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1998年《发现》杂志科技奖:声音

探索数字音乐版权保护如何通过创新的水印技术发展,以保护艺术家的权利。

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数字录音是音乐爱好者的梦想,却是音乐公司的噩梦。因为它在光盘、数字录音带、数字视频光盘甚至通过互联网传输的音乐上都能实现几乎完美的复制,发烧友可以积累大量的音乐收藏,将其从一种格式转换为另一种格式,复制并进行数字修改,几乎不费吹灰之力,也不会损害音质。然而,同样的能力也让粉丝更容易避免向唱片公司和艺术家支付版税。约瑟夫·维诺格拉德认为他找到了保护数字音乐版权的方法。

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理想情况下,音乐公司希望永久地将录音标记为自己的,甚至可能在音乐中隐藏一个代码,指示录音设备不要复制它。如果代码插入在音乐之前或之后,盗版者可以很容易地将其分离和销毁;如果代码插入在录音主体中,则会破坏音乐。“将版权和其他信息隐藏在音乐中的想法已经研究了近二十年,”维诺格拉德说,“但这些代码总是能被听者听到。”三年前,维诺格拉德(马萨诸塞州剑桥Aris Technologies的工程副总裁)着手解决这个问题。通过分析人耳注意和忽略的数字信号部分,他想出了一种通过巧妙修改信号中被忽略的部分来编码信息的方法,以生成数学派生模式。监控音乐中数字0和1的计算机可以发现插入的代码,但人耳听不到。

宝丽金唱片公司于二月开始制作带有维诺格拉德数字水印的光盘。版税征收协会将首先通过电子方式监控电台播放的歌曲,并相应地向电台收取版税。该代码还可能有助于在音乐信号中存储各种隐藏信息。维诺格拉德说,最终,音乐公司可能会编码艺术家和歌曲的名称,这样即使DJ没有告诉你,信息也可以显示在你的收音机上。


最终入围者

平稳音色降噪技术公司Gekko平板扬声器创新者:迈克尔·帕雷拉

迈克尔·帕雷拉的“尤里卡”时刻发生在房间大小的电力变压器突然播放披头士乐队的歌曲时。帕雷拉,康涅狄格州斯坦福德降噪技术公司总裁,受一家电力公司的聘请,处理其变压器震耳欲聋的嗡嗡声,这些变压器控制着输电线路的电力。一个变压器的金属壁上安装了几十个由压电陶瓷制成的小型平板换能器——当施加电信号时,它会振动。这些换能器旨在通过振动来消除变压器的噪音,但帕雷拉在变压器关闭时,兴致勃勃地决定通过换能器输入一些调频广播,看看会发生什么。“突然间,我们听到了音乐,”他回忆道。“音质不太好,但也不坏。”

帕雷拉着手用压电材料创造一种全新的高性能扬声器。首先,他重新设计了换能器,使其能在构成可闻声音的整个频率范围内高效振动,而不仅仅是变压器嗡嗡声中的频率。他还用一种塑料来扮演变压器钢壁的角色,响应换能器振动并发出声音。

1997年1月,帕雷拉推出了他的Gekko平板扬声器。虽然大多数传统扬声器都有一个“最佳听音点”,即房间中两个立体声扬声器声音平衡的小区域,但Gekko扬声器向所有方向均匀发声,因此最佳听音点占据了房间的大部分——帕雷拉称之为“最佳听音空间”。此外,扬声器只有两英寸厚,这意味着你可以将它们挂在墙上。它们的价格从149美元到499美元不等,具体取决于尺寸。


现场音效 True Dimensional Sound公司的谐波增强技术 创新者:阿图罗·加西亚

许多音响发烧友为了让他们的录音听起来像现场表演一样,在家用立体声设备上花费巨资。但每位录音工程师都知道这是一个不可能实现的目标。无论录音设备多么精确,复制多么完美,在录音棚里听起来很棒的声音,在客厅里可能会大打折扣。

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几年前,阿图罗·加西亚查阅了1930年代关于人们感知声音方式的一些研究。研究表明,人类不仅倾向于以牺牲其他频率为代价来增强某些频率,而且他们这样做的方式因许多因素而异,例如音乐的响度或声音如何与他们听音的房间相互作用。“人脑以不同的方式感知每个声学环境,”他说。“这就是为什么如果某样东西在一个地方录制并在另一个地方播放,听起来会不一样。”

加西亚随即设计了一套电子电路,按照早期研究的建议,修改了立体声发出的声音。经过多年的修修补补,他最终得到一个简单的线圈电路,很像一个变压器,当连接到立体声系统时,它能突出音乐的细节,并使其听起来更“近”,加西亚称之为“包围效应”。

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1997年4月,他与佛罗里达州科勒尔盖布尔斯True Dimensional Sound的同事开始销售这些盒子,起价195美元(高质量的音响发烧友版本售价1,200美元)。该技术不仅限于这些立体声附件——它还可以用于剧院、点唱机和计算机,并且可以集成到录音中。迄今为止,该技术已用于几部电影音轨。加西亚现在正在与制造商谈判,将该电路直接内置到扬声器中。


超音速喷气机的消音器 加州大学欧文分校的虚拟罩 创新者:迪米特里·帕帕莫绍

每当超音速协和式飞机从纽约约翰·F·肯尼迪国际机场起飞前往伦敦或巴黎时,它都会伴随着一阵巨大的噪音告别,尽管飞机本身尚未超过音速。迪米特里·帕帕莫绍解释说,这种巨响的来源是喷气机的超音速排气。当炽热的气体离开发动机并撞击周围空气时,它们会产生湍流涡流,其速度可达音速的两倍。帕帕莫绍说,这些涡流就像一股马赫2的子弹流,每个子弹在从发动机扭曲并返回时都会产生冲击波——以及音爆。“这些冲击波是此类排气最强的噪音来源,”他说。

由于这种音爆,超音速飞机仅限于少数几个机场;这种噪音也威胁到美国国家航空航天局(NASA)高速民用运输机的潜在用途。因此,五年前,加州大学欧文分校的航空航天工程师帕帕莫绍着手在不损害喷气发动机效率的情况下,降低超音速排气的噪音。1997年1月,他获得了一项发明专利,该发明正是做到了这一点——他称之为“虚拟罩”。

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帕帕莫绍通过用一股速度较慢的空气包围超音速废气来缓冲它。尽管废气产生的涡流相对于周围空气是超音速的,但相对于缓冲区域内的空气,它们是亚音速的。因此,它们的噪音更小——根据实验室测试,减少了90%。“我们确实必须确保额外的气流不会产生自己的冲击波,”帕帕莫绍说。目前,他正试图减少罩使用的额外燃料量,并进一步消除废气噪音。他还与美国国家航空航天局合作,为下一代超音速飞机设计更安静的发动机。

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