如何傾聽(tīng)一張老唱片中的聲音？你可能會(huì)說(shuō)，只要找到一臺(tái)留聲機(jī)，把它播放出來(lái)就好了嘛。但實(shí)際情況卻沒(méi)有這么簡(jiǎn)單。現(xiàn)在，很多老唱片都面臨著保存不善、折斷破損的危機(jī)，如果這些記錄載體損毀，其中的音頻資料也將隨之失傳。

而出手拯救這些老唱片的，則是兩位在LHC（大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)）工作的粒子物理學(xué)家。通過(guò)顯微鏡和計(jì)算機(jī)，他們讓破損的老唱片也得以重獲新生。

無(wú)法播放的記錄

在照相機(jī)出現(xiàn)之前，藝術(shù)家們利用繪畫(huà)和雕刻也可以較為精細(xì)地還原自己所看見(jiàn)的場(chǎng)景，而相比之下，記錄和還原聲音則要面臨更多技術(shù)挑戰(zhàn)。

1860年，法國(guó)人斯科特（édouard-Léon Scott de Martinville）*次成功地將聲音用現(xiàn)代方法記錄了下來(lái)。他根據(jù)人耳的構(gòu)造設(shè)計(jì)出了一架聲波記錄儀，其三個(gè)主要結(jié)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)耳道、耳膜和聽(tīng)小骨。聲音是機(jī)械振動(dòng)，聲波傳送到儀器中，然后連接在一個(gè)膜上面的鬃毛類(lèi)部件（與聽(tīng)小骨對(duì)應(yīng)）就可以把振動(dòng)記錄在涂有燈黑（炭黑）的紙張或者玻璃上。

通過(guò)這樣的方式，斯科特得到了下圖中的聲波曲線記錄圖。這種記錄圖中確實(shí)包含著聲音的信息，但它卻無(wú)法被還原播放。

斯科特在紙上記錄的聲音。聲波信息就在其中，但我們卻無(wú)法聽(tīng)到

在此之后，留聲機(jī)的出現(xiàn)解決了還原聲音記錄的問(wèn)題。愛(ài)迪生發(fā)明了圓筒式留聲機(jī)，在蠟制成的圓筒中雕刻上深淺不一的“音軌"，播放時(shí)唱針在音軌的引導(dǎo)下運(yùn)動(dòng)，將振動(dòng)信號(hào)還原。在那之后，蠟筒又被唱片所取代，越來(lái)越多的聲音信息被記錄在了其中。

這些蠟筒和老唱片中記錄著很多珍貴的音頻資料，但即使有留聲機(jī)的幫助，在很多時(shí)候我們依然無(wú)法自由地播放和傾聽(tīng)它們。這些老式的記錄載體并不耐久，用唱針播放的過(guò)程不可避免地會(huì)帶來(lái)磨損；一些蠟筒和唱片甚至已經(jīng)折斷，*無(wú)法播放了。

我們只能遺憾地與這些無(wú)法播放的聲音資料告別了嗎？不，其實(shí)還有別的解決方法。

“看到"聲音的物理學(xué)家

參與解讀老唱片工作的兩位物理學(xué)家分別是卡爾?哈伯（Carl Haber） 和維塔利?法捷耶夫（Vitaliy Fadeyev ）。在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)實(shí)驗(yàn)中，對(duì)很多部件的精度要求是非常高的，例如有些探測(cè)器能夠區(qū)分的位置精度達(dá)到人的頭發(fā)絲粗細(xì)這樣的量級(jí)。所以，他們經(jīng)常需要在光學(xué)顯微鏡下，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)算法控制特殊的機(jī)器來(lái)組裝儀器。這樣的機(jī)器可以在組裝時(shí)達(dá)到微米量級(jí)的精度。

在一次開(kāi)車(chē)時(shí)，哈伯恰好從廣播中聽(tīng)到了一段對(duì)鼓手米奇?哈特（Mickey Hart）的采訪。采訪中哈特提到，有大量記錄在唱片中的音頻老資料現(xiàn)在并沒(méi)有得到足夠好的保護(hù)。靈光一閃，哈伯意識(shí)到他們?cè)贚HC所用到的技術(shù)也是幫助這些老舊的音頻資料重獲生機(jī)。

這些記錄聲音的老文物可能已經(jīng)斷裂磨損無(wú)法播放，或者像斯科特留下的聲波圖那樣，根本沒(méi)有對(duì)應(yīng)的播放器可用。但是聲波振動(dòng)的信息依然保留在那些音軌當(dāng)中。如果我們可以清晰地拍下這些音軌的形態(tài)，然后使用圖像處理的方法將照片上的信息提取出來(lái)，再用程序來(lái)模擬播放機(jī)的功能，這些圖像就可以重新被轉(zhuǎn)換成聲音文件。

左圖：膠片是通過(guò)音軌的左右擺動(dòng)來(lái)記錄聲音信息的；中圖：唱針在膠片上移動(dòng)，會(huì)左右振動(dòng)，再經(jīng)過(guò)處理就可以把聲音還原；右圖：膠片在顯微鏡下的照片（經(jīng)過(guò)處理）

而對(duì)于蠟筒這樣通過(guò)不同深度刻痕記錄聲音的設(shè)備，也可以利用在科研領(lǐng)域廣泛使用的共聚焦掃描顯微鏡得到刻痕的3D結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)而還原聲音數(shù)據(jù)。而這些設(shè)備和技術(shù)條件，正好都是兩位物理學(xué)家所具備的。

左圖：蠟制圓筒實(shí)物，它通過(guò)雕刻不同深淺的音軌來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音記錄。右圖為蠟制圓筒的3D掃描

這種光學(xué)的讀取方法并不會(huì)造成磨損，即使是破損的記錄材料（例如斷裂的膠片）也不會(huì)阻礙聲音還原，這對(duì)于音頻資料保護(hù)來(lái)說(shuō)是非常好的消息。于是哈伯和法捷耶夫等人就成立了 IRENE 項(xiàng)目，致力于還原了早期的音頻記錄。

用來(lái)掃描膠片的儀器。膠片上面是光學(xué)顯微鏡的鏡頭，通過(guò)膠片的轉(zhuǎn)動(dòng)可以把整個(gè)膠片的音軌信息都掃描出來(lái)。

那些老聲音，聽(tīng)起來(lái)是什么樣？

至今，IRENE項(xiàng)目已經(jīng)有了不少成果，很多早期的聲音記錄，包括上面提到的那張記錄聲波的紙都已經(jīng)被他們還原出來(lái)。

起初，這樣還原出來(lái)的聲音是非常嘈雜的，甚至無(wú)法分辨錄音中的人在說(shuō)什么內(nèi)容。而經(jīng)過(guò)掃描技術(shù)和算法的改進(jìn)，我們至少已經(jīng)可以分辨出錄音的內(nèi)容了。現(xiàn)在，這項(xiàng)“只看不摸"的讀取技術(shù)，正在幫助很多圖書(shū)館的工作人員將一些珍貴的聲音記錄數(shù)字化。在科學(xué)家的努力之下，將來(lái)還會(huì)有更多昔日的聲音和故事重新在我們耳邊響起。