗（這是因為他使用了高純度的硬脂酸，裡面沒有棕櫚酸雜質），但他現在已經能做出與原版幾乎完全相同的產品了。

他的實驗也提示，這些金屬皂類在溫度變化下會發生相當程度的膨脹和收縮。保存這些蠟筒文物的機構，例如大學和圖書館，通常會將藏品保存在10℃左右的環境下。現行操作一般會將冷藏的蠟筒直接拿到室溫，而門羅則建議保存者讓它們緩慢升溫。這樣做能儘可能減少溫度帶來的應力變化，降低蠟筒斷裂的風險。

古董棕蠟和門羅新製備的棕蠟很相似，這也說明這種材料降解得很慢。對於像他在國會圖書館的同事彼得?阿利亞（Peter Alyea）這樣的人來說，這無疑是個好消息。

阿利亞想要在不播放蠟筒的情況下恢復出其中存儲的信息。為了完成這項工作，他要拍攝並分析蠟筒上刻紋的顯微圖片，這是勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的研究者們率先提出的策略。

軟質蠟筒對於記錄一次性的會話是極好的，阿利亞說。商務人士可以用蠟筒記錄口授信息，甚至一直用到了1960年代。人類學家也將蠟筒記錄帶進了他們的領域，用來記錄和保存那些逐漸消失的土著部落的聲音和故事。

「在我們的收藏中有一萬個記錄著美洲原住民信息的蠟筒，」阿利亞說。「這些收藏幾乎是無價的。」這些錄音記錄在一種扛得住時間考驗的材料上（在儲存和處理得當的前提下），這可能看起來像是天賜的幸運，但考慮到材料的締造者，這一點並不那麼令人驚訝。

「愛迪生是工程師中的工程師，」阿利亞說。他和埃爾斯沃斯對於蠟筒配方的調整都有實用目的：讓他們的蠟筒更加強健耐用，能更長時間播放或者達到更高保真度。這些考慮和相應的配方修改推動著錄音材料的一次次革命，從棕蠟筒到第二代可鑄模的黑蠟筒，再到 「藍筒」（Blue Amberol Records）——這種圓筒用藍色賽璐珞替代了蠟質。

蠟筒這麼好，為什麼現在不用了？

如果說錄音圓筒這麼好，那為什麼唱片業又轉而選擇了扁平的唱片？這是因為唱片占的空間小，更容易儲存。

唱盤式留聲機的發明者埃米爾?貝林納（Emile Berliner）在1890年左右推出了由賽璐珞和硬橡膠壓制的圓盤型的唱片，比爾?克林格爾（Bill Klinger）介紹說，他是美國錄音收藏協會下屬錄音筒小組的負責人。

1895年，貝林納推出了蟲膠唱片。蟲膠是雌性紫膠蟲分泌的樹脂，它做成的唱片在接下來數十年中成了唱片業的主要產品。貝林納的唱片使用了蟲膠、粘土、棉纖維的混合物，還加入了一些炭黑來著色。生產者們用這種易碎但相對便宜的原料生產了數以百萬計的唱片。從1912年到1952年，蟲膠唱片一直佔據著主導地位。

蟲膠這種天然材料還有不少其他用途，比如它可以在巧克力糖果表面包裹上一層光亮的外衣 | wikipedia

愛迪生和埃爾斯沃斯也推動了唱片的化學發展，他們在1912年發明了一種名叫「康頓賽」（Condensite）的材料。「我認為這是早期唱片業最為令人欽佩的化學成果，」克林格爾說。「相比之下，蟲膠技術一直顯得粗糙原始。」

埃爾斯沃斯花費了多年時間來開發康頓賽，這是一種與電木相似的酚醛樹脂。而讓這種材料脫穎而出的則是烏洛托品（環六亞甲基四胺）。埃爾斯沃斯將這種化合物加到材料中，以防止高溫鑄模時生成水蒸氣而使唱片表面變形，克林格爾解釋道。

在1914年，愛迪生每天可以用掉整整一噸的康頓賽材料，但這種材料卻從沒能取代蟲膠，這很大程度上是因為愛迪生的優質產品價格更貴。最終，愛迪生在1929年停止生產唱片。

而當1948年哥倫比亞唱片公司推出乙烯基密紋唱片（vinyl long-playing records）時，蟲膠唱片的輝煌時光就所剩無幾了。聚氯乙烯（PVC）材料製成的唱片具有雜音更少的平滑表面，可儲存更多音樂，而且遠沒有蟲膠唱片那麼易碎。高分子化學家朗?馬賽厄斯（Lon J. Mathias）提出了另一個聚乙烯唱片可以統治唱片業的原因——「它更便宜，並且非常容易塑模。」 PVC本身是幾乎透明的，要讓它變成黑色的唱片還要加入炭黑之類的物質。

馬賽厄斯表示，如果要讓他不計成本地選擇一種聚合物來做唱片材料，那麼他會選聚醯亞胺（polyimides）。這些材料比乙烯基聚合物熱穩定性更好，聚醯亞胺也能更好地複製模具上的凹槽，它還可以提供更平滑的表面。

聚醯亞胺 | dupont.com

雖然化學家們也仍在不斷調整並改進乙烯基材料的配方，來自「優質唱片壓制公司」的薩爾斯特羅姆說。他與供應商合作，試圖尋找一種新的PVC配方，以增加唱片的厚度，提高刻紋深度和唱片剛性，給聽眾提供更優質的產品。雖然薩爾斯特羅姆可能會對於這次乙烯唱片的復興有所驚訝，但他不會給任何人任何機會停止聆聽。

作者：Matt Davenport

翻譯：FranklinWhite

編輯：窗敲雨

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