Идеи из стола: виртуальный винил

в 14:04, , рубрики: 3d-моделирование, diy или сделай сам, HiFi, виниловые пластинки, звук, Читальный зал

Идеи из стола: виртуальный винил - 1

Есть идеи, которые живут давно. Одна из этих идей оцифровка грампластинки посредством сканирования ее поверхности. Сканирование бывает разным, но упростим до 2D и 3D. В основном в интернете много сказано-написано про эксперименты по 2D сканированию пластинок.

Рассмотрим вариант объемного сканирования.

Суть идеи: 3D сканирование пластинки -> Обработка и сохранение 3D образа -> Создание виртуального проигрывателя с виртуальной 3D иглой -> далее многожильные провода к Hi-Fi технике.

Жду читателя под катом.

Цикл статей о том, что хотел когда-то сделать, но не сделал. В надежде на то, что может кому и пригодится или просто приятно будет провести время за чтением.

Немного истории и предметной области. Первое что приходит в голову при словосочетании оцифровка грампластинок это ансамбль технических устройств в составе проигрывателя винила и далее все зависит от вкуса и знаний конструктора, список аппаратуры по преобразованию аналогового сигнала и цифровой код широк (вариант преобразования аналоговый-в-аналоговый сигнал например запись на магнитную ленту мы пропустим). Упрощенно процесс оцифровки можно проиллюстрировать следующей фотографией:

Идеи из стола: виртуальный винил - 2

Вышеуказанный процесс преобразования аналогового сигнала в цифровую форму широко освещен со всех возможных сторон и оброс за время своего существования мифами и легендами, особенно касательно глубоко субъективных параметров, таких например как: "живой", "ламповый", "мягкий" звук.

Статья для примера: Как оцифровывать виниловые пластинки.

Даже просто отдельно взятый проигрыватель грампластинок, может породить жаркие споры, например о весе основания проигрывателя способного погасить микровибрации, о материале и форме иглы звукоснимателя, системах подвеса звукоснимателя, стабилизаторов пластинки, источников питания, толщины и материала проводов и способов их изготовления. Вспоминается документальный фильм о небольшой западной фирме специализирующийся на производстве исключительно станин для дорогих проигрывателей весом под 50кг. Небольшая статья о топовых проигрывателях.

Пример на фото весом под 175 кг.

Идеи из стола: виртуальный винил - 3

Небольшой слайд про устройство звукоснимателя проигрывателя:

Идеи из стола: виртуальный винил - 4

подробнее можно прочитать в статьях Википедии: грампластинка и звукосниматель.

Все это говорит нам, что тема воспроизведения "живого" звука актуальна на фоне ренессанса аналогового звучания, в том числе виниловых пластинок. Приятно вспомнить ощущение вынимаемой из чехла пластинки, осмотр ее под определенными углами на предмет обнаружения микроцарапин, потому что царапина могла конечно превратится в проблему воспроизведения музыкального произведения и далее сам процесс воспроизведения.

Коснемся самого простого варианта сканирования, 2D сканирование поверхности пластинки для получения снимка дорожек и дальнейшее воспроизведение на компьютере при помощи специально написанной для этого программы преобразующей изображение дорожек в звуковой сигнал.

Короткая статья на Хабре по этой теме: Извлечение звука из фотографий пластинок

Здесь возможен вариант сканирования и воспроизведения в реальном времени, когда сканируется небольшая площадь пластинки и сканер перемещается над вращающейся пластинкой подобно игле звукоснимателя повторяя траекторию звуковой дорожки, но без прямого контакта с пластинкой. На этом принципе работы существуют серийно выпускаемые проигрыватели.

Фотография лазерного проигрывателя, где сканирующим элементом является луч лазера, а воспроизведение происходит путем измерения отраженного луча от поверхностей дорожки пластинки.

Идеи из стола: виртуальный винил - 5

Тема самостоятельного создания подобного устройства неплохо освещена в следующей конференции, диалог идет в ней на протяжении восьми лет: Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок.

Материалов в части 3D сканирования пластинок в интернете заметно меньше. Есть интересная публикация про эксперимент по переводу звукового сигнала в 3D образ пластинки, дальнейшая распечатка его на 3D принтере и воспроизведение звука на обычном проигрывателе грампластинок. Статья называется Печать грампластинок на 3D-принтере.

Есть публикации о процессе восстановления звука из музейных экспонатов, в указанной статье "Sound Reproduction R & D Home Page" как раз описывается процесс работы как с 2D, так и с 3D сканированием. Причем сканируют по настоящему старые восковые валики и прочие носители звука, часто разрушенные или поломанные на части. Об истории носителей звука до наступления магнитофонных кассет следующий слайд:

Идеи из стола: виртуальный винил - 6

Мы уже в полушаге от идеи статьи, так сделаем его.

На сегодняшний день, объем обычных фотографий измеряется мегабайтами, телефоны имеют гигабайтные объемы памяти, облака с бесплатными терабайтами и прочие успехи производителей микроэлектроники. Цифровая память перестала быть узким местом многих технологий. Получается, что в настоящее время конечный пользователь не особо ограничен объемом требуемой памяти, поэтому с разрешения читателя опущу из статьи вычисления необходимых для оцифровки грампластинки объемов памяти.

Коротко о сути возможного эксперимента или бизнеса(кому как удобнее представлять):

Первый этап: Стерео-сканирование поверхности грампластинки с последующим восстановлением карты высот с шагом заведомо избыточным в части сохранения сигнала записанного на грампластинке. Методы сканирования могут различаться: наиболее доступное это стерео фотографирование под микроскопом, не в смысле что просто, а исключительно в силу труднодоступности сканирующих электронных микроскопов и других электронно-вакуумных устройств, возможен вариант применения моно-микро-сканирования с разных ракурсов участков пластинки и дальнейшем программным восстановлении формы поверхности. Так как это не руководство к действию, а больше к бездействию, то фантазии читателя здесь полный простор. Как вариант оптические сканеры компьютерной мыши, могут подойти на роль сканирующего элемента, но точно не буду утверждать, не зная оптическое разрешение-увеличение поверхности данных устройств.

Идеи из стола: виртуальный винил - 7

Второй этап: Обработка полученного стерео изображения в 3D формат, технология уже отработанная. Устраняются шумы и прочие артефакты сканирования. Так же на этом этапе возможно устранить микрочастицы пыли на поверхности пластинки программным способом. Раньше для этого требовались специальные знания: Полезные хитрости по уходу, хранению и чистке виниловых пластинок. Будем считать, что на выходе получаем полигональную модель поверхности пластинки, основанную на данных сканирования.
Пока мы имеем 3D модель с размером и количеством полигонов полученных из "сырых" данных, здесь так же простор для оптимизации формы и количества полигонов, возможно применить сплайны для более точной аппроксимации поверхности звуковой дорожки или другие математические методы.

Идеи из стола: виртуальный винил - 8

Третий этап. Математическое моделирование движение иглы проигрывателя по материалу грампластинки с учетом данных о сканированной поверхности звуковой дорожки. Степень проработки математического моделирования может быть любой, вплоть до полного игнорирования физических процессов вроде трения и нагревания иглы звукоснимателя, внутренних деформаций и напряжений в материале иглы и площади контакта иглы с поверхностью пластинки тд. Интуиция автора подсказывает, что даже "простое" повторение рельефа сканированной грампластинки может приводить к вполне приличному в части качества Hi-Fi звуку.

Идеи из стола: виртуальный винил - 9

Если уж автор произнес заветное Hi-F, то конечно уточню и безусловно соглашусь с тезисом, что в конце моделирования звука стоит цифро-аналоговый преобразователь(ЦАП), и он как раз все испортит в части "живого лампового" звука. Но ведь возможно распечатать пластинку на принтере из будущего с необходимой точность, а сейчас наверное возможно сделать резак по виниловым заготовкам, чтобы насладиться редким экземпляром пластинки присланной другом по переписке, например с другого континента, в виде 3D образа. Или прослушать через ЦАП компьютера. Понимаю, что существуют кодеки, предназначенные для сжатия аудиоданных без потерь (FLAC), но у нас тоже что-то похожее получается, но ближе к прямому копированию не звука, а его носителя.

Что дальше, спросит читатель. Хотелось бы нарисовать радужную картину шагающих по миру цифровых 3D копий грампластинок. Интернет площадки по обмену образами дисков, может даже с применением криптовалюты. Но в действительности надеюсь освежил воспоминания читателя о том времени, когда за грампластинками ходили в магазин, как за книгами, что сейчас тоже не так часто случается. А тем кто не застал это время, как раз время начать моделировать 3D пластинки, в будущей матрице они вполне станут ходовым товаром. Спасибо за время потраченное на чтение.

Автор: Geotyper

Источник

* - обязательные к заполнению поля