Идеи из стола: виртуальный винил


    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:



    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.



    Небольшой слайд про устройство звукоснимателя проигрывателя:



    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.



    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:



    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.



    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.



    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.



    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.

    Поделиться публикацией

    Комментарии 34

      +2
      Хорошая идея — всем нормальным людям FLAC, а ламповому меломану — 3D-скан пластинки, пусть слушает лампово, как привык. :)
      –1
      Это надо очень высокое разрешение сканирования.
      Вот у меня есть проигрыватель и пластинки. Хорошие пластинки имеют частотный диапазон 20кГц. Некоторые экземпляры выше.
      Посчитаем: средний диаметр пластинки в той ее части где дорожки 200мм. Длинна окружности 628мм. При скорости 33 об/мин 628 * ,55 = 345,4мм в сек. поделим на 20кгц и получим 0,017мм. Чтобы получить качество хотя бы сопоставимое с CD, надо уменьшить в 2 раза. т.е 0,008мм. Качество ЦД по нынешним меркам — отстой. Так что надо еще больше разрешение. НЕслабый сканер и объем данных получится.
        +1
        Я кажется знаю, кому подкинуть данную идею)
        Электронный микроскоп в гараже
          0
          тоже вспоминал эти посты
          0
          надо попробовать в байты перевести, а то вдруг десятка гигабайт хватит ) Сканеру достаточно пятно видеть на пластинке.
            0
            Объем данных только сырых большой, итоговые данные полигональной модели можно хранить, условно говоря, в векторном формате, да еще со сжатием без потерь.
              0

              А вы уверены, что 20 кГц получали на пластинках со скоростью в 33 об/мин? Лично у меня большие сомнения по этому поводу. И я помню, что около гожа назад читал какую-то статью о виниловых пластинках, как для них подготавливаются записи, и там упоминалось, что 16 кГц практически недостижимы. А ещё там говорилось, что самая засада на пластинках с низкими частотами, и приходится специально редактировать запись, чтобы из неё потом можно было извлечь максимальный диапазон частот и аплитуд, и при этом игла проигрывателя не выпрыгивала из дорожки.

                +1
                Снимал спектрограмму.
                У реальной музыки на таких частотах амплитуда не высокая, но сигнал есть и это не шум.
                На пластинках 45 об там все намного лучше. Некоторых хорошо так уходят в ультразвук :)
                Особенно если звукач эти частоты не зарезал.
                На моей вертушке стоит голова SHURE со свежей алмазной иглой.

                Да и не забывайте что для оцифровки 2х кратный запас по семплингу — это минимальный теоретический предел. О качестве тут и речи быть не может. Надо многократный запас.
                То есть разрешение в 0,002мм
                Так что да тут электронный микроскоп будет не лишним :)
                  0
                  Вот для разрешения 0,002мм и можно прикинуть объем данных.

                  Площадь дорожек большой пластинки — примерно 55 см. кв.
                  /(0.002*0.002) = 1.3816e10 вершин в скане (если тупо сканировать всю поверхность)

                  Высоту каждого пика сохраним в числе 4-байтовой точности.
                  *4 = 5.5264e10

                  Т.е. около 55 Gb.

                  Если отрезать те части, которых игла не касается (на вскидку 4/5), а к остальному применить сжатие без потерь — можно вполне добиться объема единиц гигабайт. А то и меньше.
                    0
                    Ну вот. А потом еще будут дикие проблемы с фокусировкой и трекингом.
                    Пластинка — очень кривая штука. На убитых экземплярах голова качается вверх-вниз на 2-3мм!
                    В общем, хорошую вертушку для оцифровки собрать будет в 100500 раз проще, чем такой сканер.
                      0
                      Зато после оцифровки этой «убитой» пластинкой можно пользоваться вечно.
                    0
                    Спектрограмму снимали на внешней части диска или на внутренней?
                0
                Вот на такой штуке можно сканировать: 3D optical microscope
                  0
                  вот мы ещё сканер высокого разрешения для магнитных лент, чтобы получив картинку намагниченности запустить такой образ в виртуальный считыватель, которого в железе может уже и не осталось — 1500py470.livejournal.com/376222.html
                    0
                    > вот мы ещё сканер

                    вот БЫ ещё сканер
                    0
                    Нужно сразу waw преобразовывать в 3D изображение пластинки, процесс сканирования вносит шумы.
                      0
                      там комок проблем, начиная с того где такой wav взять :)
                      для пластинок сведение специальное делают, если брать простой рип CD то игла будет выпрыгивать, либо не поместится запись на виниле, тк придется делать большее расстояние между дорожками.
                      ну и wav это уже не то, не теплый аналог, для пуристов не подойдет
                      0
                      Простите, я возможно чего то не понял, но по моему предлагается сделать то же самое что игла, только оптически. Преобразование: механическая форма дорожки -> ее цифровой отпечаток можно сделать как механически так и оптически, только оптически труднее. В чем профит?
                        +2
                        грампластинка как фотография, не всегда есть возможность вернуться на место и сфотографировать еще раз, так и здесь не всегда будет нужная пластинка под рукой. А так скачал образ. А идея как раз повторить мех процесс без потерь.
                          0
                          Можно оцифровать колебания иглы, будет то же самое.
                            +1
                            Иглы все разные, а тут можно будет физически смоделировть что угодно, от лазерного звукоснимателя до обычной ушатанной иглы, и виртуально регулировать количество пыли на пластинке. Как сейчас в Pianoteq можно одну и ту же мелодию сыграть на Ямахе или на Стейнвее.
                        0
                        Сканировать с высокой резолюцией довольно таки сложно, проще пустить луч лазера вместо иглы, т.к. он менее инертен чем игла, это улучшит звук. Затем можно оцифровать с малыми потерями аналоговый сигнал лазера и сохранить его.
                          0
                          Будет очень круто, но практически бессмысленно. Можно долго спорить о звучании винила по сравнению с цифрой, но есть один неоспоримый факт: очень большая часть удовольствия от «тёплого лампового винила» связана с тем, что винил — это процесс, а не результат. Винил — это вещь, которую можно подержать в руках, насладиться красивым оформлением конверта, пластинку нужно положить на диск проигрывателя, очистить от пыли и т.д. Субъективная ценность священнодействия при этом во много раз выше, чем ценность тычка пальцем в название трека в плейлисте.
                            0
                            Сам имел граммофон Вега-109, конечно интересно. Недавно купил дек Technics за 25 UER, чтоб малых научить кассетами пользоваться.
                              0
                              Ну а я довольствуюсь Арктуром-006 с недорогой головой Audio-Technica и мне всё нравится, а дети так и просто в восторге.
                              Если уж думать о получении точной цифровой 3D-модели пластинки, тогда нужно думать на шаг вперёд: о печати реальных пластинок с этой модели на 3D-принтерах будущего, которые позволят печатать с нужным разрешением. Вот это будет тема! Также можно будет сгенерировать модель пластинки по имеющейся аудиозаписи и «зарезать» свою пластинку с нужным набором треков.
                                0
                                Как говорил Атос...«Я буду участвовать в этом». Согласен с Вами. Вот потом бы скачать с инета 3Д файл. И напечатать себе пластинку с любимыми композициями!!!
                            0
                            а вот интересно, кстати, влияет ли на звук материал самих пластинок? а материал иголок?
                              0
                              Конечно влияет, вопрос, насколько существенно, и насколько хорошим должно быть все остальное, чтобы это стало заметным.
                              Лично я помню «школьные» гибкие резиновые пластинки, которые можно было практически в рулон скатывать, более древние динозавры помнят и музыку «на костях» — самопальные записи на рентгеновских снимках.
                                0
                                я помню гибкие пластинки из журнала «Кругозор» :)
                              0
                              Отличная идея!!! Последние года 3 стал «устойчивым» любителем ТЛЗ и винила. Скажем так. Идет сплошная «истерика» в плане поиска так называемых «первопрессов». И ведь хочется «первопресс» не потому что он первый и раритетный. Просто издания первые сводились звукорежиссерами «заточенными» под винил. И когда первая матрица потерялась, уже не понятно как и кем делалось переиздание альбома. Хорошо если новая матрица делалась по всем канонам винила а не бралась с мр3 и загонялась на пласт :)). А в предлагаемом методе появляется возможность получить 100% дубль ТОГО издания. Думаю если проект «допилить» до хотя бы работающего прототипа, его просто выкупят ))
                                0
                                вы что-то путаете. первопресс — это первые 1000-2000 пластинок с новой матрицы, когда матрица еще не износилась и качество максимально возможное. а сведение для пластинок и так особое, в любом случае
                                  0
                                  Я просто подразумеваю под «первопрессом» первый тираж.

                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                              Самое читаемое