VisualAudio

Το VisualAudio είναι ένα πρόγραμμα που ανακτά ήχο από την εικόνα ενός δίσκου φωνογράφου. Προέκυψε από μια συνεργασία μεταξύ του Ελβετικού Εθνικού Αρχείου Ήχου και της Σχολής Μηχανικών και Αρχιτεκτονικής του Φρίμπουργκ.

Εισαγωγή 

Οι δίσκοι ήταν το μοναδικό μέσο διατήρησης του ήχου πριν από την εισαγωγή των μαγνητικών ταινιών. Μέχρι την έλευση του βινυλίου τη δεκαετία του 1950, οι δίσκοι ήταν κατασκευασμένοι από οστρακιά ή κερί. Η οργανική σύνθεση αυτών των υλικών τους επέτρεπε να αποικοδομούνται με την πάροδο του χρόνου και τους καθιστούσε επίσης επιρρεπείς σε προσβολές από μύκητες.

Ως αποτέλεσμα, πολλοί δίσκοι, συμπεριλαμβανομένων μοναδικών πρωτότυπων ραδιοφωνικών παραγωγών, βρίσκονται σε κατάσταση φθοράς που αποκλείει την αναπαραγωγή με παραδοσιακά μηχανικά μέσα, εξ ου και το ενδιαφέρον για μια προσέγγιση χωρίς επαφή.

Ιστορία 

Η ιδέα αυτής της ανάκτησης του ήχου των παλαιών δίσκων μέσω οπτικής σάρωσης ξεκίνησε το καλοκαίρι του 1999 στο Λουγκάνο, μεταξύ του τεχνικού διευθυντή του Ελβετικού Εθνικού Αρχείου Ήχου (Fonoteca Nazionale) Stefano S. Cavaglieri (δημιουργός και κάτοχος της πνευματικής ιδιοκτησίας, εμπνευστής του έργου), του πρώην διευθυντή της M & C Management and Communications SA Pierre Hemmer (συνδημιουργός του έργου) και του διευθυντή του Ελβετικού Εθνικού Αρχείου Ήχου Pio Pellizzari (συνδημιουργός του έργου).

Η σχολή μηχανικής και αρχιτεκτονικής του Φράιμπουργκ (Hochschule für Technik und Architektur Freiburg) ήταν ο κύριος εταίρος, αρχικά μελετώντας τη σκοπιμότητά του και στη συνέχεια ξεκινώντας ένα έργο που εξελίχθηκε επί χρόνια.

Αρχή 

Κατά την κανονική αναπαραγωγή ενός δίσκου φωνογράφου, ο ήχος λαμβάνεται από μια γραφίδα που ακολουθεί το αυλάκι. Η ακτινική μετατόπιση του αυλακιού είναι παρατηρήσιμη μέσω μικροσκοπίου, πράγμα που σημαίνει ότι η ηχητική πληροφορία είναι ορατή.

Εάν ληφθεί μια αναλογική εικόνα υψηλής ανάλυσης από κάθε πλευρά του δίσκου και οι πληροφορίες στο φιλμ ψηφιοποιηθούν στη συνέχεια με τη χρήση κυκλικού σαρωτή, διάφοροι αλγόριθμοι μπορούν να επεξεργαστούν την εικόνα προκειμένου να εξαχθεί και να ανακατασκευαστεί ο ήχος.

Μέθοδος

Φωτογραφία 

Κεντρικό μέρος της διαδικασίας είναι η φωτογράφηση. Πραγματοποιείται στην αρχή της διαδικασίας σε έναν κατάλληλα καθαρισμένο δίσκο, προκειμένου να αρχειοθετηθεί ως φιλμ.

Το φωτογραφικό φιλμ έχει υψηλή ανάλυση 600 γραμμών ανά χιλιοστό. Η ανάλυση αυτή είναι επαρκής για την ακριβή παρακολούθηση της μετατόπισης του αυλακιού.

Διαδικασία σάρωσης 

Μόλις το περιεχόμενο του δίσκου αποθηκευτεί σε φωτογραφικό φιλμ, το επόμενο βήμα είναι η ανάκτηση του αρχικού ήχου. Το Πανεπιστήμιο Εφαρμοσμένων Επιστημών του Fribourg κατασκεύασε ένα πρωτότυπο σαρωτή για να το κάνει αυτό.

Η τρέχουσα [πότε;] έκδοση του σαρωτή αποτελείται από μια γυάλινη περιστρεφόμενη πλάκα, πάνω στην οποία τοποθετείται το φιλμ. Η ψηφιοποίηση της εικόνας γίνεται από μια γραμμική κάμερα CCD πλάτους 2048 pixel, η οποία λαμβάνει εικόνες σε τακτά χρονικά διαστήματα, με συχνότητες που κυμαίνονται από 25.000 έως 200.000 γραμμές ανά περιστροφή. Ο συνδυασμός της κάμερας με το περιστρεφόμενο φιλμ παρέχει μια περιστροφική σάρωση του αρχείου με τη μορφή ορθογώνιας εικόνας ενός δακτυλίου. Μια δεύτερη ακτινική κίνηση παρέχει τον επόμενο δακτύλιο.

Επεξεργασία εικόνας 

Αφού ψηφιοποιηθούν, οι εικόνες υποβάλλονται σε επεξεργασία για την ανάλυση και τον προσδιορισμό των θέσεων και της μετατόπισης του αυλακιού. Το πρώτο βήμα είναι η διόρθωση των ατελειών των εικόνων που έχουν ληφθεί. Πολλές διαταραχές μπορεί να προέρχονται από διάφορα στάδια της διαδικασίας λήψης: από τον ίδιο τον δίσκο (ρωγμές, γρατσουνιές, σκόνη), τη φωτογράφηση (κόκκοι φιλμ) ή τη σάρωση (σκόνη, οπτικά, αισθητήρες CCD).

Στη συνέχεια, η θέση του αυλακιού εκτιμάται με τη χρήση αλγορίθμων ανίχνευσης ακμών. Μόλις εντοπιστούν οι ακμές, πραγματοποιούνται διορθώσεις που απαιτούν πιο σύνθετη γνώση της δομής της εικόνας. Μερικά παραδείγματα διορθώσεων:

 Παρεμβολή εάν το αυλάκι έχει διακοπεί

 Εάν μια άκρη του αυλακιού έχει υποστεί ζημιά, οι πληροφορίες που παρέχονται από την άλλη πλευρά του αυλακιού είναι χρήσιμες

Εξαγωγή ήχου 

Το τελικό βήμα είναι η μετατροπή της μετατόπισης του αυλακιού σε ακουστικό σήμα. Το σήμα αυτό υποβάλλεται σε επεξεργασία με ζωνοπερατά φίλτρα προκειμένου να ληφθεί μόνο το εύρος ζώνης της αρχικής ηχογράφησης. Εφαρμόζονται ορισμένες εξισώσεις συχνότητας (για παράδειγμα RIAA).

Το έργο αυτό αποσκοπεί στην ανάκτηση και αρχειοθέτηση του ήχου όσο το δυνατόν πιο κοντά στον αρχικό. Από προεπιλογή, δεν εφαρμόζεται αποκατάσταση ήχου.

Σπασμένοι δίσκοι 

Ο απώτερος στόχος αυτού του έργου είναι η ανάκτηση ήχου από έναν αλλιώς για πάντα χαμένο δίσκο.

Πολλοί δίσκοι από τη δεκαετία του 1940 είναι ραγισμένοι και σίγουρα μη αναπαραγώγιμοι. Το αποτέλεσμα είναι ένα ενδιαφέρον παζλ. Καθώς οι ρωγμές οφείλονται στη συρρίκνωση της λάκας, δεν υπάρχει απώλεια υλικού στις περισσότερες περιπτώσεις. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, τον Νοέμβριο του 2006, το Ελβετικό Εθνικό Αρχείο Ήχου ξεκίνησε ένα έργο που χρηματοδοτήθηκε από το Ίδρυμα Gebert Rüf. Τα μέχρι στιγμής αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί βασικά χαρακτηριστικά σήματος για να καθορίσει αν δύο τμήματα αυλακιού είναι συνεχόμενα ή όχι.

Το έργο βρίσκεται ακόμη [πότε;] σε φάση δοκιμαστικής επικύρωσης, αλλά κάποιοι ήχοι είναι ήδη διαθέσιμοι.

Ποιότητα συστήματος 

Η επίτευξη της ίδιας ποιότητας τόσο καλής όσο ένας αρχικός δίσκος που αναπαράγεται σε ένα σύγχρονο πικάπ είναι μάλλον μη ρεαλιστική. Αρχικά γύρω στα 20 dB στο πρώιμο πρωτότυπο, ο λόγος σήματος προς θόρυβο του σύγχρονου συστήματος βρίσκεται γύρω στα 19 dB για έναν καλό δίσκο 78 στροφών ανά λεπτό.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα 

Με το ενδιάμεσο φωτογραφικό στάδιο, η λύση αυτή επιλύει αρκετές σημαντικές προκλήσεις που συναντώνται στα συστήματα αρχειοθέτησης.

 Ταχύτητα της διαδικασίας αρχειοθέτησης, λόγω του σχετικά σύντομου χρόνου για τη φωτογράφηση.

 Η αποθήκευση της πληροφορίας γίνεται σε αναλογικό φιλμ, ώστε να μην εξαρτάται από μια τεχνολογία που μπορεί να ξεπεραστεί γρήγορα και η δέσμευση και αποθήκευση της κατάστασης του αρχείου σε νέα μορφή επιτρέπει την ανάκτηση της πληροφορίας αργότερα με τη χρήση νέων τεχνολογιών.

 Η περιοδική μεταφορά σε νέα μέσα αποθήκευσης δεδομένων αποφεύγεται επειδή το φωτογραφικό φιλμ έχει διάρκεια ζωής αρκετών εκατοντάδων ετών.

 Η δυνατότητα χρήσης του συστήματος για κατακόρυφα κομμένα αρχεία.

Μειονεκτήματα του συστήματος:

 Δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κέρινους κυλίνδρους

 Ορισμένες ανωμαλίες, όπως οι στρογγυλεμένοι ή διογκωμένοι δίσκοι, οι οποίες δεν επηρεάζουν την αναπαραγωγή σε ένα παραδοσιακό πικάπ, μπορούν να επηρεάσουν τον ήχο του VisualAudio.

Ανακτημένα αρχεία 

Μεταξύ των μοναδικών αρχείων ήχου που ανακτήθηκαν με τέτοιες τεχνικές, η ομιλία του Ιταλού πολιτικού και ποιητή Aldo Spallicci.

Βιβλιογραφία 
 Fadeyev, Vitaliy, and Carl Haber. "Reconstruction of mechanically recorded sound by image processing." Journal of the Audio Engineering Society 51.12 (2003): 1172-1185.
 McCann, M., P. Calamia, and N. Ailon. "Audio Extraction from Optical Scans of Records." (2004).
 Tian, Baozhong, and John L. Barron. "Reproduction of sound signal from gramophone records using 3d scene reconstruction." Irish Machine Vision and Image Processing Conference. 2006.
 Stotzer, Sylvain. Phonographic record sound extraction by image processing. Diss. Université de Fribourg, 2006.
 Cornell, Earl W., et al. "Using optical metrology to reconstruct sound recordings." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 579.2 (2007): 901-904.
 Li, Beinan, Simon de Leon, and Ichiro Fujinaga. "Alternative Digitization Approach for Stereo Phonograph Records Using Optical Audio Reconstruction." ISMIR. 2007.
 Boltryk, P. J., et al. "Noncontact surface metrology for preservation and sound recovery from mechanical sound recordings." Journal of the Audio Engineering Society 56.7/8 (2008): 545-559.
 Aleksandrović, Vesna. "Analog/digital sound. National Library of Serbia digital collection of 78 rpm gramophone records." Review of National Center for Digitization 12 (2008): 37-42.
 Li, Beinan, Jordan BL Smith, and Ichiro Fujinaga. "Optical Audio Reconstruction for Stereo Phonograph Records Using White Light Interferometry." ISMIR. 2009.
 Tian, Baozhong, Samuel Sambasivam, and John Barron. "Practical digital playback of gramophone records using flat-bed scanner images." Audio Engineering Society Convention 131. Audio Engineering Society, 2011.
 Tian, Baozhong, and John L. Barron. "Using computer vision technology to play gramophone records." Journal of the Audio Engineering Society 59.7/8 (2011): 514-538.
 Janukiewicz, Kristofer. "A Laser Triangulation Approach for Optical Audio Reconstruction of Phonograph Records." (2016).
 Chenot, Jean-Hugues, Louis Laborelli, and Jean-Etienne Noiré. "Saphir: Digitizing broken and cracked or delaminated lacquer 78 rpm records using a desktop optical scanner."
 Chenot, Jean-Hugues, Louis Laborelli, and Jean-Étienne Noiré. "Saphir: optical playback of damaged and delaminated analogue audio disc records." Journal on Computing and Cultural Heritage 11.3 (2018): 14-1.
 Hawkins, Julia, and Bryce Roe. "IRENE audio preservation at the Northeast Document Conservation Center: Developing workflows and standards for preservation projects that use innovative technology." Journal of Digital Media Management 9.3 (2021): 262-278.
 Chenot, Jean-Hugues, and Jean-Etienne Noiré. "Challenges in Optical Recovery of Otherwise Unplayable Analogue Audio Disc Records." Audio Engineering Society Conference: AES 2023 International Conference on Audio Archiving, Preservation & Restoration. Audio Engineering Society, 2023.
 Using Optical Metrology to Restore Sound Recordings
 Using Physics to Restore Early Sound Recordings
 Reconstruct Sound Recordings

Πηγές

Τα βραβεία
 Πικάπ λέιζερ
 IRENE

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

 
 

Συσκευές αναπαραγωγής ήχου
Μουσική τεχνολογία