СПОСОБ ДЛЯ СОЗДАНИЯ АНАЛОГОВОГО НОСИТЕЛЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ АУДИОМАТЕРИАЛА ВЫСОКОЙ ЧЕТКОСТИ
METHOD FOR CREATION OF ANALOGUE CARRIER FOR STORAGE OF HIGH-DEFINITION AUDIO MATERIAL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к изготовлению аналогового носителя для хранения аудиоматериала. В частности, настоящее изобретение относится к управляемому компьютером преобразованию аудиоданных в CAD-совместимое представление аудиоданных и лазерной нарезке (или лазерной гравировке) носителя и устройству для изготовления такого аналогового носителя для хранения аудиоматериала, который может быть воспроизведен на обычных устройствах воспроизведения, таких как проигрыватели.
Предпосылки создания изобретения
Настоящий способ изготовления виниловых грампластинок осуществляется посредством прессования ранее созданного мастер-диска (матрица или мастер-матрица) на специальном поливинилхлоридном составе. Данный способ изготовления почти не изменился за последние 60 лет. Существует два широко известных процесса для создания таких мастер-дисков, традиционный процесс покрытия и Direct Metal Mastering (DMM) (непосредственная запись на металле).
В соответствии с традиционным процессом покрытия, мастер-грампластинка нарезается на твердой лакированной пластине, используя устройство для резки, такое как токарный станок Неймана с режущей головкой (пишущая игла). Затем осуществляется серебрение лакированной пластины, чтобы сделать ее электрически проводящей и затем покрывается медью или никелем. Медная или никелевая пластина отделяется от посеребренной лаковой пластины (которая, обычно утилизируется) и формирует негативную копию мастер-диска, известную как негативная мастер-пластина или «отцовская». Впоследствии некоторое количество позитивных «материнских» пластин изготавливается посредством гальванизации отцовской пластины. Эти материнские пластины проверяются на ошибки и представляют собой воспроизводимые дубликаты лаковой пластины. С этих позитивов, формируются негативные экструзионные матрицы, известные как «матрицы», которые затем покрываются хромом перед использованием для прессования винила. Хромовое покрытие обеспечивает твердую без дефектов поверхность, которая продлевает срок службы.
Дальнейшим процессом для прессования винила, который был разработан в начале 1980-х, является DMM. В соответствии с DMM, резец для записи гравирует аудиосигнал непосредственно на покрытом медью мастер-диске. DMM медный мастер-диск может быть непосредственно покрыт, чтобы создавать требуемое количество матриц, используя процесс одноступенчатого покрытия, тем самым исключая потребность формирования негативной мастер «отцовской» пластины. DMM медный диск сам служит в качестве «материнской» пластины. Обходя традиционный процесс серебрения и две ступени гальванопластики, как описано выше, сокращается риск внесения шума, который может быть сгенерирован в процессе гальванопластики (гальванический процесс). Тем не менее долговечность прессованных виниловых грампластинок может быть не так высока из-за уменьшенной глубины канавки грампластинки.
Наиболее значительными недостатками как традиционной, так и DMM методик являются трудоемкие и экологически опасные процессы в дополнение к необходимости ослабления высоких частот для того, чтобы избежать перегрева или разрушения от перегрева резца для записи от быстрого перемещения. Еще один недостаток заключается в том, что лакированная пластина и металлический мастер-диск нарезаются тангенциально, в отличие от стрелы проигрывателя, перемещающейся радиально, тем самым допуская разные прогоны и углы воспроизведения, которые приводят к снижению качества воспроизведения аудиоматериала из-за геометрических дефектов при изготовлении и ограничений по воспроизведению частотной характеристики.
2
Были предприняты отдельные попытки непосредственной нарезки аудиосигналов на разных материалах, используя современную технологию, например, гравировка CO-лазером или использование 3D-принтера, тем не менее, у них оказалось много серьезных недостатков. Качество звука чрезвычайно низкое в сравнении с грампластинками, созданными посредством традиционных методик, и канавки значительно шире и глубже, что сильно ограничивает объем аудиоданных, который может быть сохранен на грампластинке.
Все другие альтернативные методики изготовления грампластинок, отличные от традиционных методик, не обеспечивают приемлемого качества воспроизведения аудиоматериала.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение преодолевает эти проблемы посредством предоставления способа в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения. Кроме того, преимущественные варианты осуществления изобретения определяются зависимыми пунктами формулы изобретения.
Настоящее изобретение предоставляет реализуемый компьютером способ изготовления аналогового носителя для хранения аудиоматериала. На первом этапе, цифровые аудиоданные преобразуются в топографические данные, представляющие собой аналоговый перевод цифровых аудиоданных. Другими словами, 3D модель поверхности, т.е., топография, генерируется из цифровых аудиоданных, используя программное обеспечение. Цифровые аудиоданные, которые должны быть преобразованы, могут исходно содержать файл сжатых аудиоданных, такие как .MP3, .WMV или .ACC файлы аудиоданных, или несжатые файлы данных, такие как файлы импульсно-кодовой модуляции (PCM).WAV или AIFF. Цифровые аудиоданные также могут содержать оцифрованные аналоговые аудиоданные. Кроме того, преобразование цифровых аудиоданных может быть выполнено посредством обработки файла данных, такого как те, что упомянуты выше, но также может быть выполнено над потоком аудиоданных, который обеспечивает кусочную обработку цифровых аудиоданных. В последнем случае, не требуется, чтобы результирующие топографические данные были завершены для того, чтобы переходить к процессу лазерной нарезки, тем самым уменьшая время ожидания. На втором этапе, лазерный луч избирательно применяется к подложке, чтобы формировать физический оттиск топографических данных на поверхности подложки, чтобы создавать аналоговый носитель для хранения аудиоматериала. В соответствии с изобретением, лазерный луч избирательно осуществляет абляцию поверхности подложки, соответствующую сгенерированной 3D модели поверхности преобразованных цифровых аудиоданных, тем самым создавая аналоговое хранилище данных на поверхности подложки, которое может быть непосредственно или опосредованно воспроизведено аналоговым проигрывателем.
В силу упомянутых выше этапов способа, настоящее изобретение предоставляет лазерный процесс изготовления для создания мастер-матриц аудиоматериала Высокой Четкости (HD) которые позволяют, например, создавать LP грампластинки с полной частотной характеристикой и поразительным улучшением качества прослушивания. Способ настоящего изобретения является легко масштабируемым как по скорости, так и пропускной способности, и не подвержен геометрическим недостаткам известных методик механической гравировки, таким как трение резца, которое снижает скорость записи и качество аналоговых аудиоданных, и отсутствие подходящих материалов, которые могут быть использованы в качестве подложки.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, цифровые аудиоданные импортируются в CAD программное обеспечение, которое затем используется, чтобы переводить цифровые аудиоданные в аналоговые данные. Это обеспечивает генерирование сложной топографии поверхности, представляющей собой преобразованные аудиоданные, и гарантирует то, что качество аудиоматериала сохраняется во время преобразования. Цифровые аудиоданные могут быть импортированы в CAD программу целиком до того, как начинается дальнейшая обработка, тем не менее, цифровые аудиоданные также могут быть импортированы в CAD программу в качестве потока данных, при этом CAD обработка, чтобы преобразовывать данные, может уже начинаться до того, как все данные будут импортированы в программу.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, топографические данные обрабатываются с помощью эмулятора аналогового устройства воспроизведения для предпроизводственной верификации. При создании 3D модели, аудиоданные формы волны могут быть объединены с общими параметрами известных носителей воспроизведения и устройств воспроизведения, например, диаметром (граммофонной) грампластинки, ее скоростью воспроизведения и ее шириной канавки. Это гарантирует то, что топографические данные преобразуются в форму, которая гарантирует высокое качество воспроизведения на обычном устройстве воспроизведения, таком как проигрыватель. Кроме того, посредством обработки данных таким образом, топографические данные могут быть подогнаны к конкретному формату воспроизведения или устройству для наилучшего качества воспроизведения на том отдельном устройстве. В предпочтительном варианте осуществления, RIAA выравнивание применяется к аудиоданным, которые обрабатываются, чтобы быть согласованными с наилучшим доступным качеством аудиоматериала, в то же время оставаясь в соответствии с стандартной кривой RIAA и дополнительно расширяя данную частотную кривую частотами выше типичных 20кГц. Посредством обработки аудиоданных таким образом, обеспечивается согласованность с требованиями в отношении аудиоматериала высокой четкости.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, программное обеспечение также выполняет мастеринг топографических данных для того, чтобы модулировать качество звука и частотную характеристику. Это достигается посредством использования CAD преобразований, например, масштабирования, обрезки, инвертирования для громкости и выравнивания. В случае, когда носителем для хранения является грампластинка, 3D модель содержит канавку или бороздку, которую программное обеспечение оптимизирует посредством регулирования ее ширины. Предпочтительно, процесс мастеринга дополнительно включает в себя применение так называемого процесса Rheinsche Fullschrift (запись с переменным шагом), чтобы гарантировать, что в более тихих частях аудиоматериала, промежуток между канавками уменьшается, тогда как в более громких частях аудиоматериала, промежуток между канавками увеличивается. Посредством модуляции данных таким образом, настоящее изобретение обеспечивает минимальное увеличение громкости около 20 процентов и/или увеличение длительности воспроизведения грампластинки. Кроме того, расхождение между тангенциальным углом резания и радиальным углом воспроизведения, как описано в предпосылках создания изобретения, преодолевается с помощью вышеупомянутого мастеринга. Тем самым достигается много более высокий уровень улучшения качества аудиоматериала.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, формирование физического оттиска выполняется посредством растрового сканирования. Лазерный луч и/или подложка перемещаются так, что луч избирательно применяется в зоне поверхности подложки в последовательности линий сканирования (предпочтительно горизонтальные или вертикальные полосы) и физический оттиск формируется в одну линию за раз. Данная методика исключает геометрические дефекты резки, вызываемые, например, вращательным движением, используемым в традиционных процессах. В его предпочтительном варианте осуществления, подложка остается неподвижной, тогда как излучатель лазерного луча смонтирован на сканере, которым управляет компьютерное программное обеспечение. Таким образом, лазер выполняет абляцию на подложке скорее, как процесс большинства принтеров.
В предпочтительном варианте осуществления отличном от вышеизложенного, формирование физического оттиска выполняется посредством векторного сканирования. Например, как изложено выше, излучатель лазерного луча может быть смонтирован на сканере, включающем в себя один или более зеркальный гальванометр, чтобы позиционировать и направлять лазерный луч и который позволяет избирательно применять луч к подложке при круговом вращательном движении. В случае формирования грампластинки, луч может быть применен к подложке при круговом движении для того, чтобы оставлять оттиск топографических данных в форме спиральной канавки.
В предпочтительном варианте осуществления, лазерный луч излучается из, по меньшей мере, одного лазера с коротким импульсом, предпочтительно фемтосекундного (фс) или пикосекундного (пс) лазера, который излучает импульсы субнаносекундного лазера. Посредством использования лазеров с коротким импульсом, данный вариант осуществления гарантирует то, что абляция поверхности подложки является очень точной, при этом сокращая риск плавления подложки, которое приведет к ухудшению качества звука у физического оттиска. В дополнительных вариантах осуществления, один или более источники лазера или неоднократное сканирование по одним и тем же позициям может быть применено для того, чтобы удалять достаточный объем материала.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления вышеупомянутых вариантов осуществления, физический оттиск непосредственно соответствует топографическим данным и аналоговый носитель для хранения аудиоматериала может быть непосредственно воспроизведен аналоговым устройством воспроизведения. В соответствии с данным вариантом осуществления, мгновенно воспроизводимый мастер-диск формируется на подложке, тем самым избегая трудоемких и ресурсоемких этапов изготовления, которые обычно включены при создании мастер-диска, и обеспечивая использование широкого диапазона материалов в качестве подложки. Например, можно создавать мастер-диск в особом формате продукта, выполненном из особых материалов, которые объясняются более подробно ниже.
В альтернативном этому варианте осуществления, физический оттиск содержит инверсную топографию топографических данных и сформированный аналоговый носитель для хранения аудиоматериала является негативным мастер-диском. Как с вариантом осуществления описанным непосредственно выше, это обеспечивает непосредственное изготовление негативного мастер-диска или «матрицы» без необходимости в затратных по времени и трудоемких и ресурсоемких этапах изготовления, которые обычно требуются для того, чтобы создать негативный мастер-диск из студийной мастер-записи. Как описано до этого, поскольку для подложки доступен широкий диапазон материалов, то можно создавать чрезвычайно долговечную и износостойкую матрицу с много более длинным сроком службы, чем у обычных негативных мастер-дисков, тем самым обеспечивая исключительный рост числа формуемых прессованием виниловых грампластинок, которые могут быть произведены с помощью него. Например, как результат нарезки особенно твердых и долговечных материалов, один негативный мастер-диск, сформированный посредством вышеупомянутого процесса, может быть использован для свыше 1000 прессований и во многих случаях может быть даже использован для свыше 8000 прессований без ухудшения качества аудиоматериала.
В предпочтительном варианте осуществления, подложка содержит такие твердые материалы, как, например, сталь, стекло или сапфировое стекло. Как описано ранее, в отличие от методик механической гравировки, лазерная абляция настоящего изобретения обеспечивает выполнение оттиска на подложке из чрезвычайно твердых и упругих материалов, которые являются более долговечными и менее склонны к разрушению из-за многократного использования без дополнительной обработки, т.е., покрытия.
В дополнительном предпочтительном варианте осуществления, слой покрытия применяется к аналоговому носителю для хранения аудиоматериала. Для того, чтобы обеспечить дополнительную защиту и увеличить долговечность и обеспечить многократное использование, слой покрытия из подходящего материала, такого как хром, может быть добавлен на поверхность полученного посредством абляции носителя, чтобы защищать физический оттиск от разрушения.
В другом аспекте, изобретение содержит устройство для изготовления аналогового носителя для хранения аудиоматериала, при этом устройство содержит средство, выполненное с возможностью преобразования цифровых аудиоданных в топографические данные, представляющие собой аналоговый перевод цифровых аудиоданных. Такое средство преобразования предпочтительно содержит CAD программное обеспечение. Изобретение дополнительно содержит средство, чтобы избирательно применять лазерный луч к подложке, чтобы формировать физический оттиск топографических данных на поверхности подложки, чтобы создавать аналоговый носитель для хранения аудиоматериала. Такое средство нарезки предпочтительно содержит лазерный излучатель, объединенный со сканирующим устройством, подходящим для точного управления позицией лазерного луча, чтобы нарезать аналоговые данные на подложке. Специалисту в соответствующей области техники будет понятно, что вышеупомянутые средства могут быть объединены или отличаться друг от друга и каждое может быть выполнено в виде одного или нескольких объединенных, или дискретных средств или устройств.
В еще одном другом аспекте, реализуемый компьютером запоминающий носитель информации предусмотрен с инструкциями, при этом, когда инструкции исполняются процессором, вызывают выполнение этапа способа в виде преобразования цифровых аудиоданных в топографические данные, представляющие собой аналоговый перевод цифровых аудиоданных. В соответствии с изобретением, сгенерированные топографические данные подходят для, т.е., находятся в читаемом формате для ввода в устройство, подходящее для выполнения процесса лазерной нарезки, чтобы нарезать топографические аналоговые аудиоданные на подложке. В предпочтительной реализации, реализуемый компьютером носитель для хранения является портативным устройством памяти, таким как USB накопитель памяти, который взаимодействует с устройством. После чтения данных, затем устройство способно избирательно применять лазерный луч к подложке, чтобы формировать физический оттиск топографических данных на поверхности подложки, чтобы создавать аналоговый носитель для хранения аудиоматериала. Специалисту в соответствующей области будет понятно, что такой реализуемый компьютером носитель для хранения не ограничивается вышеупомянутым примером и также может быть реализован в качестве CD/DVD-ROM, SD карты или подобного.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 показывает пример механизма воспроизведения предшествующего уровня техники для стерео аналогового аудиоматериала с граммофонной пластинки;
Фиг. 2 показывает блок-схему этапов способа, включенных в обычное производство виниловых грампластинок в сравнении со способом изобретения;
Фиг. 3a-3e показывает преобразование цифровых аудиоданных в аналоговые аудиоданные и CAD-сгенерированные 3D топографические представления преобразованных данных;
Фиг. 4 показывает блок-схему предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5a и 5b показывают пример лазерного растрового сканирования с помощью одного лазерного луча и пример сформированной 3D инверсной топологии.
Фиг. 6 показывает схему лазерного векторного сканирования в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 показывает пример лазерного векторного сканирования с вращающейся целью или лазерной головкой и двумя параллельными лучами, чтобы формировать инверсную топологию в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 8 показывает пример лазерного векторного сканирования с вращающейся целью или лазерной головкой и двумя диагонально пересекающимися лучами, чтобы формировать инверсную топологию в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 9 показывает схему последовательности операций предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, включающую их аспекты, основанные как на программном, так и аппаратном обеспечении.
Подробное описание
Фиг. 1 раскрывает пример механизма воспроизведения предшествующего уровня техники для стерео аналоговых аудиоданных с подложки, сформированной на аналоговом носителе 1 аудиоматериала (граммофонная пластинка). Два стереоканала представлены посредством физического оттиска 2 аудиоданных в форме канавки. Канавка содержит отдельные стенки (левая и правая боковые поверхности), которые независимым образом несут два стереоканала. Обычно внутренняя стенка несет левосторонний канал, а внешняя стенка несет правосторонний канал. Каждая грань стенки движется по 45 градусов к плоскости поверхности грампластинки в соответствии с уровнем сигнала того канала. Во время воспроизведения, перемещение одной иглы 3, отслеживающей канавку, регистрируется независимо, например, посредством двух катушек 4 и 5 звукоснимателя, каждая смонтирована диагонально противоположно соответствующей стенке канавки.
Фиг. 2 показывает блок-схему этапов способа, включенных в обычное производство виниловых грампластинок в сравнении со способом изобретения. В соответствии с обычными методиками, как описано в предпосылках создания изобретения, запись 6 после мастеринга, используется, чтобы резать позитивную лакированную пластину 7, которая впоследствии подвергается процессу 8 покрытия и гальванизации, чтобы создавать непрямую структуру, т.е., негативную матрицу 9, которая может быть использована, чтобы прессовать воспроизводимую виниловую грампластинку 10. В альтернативном обычном процессе, запись после мастеринга, непосредственно режется на металлической пластине 11, используя DMM и матрица 9 затем генерируется из нарезанной металлической пластины 11. В отличие от этого, настоящее изобретение использует цифровые аудиоданные в качестве записи 6 после мастеринга, чтобы непосредственно нарезать подложку, которая становится матрицей 9 посредством избирательного применения 12 лазерного луча к подложке, чтобы формировать физический оттиск данных в аналоговой форме на поверхности подложки, чтобы создавать аналоговый носитель для хранения аудиоматериала с непрямой структурой.
В предпочтительной примерной реализации изобретения, как иллюстрируется на Фиг. 3a, цифровые аудиоданные 13 преобразуются в топографические данные, представляющие собой аналоговый перевод цифровых аудиоданных. Это достигается посредством импорта двухканальных цифровых аудиоданных в CAD программное обеспечение. В CAD программе форма волны аудиоматериала каждого канала представляется в качестве кривой 14 (кривая Безье или полином (сплайн)) или полилиния 15, которая интерполирует цифровые аудиоданные в различных временных шагах посредством дискретизации аудиосигнала.
Дискретизация аналогового аудиоматериала выполняется с дискретными приращениями времени, помеченными точками 15 на Фиг. 3a. Дискретизация аналогового аудиоматериала осуществляется с определенной частотой, например, около 44.1Квыборок/с, что означает более 44.100 выборок в секунду, что соответствует качеству Audio CD. Чем выше частота дискретизации, тем ближе дискретный дискретизированный сигнал к аналоговому сигналу. Выборки сохраняются с битовой глубиной 8, 16, 24 или 32 бита. Дискретизация главным образом ограничивается доступной компьютерной памятью. Дискретизированный сигнал характеризуется t0, dt, и Y(t), где t0 является начальным временем или временем смещения, dt>0 является интервалом дискретизации (=1/частота дискретизации) и Y(t) является амплитудой формы волны в момент t. Y(t0+i*dt) представляет собой дискретизированный аналоговый аудиоматериал в момент t0+i*dt, где i является значением индекса >=0.
Фиг. 3b показывает представление в форме кривой импортированных в CAD аудиоданных в качестве двухканальных, т.е., стерео данных, содержащих две кривые 16 и 17, которые представляют собой левый и правый канал. Посредством применения программного обеспечения эмуляции, временные шаги впоследствии преобразуются в 3D местоположения (xyz) в соответствии с требуемой скоростью вращения воспроизведения аналогового носителя для хранения аудиоматериала и локального радиуса канавки. Канавки выдавливаются на поверхности и наклонены под 45 градусов для того, чтобы формировать V-образную канавку 18 и обрезаются до стандартных размеров канавки (микроканавка) как иллюстрируется в трехмерном виде на Фиг. 3c. Полученная в форме линии канавка затем подвергается манипулированию посредством программного обеспечения и изгибается в спираль, при этом расстояние канавки между соседними канавками минимизируется в соответствии с локальной амплитудой формы волны. Получается комплексная топография поверхности, представляющая собой преобразованные аудиоданные, как показано на Фиг. 3d. Данная спиральная топография может быть либо представлена в качестве канавок 19, которые могут быть непосредственно воспроизводимыми посредством обычного устройства воспроизведения, когда нарезаются на подложке, либо в форме выступов 20, которые также могут быть нарезаны на подложке. В последнем случае, носитель, который получается из подложки, будет формировать матрицу. В предпочтительной реализации изобретения, обе стороны поверхности одной подложки используются для процесса лазерной нарезки. Т.е., одна сторона (с канавками в негативном вертикальном направлении) используется для производства прямой структуры, т.е., воспроизводимых носителей, тогда как другая сторона или зеркально отраженная поверхность (с выступами, представляющими собой канавки в позитивном вертикальном направлении) используется для производства непрямой структуры (матрицы).
Фиг. 3e изображает V-образное поперечное сечение модулированной канавки 30. Базовая форма канавки LP грампластинки может быть математически описана архимедовой или арифметической спиралью в соответствии с r(phi)=GP/(2*π)*phi; где GP является положительным параметром, который обозначает шаг канавки на один оборот, phi обозначает угол поворота в радианах и реализует параметрическое моделирование спирали. Архимедова или арифметическая спираль имеет постоянное разделение между соседними оборотами. Архимедова или арифметическая спираль описывает местоположение центральной или нижней точки 31 V-образной обычной немодулированной канавки. Для того, чтобы вычислить модулированную форму канавки, следующим этапом после вычисления основной канавки является отображение каждого интервала дискретизации dt в угловом приращении dphi спирали и, следовательно, в новой позиции r на спирали. В каждой новой точке дискретизированные амплитуды аудиосигнала накладываются на центральную (нижнюю) точку 31 немодулированной канавки. Амплитуда 32, 33 левого и правого аудиоканала добавляется в качестве вектора 34 перемещения в соответствии с предварительно определенными углами 35 боковой поверхности канавки. Таким образом, получается модулированная центральная или нижняя форма канавки 36. Боковые стенки (или края, полки или боковые поверхности) определяемые посредством соединения линий между центральной точкой 36 и конечными точками 37, 38 боковой поверхности V-образной канавки просто вычисляются посредством проецирования нижних точек канавки в направлении, определяемом углами боковой поверхности в плоскости 39, определяющей позицию поверхности, например, плоскость 39 в z=0, если сдвиг вектора нижней линии канавки находится либо в положительном, либо отрицательном полупространстве. Таким образом, получают три точки 36, 37, 38 в пространстве, которые описывают V-образное поперечное сечение канавки 30 в цилиндрических координатах. Повторяя это для всей спирали, соответственно всему дискретизированному сигналу, точечное представление всей канавки получается в качестве CAD объекта. На последующем этапе, соседние точки могут быть объединены, чтобы формировать грани, которые могут быть впоследствии экспортированы в CAD совместимый формат файла, например, STL или сходный. Точечное CAD представление канавки, состоящее из нижней точки 36 и точек 37, 38 боковой поверхности, может быть экспортировано в другие CAD форматы, такие как DXF, IGS, STP, и т.д. и дополнительно обработаны касательно управления станком или CNC параметров и кода в целях станочной обработки.
Физический оттиск топографических данных на материалах может быть сделан любым из двух путей. Первая методика задействует удаление материала, например, абляция или холодная абляция, из твердой цели, например, стали, твердых металлов, таких как карбид вольфрама, стекло, сапфир, керамика, полимеры, органо-неорганические гибридные материалы, и т.д. Вторая методика является фотополимеризацией (литографическое воздействие, полимеризация на основе двух фотонов) органического материала, например, полимерного состава, органо-неорганической гибридной смолы или резиста, которая вырезает материалы локально. Полимеры могут быть сшиты литографически с помощью лазера. Фотополимеризация, основанная на поглощении двух фотонов, является хорошо известным процессом с возможностью генерирования истинных 3D структур с наивысшими разрешениями и с очень гладкими поверхностями внутри объема фоточувствительного материала. Применяя высокомощные лазеры с коротким импульсом (ps, fs), виртуально любой материал может быть подвергнут абляции посредством сфокусированных импульсов лазера. Дополнительно, короткое время взаимодействия между лазером и целью не допускает большой зоны термического воздействия материала и, следовательно, выплавки или жидкой фазы. Вследствие этого точные микроструктуры могут быть изготовлены посредством таких лазеров. Тем не менее, требуется идентификация надлежащих параметров лазера до изготовления.
2
Применяя такие лазеры к разным материалам, получают топографию CAD данных. Для того, чтобы получить контуры для относительного лазерного фокуса на целевые перемещения вычисленная CAD форма вычитается из объемной формы, представляющей собой необработанный целевой материал образца. Результирующий объем нарезается и штрихуется в соответствии с размером фокального пятна лазера для того, чтобы получить гладкое подобное линии (контурные линии заполняющие объем) представление материала, который должен быть удален. Наиболее подходящие параметры являются зависимыми от материала и их требуется определять экспериментально до изготовления для каждого класса материала. Начальной точкой для потока лазера является, например, F=e*Fth, где F является применяемым лазерным потоком, а Fth обозначает пороговый поток для лазерной абляции соответствующего материала. Результирующая шероховатость минимизируется посредством подъема оптимального лазерного потока, и пространственного импульс-импульс разделения на цели посредством измерения шероховатости поверхности каждого материала. Это, как правило, выполняется во время процесса станочной обработки конкретного материала. Физическая структура, как правило, изготавливается в один проход или несколько проходов. Несколько проходов на более низком лазерном потоке, как правило, удаляют небольшой объем материала (от нескольких нм до нескольких сотен нм за проход) во время одного сканирования и, следовательно, обеспечивает в конечном счете более гладкую частоту поверхности в сравнении с импульсами лазера со значительно более высоким потоком (или мощностью), которые, как правило, приводят к глубоким лункам в микронном диапазоне и, следовательно, довольно шероховатой поверхности, которая не подходит для целевого применения.
Фиг. 4 показывает возможные способы для формирования финальной проигрываемой грампластинки 10 в соответствии с предпочтительными реализациями изобретения. Как описано выше, цифровые аудиоданные 13 преобразуются в топографические данные 21, которые затем используются в процессе 12 лазерной нарезки. По ссылке 22 выбирается стратегия лазерного сканирования, чтобы записывать топографические данные 21 на подложке 1. В соответствии с двумя предпочтительными примерными реализациями настоящего изобретения, процесс 12 лазерной нарезки может быть выполнен посредством либо растрового сканирования 23, либо векторного сканирования 24. В одном примере, любой из этих способов лазерного сканирования выполняются для того, чтобы нарезать негативную матрицу 9, по которой может быть изготовлена проигрываемая грампластинка 10. В другом примере, любой из вышеупомянутых способов лазерного сканирования применяются, чтобы нарезать подложку 1 и создать непосредственную (воспроизводимую) мастер структуру 25, по которой может быть сформирована промежуточная формовка или литье 26. Промежуточная структура 26 может, в свою очередь, быть использована, чтобы формировать непрямую структуру 9 по которой могут быть изготовлены воспроизводимые грампластинки 10.
В предпочтительной реализации, физический оттиск выполняется посредством растрового сканирования. Фиг. 5a и 5b соответственно показывают пример лазерного растрового сканирования 23 с помощью одного лазерного луча 27 и пример физического оттиска 2 аудиоданных, выполненного на подложке 1. В данном случае, физическая подложка 2 содержит 3D инверсную топологию. Как показано на Фиг. 5a, сканнер лазера извивается по горизонтали, т.е., в направлении линий x-y по подложке. Во время данного процесса мощность лазера модулируется в соответствии с переведенными аналоговыми аудиоданными. На Фиг. 5b, показан подробный вид записанного носителя негативной мастер-матрицы с контурными линиями фокуса лазера. Информация о высоте профиля переводится в профиль мощности лазера так, чтобы генерировалась релевантная топография поверхности. Специалисту в соответствующей области техники будет понятно, что возможно некоторое число разных способов для растрового лазерного сканирования. Примеры предпочтительных реализаций методик растрового сканирования в соответствии с настоящим изобретением, содержат, по меньшей мере, одно из следующего:
1. Лазер является фиксированным и носитель перемещается линейно в x, y и z-направлениях;
2. Сканирование лазера осуществляется в одном направлении, например, с помощью полигонального сканера, и носитель перемещается в его перпендикулярном направлении;
3. Сканирование лазера осуществляется в x-y направлении и носитель перемещается только в z-направлении; и
4. Сканирование лазера осуществляется в x-y направлении, и фокус лазера перемещается в z направлении.
Для всех способов сканера, если зона сканирования меньше зоны, которая должна быть записана, тогда вся поверхность, которая должна быть записана, должна быть составлена из более мелких суб-зон. Данный процесс известен как сшивание.
Фиг. 6 показывает схему лазерного векторного сканирования 24 в соответствии с примерной предпочтительной реализацией настоящего изобретения. Лазерный луч 27 осуществляет сканирование по подложке 1 во вращательном движении, которое формирует физический оттиск 2 аналоговых данных на подложке 1 в постоянно уменьшающейся спирали. Специалисту в соответствующей области будет понятно, что это может быть достигнуто посредством вращения лазерного луча 27, вращения подложки 1, или вращения как того, так и другого. Также следует иметь в виду, что вращательное движение, реализуемое, чтобы формировать физический оттиск 2 аналоговых данных на подложке 1, может описывать постоянно увеличивающуюся спираль вместо постоянно уменьшающейся спирали, т.е., аналоговые данные эффективно записываемые в обратном направлении.
Фиг. 7 показывает пример лазерного векторного сканирования 24 с вращающейся целью (подложка 1) или вращающейся лазерной головкой. В соответствии с данными примером, два параллельных лазерных луча 27a и 27b разбиваются из лазерного луча 27, генерируемого лазерным излучателем и подаваемого на расщепитель 28 луча. Два луча 27a и 27b избирательно применяются к подожке 1, чтобы формировать физический оттиск 2, соответствующий инверсной топологии в соответствии с предпочтительной реализацией настоящего изобретения. В данном примере, лазерный луч 27a формирует левую боковую поверхность инверсной топологии (выступы) и лазерный луч 27b формирует правую боковую поверхность инверсной топологии (выступы). Модуляция колебания и интенсивности каждого отдельного лазерного луча 27a и 27b является регулируемой для соответствующей боковой поверхности.
Фиг. 8 показывает пример лазерного векторного сканирования с вращающейся целью (подложка 1) или лазерной головкой. Сходно с примером Фиг. 8, два лазерных луча 27a и 27b разбиваются из лазерного луча 27, генерируемого лазерным излучателем и выводимого на расщепитель луча. В данном примере, два лазерных луча не являются параллельными друг другу, а диагонально пересекаются, т.е., лучи противоположные тем, что на Фиг. 8, формируют левую и правую боковые поверхности инверсной топологии (выступов), соответственно. Как с примером на Фиг. 8, модуляция колебания и интенсивности каждого отдельного лазерного луча 27a и 27b является регулируемой для соответствующей боковой поверхности.
Фиг. 9 показывает схему последовательности операций предпочтительных примерных реализаций настоящего изобретения, включающую их аспекты, основанные как на программном, так и аппаратном обеспечении. Цифровые аудиоданные 13 преобразуются в CAD топографию 21a, чтобы формировать 3D модель поверхности. CAD топография 21a затем подвергается процессу 21b CAD мастеринга, при этом CAD преобразования, такие как масштабирование, обрезка, инвертирование для громкости и выравнивание применяются к топографическим данным. Данные после мастеринга затем обрабатываются посредством программного эмулирования 21c проигрывателя. Применяются контроль качества и моделирование механического движения воспроизводящей считывающей иглы и левого и правого звукоснимателей. Программным образом сгенерированные, подвергнутые мастерингу и обработанные данные затем физически отпечатываются на подложке посредством лазерного процесса 12 записи. Подложка может содержать твердые, прозрачные или непрозрачные материалы, такие как пластик, стекло, сапфировое стекло, сталь или любые благородные металлы. Лазерный процесс 12 записи может генерировать инверсный топографический оттиск аудиоданных, при этом негативная матрица 9 изготавливается из подложки, которая затем может быть использована чтобы прессовать в форме виниловые грампластинки 10. Лазерный процесс 12 нарезки также может генерировать прямую структуру 25 с прямым топографическим оттиском аналоговых аудиоданных в подложке 1. В данном случае, подложка 1 формируется на непосредственно воспроизводимом носителе, который может дополнительно быть сформирован в одном или более особых форматах и или сформирован из одного или более особых материалов.