Πικάπ λέιζερ

Το πικάπ λέιζερ (ή οπτικό πικάπ) είναι ένας φωνογράφος που αναπαράγει τυπικούς δίσκους LP (και άλλους δίσκους γραμμοφώνου) χρησιμοποιώντας ακτίνες λέιζερ ως μαγνήτη αντί για γραφίδα όπως στα συμβατικά πικάπ. Παρόλο που αυτά τα πικάπ χρησιμοποιούν πικάπ λέιζερ, όπως και οι συσκευές αναπαραγωγής Compact Disc, το σήμα παραμένει στην αναλογική σφαίρα και δεν ψηφιοποιείται ποτέ.

Ιστορία 
Ο William K. Heine παρουσίασε μια εργασία με τίτλο "A Laser Scanning Phonograph Record Player" στο 57ο συνέδριο της Audio Engineering Society (AES) τον Μάιο του 1977. Η εργασία περιγράφει λεπτομερώς μια μέθοδο που ανέπτυξε ο Heine, η οποία χρησιμοποιεί ένα μόνο λέιζερ ηλίου-νεονίου 2,2 mW για την παρακολούθηση ενός αυλακιού δίσκου και την αναπαραγωγή του στερεοφωνικού ήχου ενός φωνογράφου σε πραγματικό χρόνο. Σε εξέλιξη από το 1972, το λειτουργικό πρωτότυπο ονομάστηκε "LASERPHONE", και οι μέθοδοι που χρησιμοποιούσε για την αναπαραγωγή του απονεμήθηκαν με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας των ΗΠΑ 3,992,593 στις 16 Νοεμβρίου 1976. Ο Heine κατέληγε στο έγγραφό του ότι ήλπιζε ότι η εργασία του θα αύξανε το ενδιαφέρον για τη χρήση λέιζερ για την αναπαραγωγή φωνογραφημάτων.

Finial 
Τέσσερα χρόνια αργότερα, το 1981, ο Robert S. Reis, μεταπτυχιακός φοιτητής μηχανικός στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, έγραψε τη μεταπτυχιακή του διατριβή με θέμα "Ένα οπτικό πικάπ". Το 1983 μαζί με τον συνάδελφό του ηλεκτρολόγο μηχανικό του Στάνφορντ Robert E. Stoddard ίδρυσαν την Finial Technology για την ανάπτυξη και την εμπορία ενός πικάπ λέιζερ, συγκεντρώνοντας 7 εκατομμύρια δολάρια σε επιχειρηματικά κεφάλαια. Το 1984 ο ειδικός σε θέματα σερβοελέγχου Robert N. Stark εντάχθηκε στην προσπάθεια.

Μια μη λειτουργική μακέτα του προτεινόμενου πικάπ Finial παρουσιάστηκε στην έκθεση καταναλωτικών ηλεκτρονικών ειδών (CES) το 1984, προκαλώντας μεγάλο ενδιαφέρον και αρκετό μυστήριο, δεδομένου ότι οι πατέντες δεν είχαν ακόμη χορηγηθεί και οι λεπτομέρειες έπρεπε να κρατηθούν μυστικές. Το πρώτο λειτουργικό μοντέλο, το Finial LT-1 (Laser Turntable-1), ολοκληρώθηκε εγκαίρως για την έκθεση CES του 1986. Το πρωτότυπο αποκάλυψε ένα ενδιαφέρον ελάττωμα των πικάπ λέιζερ: είναι τόσο ακριβή που "παίζουν" κάθε σωματίδιο βρωμιάς και σκόνης στον δίσκο, αντί να τα παραμερίζει όπως θα έκανε μια συμβατική γραφίδα. Η μη-επαφής λήψη με λέιζερ έχει μεν τα πλεονεκτήματα της εξάλειψης της φθοράς του δίσκου, του θορύβου παρακολούθησης, του θορύβου του πικάπ και της ανατροφοδότησης από τα ηχεία, αλλά ο ήχος εξακολουθεί να είναι αυτός ενός πικάπ LP και όχι ενός Compact Disc. Η προβλεπόμενη τιμή πώλησης των 2.500 δολαρίων (που αργότερα αυξήθηκε στα 3.786 δολάρια το 1988) περιόρισε τη δυνητική αγορά σε επαγγελματίες (βιβλιοθήκες, ραδιοφωνικούς σταθμούς και αρχειοθέτες) και σε λίγους καλοπληρωμένους ακουόφιλους.

Το πικάπ Finial δεν τέθηκε ποτέ σε παραγωγή. Αφού η Finial παρουσίασε μερικά χειροποίητα (και ιδιόρρυθμα) πρωτότυπα, οι καθυστερήσεις στην κατασκευή εργαλείων, η μη διαθεσιμότητα εξαρτημάτων (τις ημέρες πριν από τα φτηνά λέιζερ), οι γκάφες του μάρκετινγκ και το υψηλό κόστος ανάπτυξης συνέχισαν να καθυστερούν την ημερομηνία κυκλοφορίας. Η μακρά ανάπτυξη του πικάπ λέιζερ συνέπεσε ακριβώς με δύο σημαντικά γεγονότα, την ύφεση στις αρχές της δεκαετίας του 1980 και την εισαγωγή του ψηφιακού δίσκου Compact Disc, ο οποίος σύντομα άρχισε να κατακλύζει την αγορά σε τιμές συγκρίσιμες με τα LP (με συσκευές αναπαραγωγής CD στην περιοχή των 300 δολαρίων). Οι πωλήσεις δίσκων βινυλίου έπεσαν κατακόρυφα, με αποτέλεσμα πολλοί καθιερωμένοι κατασκευαστές πικάπ να βάλουν λουκέτο.

Με πάνω από 20 εκατομμύρια δολάρια σε επιχειρηματικά κεφάλαια που είχαν επενδυθεί, η Finial αντιμετώπισε ένα δίλημμα μάρκετινγκ: να προχωρήσει με μια τιμή πώλησης που θα ήταν πολύ υψηλή για τους περισσότερους καταναλωτές ή να ρισκάρει να ξεκινήσει τη μαζική παραγωγή σε πολύ χαμηλότερη τιμή και να ελπίζει ότι η αγορά θα μείωνε το κόστος. Κανένα από τα δύο δεν φαινόταν βιώσιμο σε μια ταχέως συρρικνούμενη αγορά.

ELP 
Τελικά, στα τέλη του 1989, μετά από σχεδόν επτά χρόνια έρευνας, οι επενδυτές της Finial μείωσαν τις ζημιές τους και εκκαθάρισαν την εταιρεία, πουλώντας τις πατέντες στην ιαπωνική εταιρεία κατασκευής πικάπ BSR, η οποία έγινε η CTI Japan, η οποία με τη σειρά της δημιούργησε την ELP Japan για τη συνέχιση της ανάπτυξης του "σούπερ-αουδιοφίλ" πικάπ. Μετά από άλλα οκτώ χρόνια ανάπτυξης, το πικάπ λέιζερ τέθηκε τελικά προς πώληση το 1997 - είκοσι χρόνια μετά την αρχική πρόταση - ως το πικάπ λέιζερ ELP LT-1XA, με τιμή καταλόγου 20.500 δολάρια ΗΠΑ (το 2003 η τιμή μειώθηκε στα 10.500 δολάρια ΗΠΑ). Το πικάπ, το οποίο χρησιμοποιεί δύο λέιζερ για την ανάγνωση του αυλακιού και άλλα τρία για την τοποθέτηση της κεφαλής, επιτρέπει τη μεταβολή του βάθους στο οποίο διαβάζεται το αυλάκι, παρακάμπτοντας ενδεχομένως την υπάρχουσα φθορά των δίσκων. Ωστόσο, δεν θα διαβάσει διαφανείς ή έγχρωμους δίσκους βινυλίου. Η ELP πουλάει απευθείας στους καταναλωτές κατασκευασμένα πικάπ λέιζερ σε δύο εκδόσεις (LT-basic και LT-master), με αναφερόμενο κόστος (αδημοσίευτο) περίπου 16.000 δολάρια για το βασικό μοντέλο.

Optora 
Τον Μάιο του 2018, η ιαπωνική Almedio, κατασκευάστρια μονάδων δίσκου υπολογιστή, παρουσίασε το οπτικό (λέιζερ) πικάπ Optora ORP-1 στην έκθεση ήχου HIGH END του Μονάχου. Λίγες λεπτομέρειες δόθηκαν από την εταιρεία επειδή, όπως και στην παρουσίαση του πικάπ Finial το 1984, το Optora ήταν μια μη λειτουργική μακέτα. Οι εκπρόσωποι της εταιρείας ανέφεραν ότι το πικάπ θα χρησιμοποιούσε πέντε λέιζερ και θα είχε κίνηση με ιμάντα, όπως το ELP. Ωστόσο, μετά την παραγωγή κάποιου διαφημιστικού υλικού (που από τότε έχει διαγραφεί), δεν ανακοινώθηκε ποτέ τιμή και το Optora δεν διατέθηκε στην αγορά. Ο δικτυακός τόπος της εταιρείας που ήταν αφιερωμένος στο πικάπ έχει έκτοτε διαγραφεί.

Επιδόσεις 
Σε μια κριτική του μοντέλου ELP LT-1LRC το 2008, ο Jonathan Valin στο The Absolute Sound υποστήριξε ότι "Αν έπρεπε να περιγράψω την παρουσίασή του με λίγες λέξεις, αυτές θα ήταν "ευχάριστη αλλά βαρετή"". Επαίνεσε την τονική ακρίβεια της αναπαραγωγής, αλλά επέκρινε την έλλειψη δυναμικού εύρους και απόκρισης των μπάσων (περιορισμοί των ίδιων των δίσκων βινυλίου). Οι δίσκοι πρέπει να καθαρίζονται με υγρό τρόπο αμέσως πριν από την αναπαραγωγή επειδή, λέει ο Valin, "σε αντίθεση με μια σχετικά ογκώδη αδαμαντένια γραφίδα, η οποία οργώνει τις αυλακώσεις ενός δίσκου σαν την πλώρη ενός πλοίου, οι μικροσκοπικές γραφίδες ακτίνας λέιζερ του ELP δεν έχουν σχεδόν καθόλου μάζα [sic] και δεν μπορούν να μετακινήσουν σωματίδια σκόνης από το δρόμο τους. Κάθε κόκκος βρωμιάς, όσο μικροσκοπικός κι αν είναι, διαβάζεται από τα λέιζερ μαζί με τη μουσική". Ο Michael Fremer, γράφοντας στο Stereophile το 2003, σημείωσε: "... λάβετε υπόψη τα πολλά πλεονεκτήματα του LT: κανένα βουητό ή θόρυβο υποβάθρου οποιουδήποτε είδους- καμία αντήχηση που προκαλείται από κασέτα ή ανωμαλίες στην απόκριση συχνότητας- κανένας συμβιβασμός στο διαχωρισμό των καναλιών (το ELP εγγυάται διαχωρισμό καναλιών που υπερβαίνει αυτό που προσφέρουν οι καλύτερες κεφαλές κοπής)- μηδενικό σφάλμα εντοπισμού ή ιχνηλάτησης- καμία παραμόρφωση εσωτερικού αυλακιού- κανένα πατινάζ- καμία ρύθμιση του VTA ή του αζιμούθιου για να ανησυχείτε, κανένα σφάλμα γωνίας (όπως και η ίδια η κεφαλή κοπής, ο αποδέκτης λέιζερ είναι ένας γραμμικός ανιχνευτής)- καμία φθορά δίσκου- υποστηριζόμενη απόκριση συχνότητας 10Hz-25kHz- και, επειδή η ακτίνα λέιζερ έχει επιφάνεια επαφής μικρότερη από το ένα τέταρτο της επιφάνειας επαφής της μικρότερης ελλειπτικής γραφίδας, μπορεί να διαπραγματευτεί τμήματα της χαραγμένης κυματομορφής που ακόμη και η μικρότερη γραφίδα δεν καταφέρνει να προσεγγίσει. " Όμως, σημειώνει, όλα αυτά έχουν ένα κόστος: "[Ο] ανιχνευτής λέιζερ του LT-2XRC δεν ήταν σε θέση να διακρίνει τις διαμορφώσεις των αυλάκων από τη βρωμιά. Δίσκοι που ακούγονται εντελώς ήσυχοι σε ένα συμβατικό πικάπ μπορεί να ακούγονταν σαν να μασούσα πατατάκια ενώ άκουγα ELP. Κρίμα. Υπάρχει λύση, φυσικά: ένα μηχάνημα καθαρισμού δίσκων. Αυτό δεν μπορεί να θεωρηθεί "αξεσουάρ" με το LT: είναι υποχρεωτικό. Ακόμα και οι καινούργιοι δίσκοι που μόλις βγήκαν από το σακάκι μπορεί να ακούγονται τραγανιστοί". Και καταλήγει: "Κατά ειρωνικό τρόπο, αν ακούσετε την ίδια τη μουσική, δεν θα καταλάβετε ότι ακούτε LP. Είναι σχεδόν σαν μια κασέτα από μπομπίνα σε μπομπίνα. Δυστυχώς, όταν υπάρχει θόρυβος, πάντα θα σας κάνει να συνειδητοποιήσετε ότι ακούτε LP. Αυτό είναι το μπερδεμένο με αυτό το υπέροχο μαραφέτι".

Σάρωση οπτικών αρχείων 
Μια παρόμοια τεχνολογία είναι η σάρωση ή η φωτογράφηση των αυλακώσεων του δίσκου και, στη συνέχεια, η ανακατασκευή του ήχου από τη διαμόρφωση της αυλάκωσης που αποκαλύπτεται από την εικόνα. Οι ερευνητικές ομάδες που ανέπτυξαν αυτή την τεχνολογία περιλαμβάνουν:

 IRENE που αναπτύχθηκε από τους φυσικούς Carl Haber και Vitaliy Fadeyev του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley. Εγκατεστημένο στη Βιβλιοθήκη του Κογκρέσου στα τέλη του 2006, το IRENE (για Image, Reconstruct, Erase Noise, Etc.) χρησιμοποιεί μια κάμερα που περιστρέφεται γύρω από τον δίσκο και λαμβάνει λεπτομερείς φωτογραφίες των αυλακώσεων. Στη συνέχεια, το λογισμικό χρησιμοποιεί τις ψηφιακές εικόνες για να ανακατασκευάσει τον ήχο. Το 2018 το σύστημα χρησιμοποιήθηκε για να παίξει, για πρώτη φορά, τη μοναδική γνωστή ηχογράφηση της φωνής του Αλεξάντερ Γκράχαμ Μπελ. Το IRENE παράγει συχνά μεγάλη ποσότητα σφυρίγματος με την ηχογράφηση, αλλά είναι πολύ ικανό να αφαιρεί τα pops και τα clicks που παράγονται από ατέλειες στην επιφάνεια του δίσκου.

 Το σύστημα SAPHIR αναπτύχθηκε στο INA το 2002 (κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στη Γαλλία το 2004).

 Το σύστημα VisualAudio αναπτύχθηκε από το Ελβετικό Εθνικό Αρχείο Ήχου και τη Σχολή Μηχανικών και Αρχιτεκτονικής του Φρίμπουργκ.

 Μια μέθοδος ανάκλασης ακτίνων λέιζερ αναπτύχθηκε από Ιάπωνες επιστήμονες στο πανεπιστήμιο του Χοκάιντο το 1986 με σκοπό την ανάγνωση ηχογραφήσεων της γλώσσας Αϊνού που είχαν γίνει σε εύθραυστους κέρινους κυλίνδρους.

Βιβλιογραφία 
 Uozumi, Jun, and Toshimitsu Asakura. "Reproduction of sound from old disks by the laser diffraction method." Applied optics 27.13 (1988): 2671-2676.
 Nakamura, Takashi, et al. "Optical reproduction of sounds from old phonographic wax cylinders." Proceedings of SPIE. Vol. 3190. 1997.
 Uozumi, Jun, and T. Asakura. "Optical methods for reproducing sounds from old phonograph records." International Trends in Optics and Photonics: ICO IV (1999): 409-425.
 Uozumi, Jun, Tsuyoshi Ushizaka, and Toshimitsu Asakura. "Optical reproduction of sounds from negative phonograph cylinders." Optics and Lasers in Biomedicine and Culture: Contributions to the Fifth International Conference on Optics Within Life Sciences OWLS V Crete, 13–16 October 1998. Springer Berlin Heidelberg, 2000.
 Asakura, Toshimitsu, et al. "Study on reproduction of sound from old wax phonograph cylinders using the laser." Optics and Lasers in Biomedicine and Culture: Contributions to the Fifth International Conference on Optics Within Life Sciences OWLS V Crete, 13–16 October 1998. Springer Berlin Heidelberg, 2000.
 Fadeyev, Vitaliy, and Carl Haber. "Reconstruction of mechanically recorded sound by image processing." Journal of the Audio Engineering Society 51.12 (2003): 1172-1185.
 Stotzer, Sylvain, et al. "Visualaudio: an optical technique to save the sound of phonographic records." IASA Journal (2003): 38-47.
 Penn, William A., and Martha J. Hanson. "The Syracuse University Library Radius Project: Development of a non-destructive playback system for cylinder recordings." First Monday 8.5-5 (2003).
 McCann, M., P. Calamia, and N. Ailon. "Audio Extraction from Optical Scans of Records." (2004).
 Stotzer, Sylvain. Phonographic record sound extraction by image processing. Diss. Université de Fribourg, 2006.
 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.
 Li, Beinan, Simon de Leon, and Ichiro Fujinaga. "Alternative Digitization Approach for Stereo Phonograph Records Using Optical Audio Reconstruction." ISMIR. 2007.
 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.
 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.
 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.
 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.
 Hayes, James. "Lasers get groovy." Engineering & Technology 6.11 (2011): 58-59.
 Janukiewicz, Kristofer. "A Laser Triangulation Approach for Optical Audio Reconstruction of Phonograph Records." (2016).
 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.
 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."
 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

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

 ELP Japan website
 ELPJ – About the laser turntable 
 Record scanning – Ofer Springer
 Record scanning using IRENE – Sound Reproduction R & D Home Page
 Record scanning – VisualAudio: An optical technique to save the sound of phonographic records
 Only One Company in the World for Laser Record Players to Play Vinyl RecordsJapan External Trade Organization
 United States Patent US3992593
 United States Patent US4870631
 United States Patent US4972344
 United States Patent US6829207
 United States Patent US7330414
 United States Patent US7660208
 United States Patent US7042811
 CA1285231C

Συσκευές αναπαραγωγής ήχου
Μουσική τεχνολογία