之父勃兰登堡，工匠中的幸运儿

工匠是美国科技界的一个关键特征，但是如今世界的其他地方也在发生着工匠行为。在接下来的三个例子中，我将探讨工匠领域的一些最新发展，包括两位欧洲的工匠和一位芝加哥的建筑师。在他们身上我发现了美国当前的工匠所缺乏的一些东西。

在曼哈顿贾维茨会展中心，一个衣着凌乱、教授模样的人，穿着灰色的外套，系着条纹领带，正在演讲。这是第131届音频工程协会（Audio Engineering Society，简称AES）大会现场，会议的主题演讲好像并没有引起大家的兴趣。

这位留着小胡子、戴着金丝框眼镜的演讲者就是卡尔海因茨·勃兰登堡（Karlheinz Brandenburg），著名的MP3之父。MP3，全称为MPEG-1 Laye3。MP3是最常见的音频压缩格式，它可以通过网络便捷、快速地传输。如果没有MP3，就没有数字音乐，没有Napster、iPod，音乐产业也会继续在旧的商业模式下销售音乐CD。通过促进音乐的数字化，MP3格式使得通过云系统或者无线网络传输信息成为可能。

大约十多年前，这个概念听起来还是让人难以相信，并被认为没什么发展前景。现在，MP3已经变得非常普及，甚至有点过时了。这应该可以解释为什么卡尔海因茨·勃兰登堡的演讲没能在AES会议上引起大家的注意。对于这些科学家来说，纽约聚集了大量的音频工程师和声学家，MP3已经成为了普通常用的语言，新的改革到来了。

虽然一些美国工程师，包括美国电话电报公司贝尔实验室的詹姆斯·约翰斯顿（James Johnston），在MP3格式的发展中发挥了作用，但是卡尔海因茨·勃兰登堡完成最终的编码器才是艰苦的工匠行为，这种工匠行为在如今的美国可能不会发生。这不是因为德国是孕育人类知识的温床，而是因为一个正确的人在正确的时间获得了正确的工具。除此之外，这要感谢那些投资者，以及不得不提的“运气”的成分。但是能在运气中把握住机会，这是需要进行规划的。

MP3的故事同时融合了运气、技术和机会。这就是一个工匠天堂的故事。

卡尔海因茨·勃兰登堡于1954年出生于德国埃尔朗根，他是家里3个孩子中的老大，也是唯一的儿子。在很小的时候，他就是一个典型的工匠：他喜欢音乐，获得了一张业余无线电操作员证，这使得他可以通过广播与他人沟通，并很快开始制作自己的音频放大器。高二时，他开始经营自己的业务，向同学销售音频放大器。

勃兰登堡小时候一直是童子军的成员，并且对团体活动，尤其是那些需要动手制作的活动流露出浓厚的兴趣。

他的爱好逐渐从音乐拓展至乐器：他学习了笛子、小提琴、钢琴的正式课程。后来，他开始自学吉他。在发现他对于熟悉的乐器没有任何过人的天赋之后，他开始转变为一个认真的倾听者。

当这位新生的工匠—企业家—音乐家进入德国埃尔朗根–纽伦堡大学（University of Erlangen–Nuremberg）的时候，他已经逐渐成为一名实用主义者，并参加了学校的工程计划。一年之后，他发现自己对数字很感兴趣，便参加了学校的蒙氏数学课程。1980年他获得电气工程学士学位，1982年获得数学硕士学位。但是，勃兰登堡很快发现纯粹的理论数学需要很强的专注性和奉献精神，而这是他无法保证的，于是在选择博士专业时，他重新选择了电气工程专业。

1982年，勃兰登堡的博士导师迪特尔·塞茨（Dieter Seitzer）教授让他接管了一个项目：通过电话线来传输高保真音乐。塞茨教授关注的并不是音乐，而是提升电话的声音保真度——以前的电话只用了人耳1/4的声谱。这个目标对于勃兰登堡来说没有什么吸引力，但是他对于另一个问题很感兴趣：可听声信号中有多少是可以去除而不让耳朵听出失真的。当勃兰登堡完成了教授交给的任务时，塞茨教授震惊了。

弗劳恩霍夫研究所（Frounhofer Society，一个全国范围型的德国研究机构，由政府或政府企业间的合作资助）为了将德国打造成微电子系统的前沿阵地，决定于1985年在埃尔朗根建立弗劳恩霍夫集成电路研究所，并任命塞茨为研究所的第一任领导者。这样一来，勃兰登堡突然拥有了很多的技术资源和业务，包括先进的信号处理设备以及帮助开发产品的任务。

在接下的四年中，他实验了不同的方法来通过清除声谱中确定的部分来压缩声音。为了实现这个目标，他需要知道除去哪些部分对聆听效果没有影响。比特率越高，或者每秒播放的千比特数越高，音频的质量越高。在一般情况下，音乐文件压缩的问题在于实现文件大小（降低比特率会缩小文件）和保真度（这要提升比特率，导致文件变大）之间的平衡。勃兰登堡的创新之处在于实现了更小的文件和更高的音频质量并存的目标。

“标准的方法是使用比特分配算法，”勃兰登堡说道。比特分配算法是将大量的音频输入转换为一组压缩信号的公式，并去除一些确定频率的音频以压缩文件。“但是，我创造了一个更加灵活的系统。”它融入了很多演讲和音乐音频的知识，提供了一个压缩这些音频且保证质量的更加全面的样品。

勃兰登堡使用了语音感知的“合成式分析法”，这使得他可以专注于了解人类耳朵是如何听音乐的。他使用民歌手苏珊·薇格（Suzanne Vega）唱片中的歌曲《Tom’s Diner》来精确地调整频率，以发现那些可以被剔除而又不影响音质的频率。他说：“我选择Tom’s Diner，是因为这首歌开始部分是人声合奏，然后又加入了非常有节奏的旋律。”这样就很容易发现某个单纯的声音的音质变差。）他还适当地使用了滤波器组（这可以提取和放大音频信号中重要的部分）以及其他高科技设备来制作他的压缩音乐。

尽管他成功完成了塞茨给他的第一个任务，尝试为他的音频压缩工作获取专利的行为还是遭到了大家的质疑。专利审查员很明白地告诉勃兰登堡“没有每秒达到128千比特的高保真音乐”。MP3文件正常的转化速度下的失真会使任何音频都听不到。

勃兰登堡承认，MP3作为一个优秀的项目让他非常骄傲，但是他对于MP3作为市场化的音乐格式的前景表示担忧。

1983年，唱片行业引入了激光唱片，这是一种数字化的唱片，可以多次播放而不损害音频的质量。CD的保真度达到了MP3文件的10倍，为1 400千比特每秒（MP3文件仅为128千比特每秒），每张CD的直径为120毫米。CD的出现似乎降低了对于便携式音乐格式（如MP3）的需求。

唱片公司非常兴奋地发现可以提升一个“重病缠身”的行业的收入，用CD取代黑胶唱片。这也可以理解，因为他们对于音频质量低的格式没有很大兴趣。

事实上，直到1989年，在勃兰登堡完成MP3工作之后的6年，才开始有迹象表明他的成果有使用价值和商业化市场。那时，勃兰登堡已经结束了他在博士阶段的最后工作。

同一年，德国资助数字音频广播项目（Digital Audio Broadcast Project）尤里卡147开发一种可以拥有无线电广播的数字化标准，这最终成为了慕尼黑广播技术研究所和埃尔朗根弗劳恩霍夫研究所之间的竞争。经历了1989—1991年的竞争之后，MP3成为了文件大小和音频质量之间最佳的平衡方式，尽管MP1和MP2都还有它们自己的市场。

在那个时候，勃兰登堡已经开始了在新泽西贝尔实验室为期一年的工作，这个实验室是美国研究先进音频压缩技术的实验室。他以交换博士后的身份访问了贝尔实验室，看到了研究活动是如何操作业务的。勃兰登堡在新泽西致力于同詹姆斯·约翰斯顿（James D. Johnston），一位杰出的美国音频工程师）一起微调MP3编码器。他对于在贝尔实验室所看到的一切印象深刻。“这就像一所有着著名教授的大学，”他说，“但是没有学生。”更令人惊讶的是，尽管这是一个企业，他发现这里进行的研究比弗劳恩霍夫的研究还要脱离市场。

勃兰登堡对于聚集在贝尔实验室的世界著名专家的数量表示吃惊。如果他有关于任何音频研究方面的问题，都可以在实验室与这些细节技术的发明人进行交谈。在这里从事研究的方法同在德国一样。

但是，还有一些实质性的差异，暗示了为什么德国走在MP3技术的前沿。勃兰登堡认为弗劳恩霍夫的组织结构允许12名员工从事MP3压缩项目的研究长达10多年。弗劳恩霍夫为工程师提供了极为稳定的组织框架、团体氛围，以及进行实验所需要的最新的研究设备。没有什么可以诱惑这些工程师去其他的地方就职，虽然弗劳恩霍夫提供的工资和其他的学术机构相近。“这是一群真正喜欢在一起工作的人。”勃兰登堡说。

还有一个关键的因素使弗劳恩霍夫区别于其美国同行。并不是德国人比美国人更不受利益驱动，而是德国的法律支持个体发明者的权利而不是公司的权利。在德国和美国，专利研究都是在企业赞助下完成的，专利归企业而不是发明者所有。但是，德国要求雇主将一部分专利的收益让发明者分享。总的算来，卡尔海因茨·勃兰登堡的名字与27个美国专利相关，这意味凭借对MP3技术的贡献，他可以获得很大一笔补偿。他说自己收取的专利使用费已经大大超过了他在弗劳恩霍夫的工资。“我完全可以不通过任何抵押贷款就为自己建一所漂亮的房子。”他说。他还用这些收入创建了名为Brandenburg Ventures的风险投资公司。

弗劳恩霍夫研究所的混合融资结构也为科学和创新的兴旺提供了独特的机会。共有60个弗劳恩霍夫研究所分布在德国各地，专注于一系列学科领域，包括分子生物学、计算机图形学等的研究。这些研究所都是通过相同的模式运行的：30%来自国家和联邦土地补助金，70%来自政府和行业的合作。

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这种模式的结果就是弗劳恩霍夫研究所提供了制度稳定性（这是其他公司文化很少能提供的），也为严谨的实验环境不断注入了商业化的创新驱动力。

勃兰登堡指出，在他建立MP3基本的参数和MP3于1994年正式成为音乐压缩格式之间隔了很长一段时间。在一个纯粹的公司环境中，这样的研究可能会在一段时间后被放弃。但是，耐心正是大部分弗劳恩霍夫研究所的内在美德，因为很多研究所都附属于附近的大学。

1993年，勃兰登堡被任命为埃尔朗根弗劳恩霍夫集成电路研究所音频和多媒体部门的领导者。2000年，他成为了伊尔梅瑙工业大学媒体技术研究所的教授。当2004年伊尔梅瑙的弗劳恩霍夫数字媒体技术研究所成立时，他被任命为第一任主管。