Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок

Всем привет!
Есть интересная тема - хочу попробовать сделать лазерный звукосниматель для проигрывания винила.
Уже есть некоторые соображения и идеи по реализации задумки. Сам электронщик, и беру на себя все работы по схемотехнике драйверов, позиционера и привода. Есть доступ к разным металлообрабатывающим станкам. Пока главная проблема - очень мало свободного времени для творчества, поэтому о скорой реализации проекта говорить не приходится.
Хотел бы услышать любые КОНСТРУКТИВНЫЕ мнения на этот счет, в основном по устройству оптики.

Прикладываю снимок головки от японского проигрывателя (судя по информации вес ее 1,5 кг.) В конструкции используется 5 лазеров. Один для удержания головки над поверхностью, два для слежения за дорожкой и два, соответственно, правый и левый звуковой канал.
Вот ссылка на производителя http://elpj.com/
Я планирую обойтись тремя лазерами, плюс размеры и вес головки будут гораздо меньше.

[attachment=2:3cybqquc]pickup.jpg[/attachment:3cybqquc]

 

Задумка интересная, но как считывать отражение лазера от винила, если удерживатель на дорожке воспроизвести еще не так проблематично, то как быть со считыванием отражения лазера от черного винила ? + структура записи такова, что будет весьма проблематично постоянно держать фокус на ребрах дорожки, хотя как вариант можно использовать буферизацию с двух читающих головок расположенных на небольшом расстоянии с последующей синхронизацией, в качестве считывателей взять пару 650 целиковых кареток с маломощными лазерами, дабы не поплавить винил, так же использовать стандартную систему юстировки взяв проц из того же привода, предварительно перезашив под нужды, в качестве направляющей использовать 2 параллельные шпильки, по которым будет кататься пара кареток, так же использовоть родные шаговики для позиционирования кареток,
По сути - перенести конструкцию привода на виниловый проигрыватель, добавить свой контроллер скорости вращения, и перезашить мозги используемых приводов

 

По идее если взять пару лд, в качестве синхронизации использовать механику, т.е некое подобие иголки удерживающие систему на треке, относительно импровизированного удерживателя закрепить 2 лд с системами фокусировки и считывания(фотоэлемента) из привода, взять винил с тестовой записью допустим 10 кГц, в ручную отюстировать обе полученные оптические системы на грани дорожки, и по максимальному уровню с фотоэлементов отладить программу фокусировки на микроконтроллере, в этом случае получится весьма легкая и по моему максимально простая система считывания, ибо контроль дорожки тут будет осуществить сложнее, бекоз в голове, вывешенной выше неспроста 5 лазеров, 100% 2 из них как раз и следят за дорожкой(точнее сигнал с них сравнивается с сигналом хнанящимся в буфере, полученным с 2-х опережающих головок, тут без серьезной электроники не обойтись)
А так в результате выполнения вышеописанного сигнал с фотоэлемента уже можно пускать на входной каскад усилителя

 

Спасибо за отзывы.
На указанном мной сайте есть достаточно много информации, по какому принципу происходит считывание сигнала с пластинки в проигрывателе, конечно, все на английском, но понять можно. Еще раз повторю: два лазера выполняют трекинг - следят за дорожкой, один лазер следит за поддержанием постоянного расстояния от головки до поверхности пластинки и еще два лазера – аналоговое считывание соответственно правого и левого каналов записи (аналоговое - здесь ключевое слово и это, кстати особенно подчеркивается на упоминаемом сайте). Устройство не простое, я бы даже сказал очень не простое - ведь пластинка не проектировалась для проигрывания лазером (тогда еще и лазера-то не было). Тем не менее, людям удалось реализовать идею. Да, конечно, основная идея, это бесконтактное, не повреждающее пластинку, воспроизведение звука - всем известно, что игла звукоснимателя при каждом проходе повреждает поверхность пластинки и, кроме того, изнашивается сама. Второй, не менее важный момент, что воспроизведение звука чисто аналоговое – заметьте, никаких ЦАПов и АЦП, искажающих звук, в звуковоспроизводящем тракте. Несмотря на кажущиеся преимущества записи звука на оптических дисках (ну например, высокое отношение сигнал/шум, высокая плотность записи, и т. п.) тем не менее, превзойти по естественности звучания живой звук виниловой пластинки ни одному CD проигрывателю пока еще не удалось. И кайф при прослушивании пластинки заключается именно в восприятии живого, аналогового «слепка» звуковых колебаний музыкального произведения и/или голоса исполнителя. Кстати, многие известные музыканты и исполнители во всем мире по прежнему, кроме выпуска своей музыки на CD дисках небольшими тиражами выпускают и их виниловые аналоги. По прежнему существует производство обычных проигрывателей виниловых пластинок (естественно гораздо меньшими тиражами, чем это было раньше). И все это востребовано во всем мире настоящими ценителями качественной музыки.

Виниловая поверхность пластинки отражает лазерный луч – найдите на чердаке старую пластинку и направьте на нее лазерный луч. Впрочем, и упоминаемый японский проигрыватель своим существованием подтверждает это. Правда он работает только с пластинками черного цвета.
Конечно, первое, что приходило мне на ум, это попытаться использовать конструктивы и оптику от существующих разобраных CD и DVD приводов. Но я не очень уверен, что они подойдут. Посмотрите и сравните габаритные размеры дорожек в оптическом диске и на виниле – разница, грубо, в десять раз. Может и можно это все использовать, но с доработками. С какими – это я уже отдаю на суд специалистов по оптике.
По трекингу дорожки и удержанию стабильного положения головки над поверхностью пластинки с помощью всего одного лазера у меня есть одна идея, но для нее реализации я пока ищу программиста, который мне сможет написать нужный алгоритм для микропроцессора, на основании информации, которая будет считываться с датчика отраженного лазерного луча и этот микропроцессор будет вырабатывать сигнал обратной связи для системы позиционирования.
Ну а уже считывание звуковых колебаний с боковых канавок дорожек – правой и левой должно быть только аналоговым и использовать для этого нужно будет два лазера.
Посмотрите еще несколько прикрепленных файлов. На рисунке mirror.gif показан принцип считывания правой и левой звуковой дорожки. PSD - это фотодатчики отраженного луча лазера. На рисунке laser-tracking.gif показан принцип трекинга дорожки.
Все это реализуемо, но, конечно, не так просто. Это вам не детский сад, вроде поджигания лазером спичек и хлопаньем тем же лазером воздушных шаров. Это серьезная задача и решить ее, значит доказать себе и окружающим, что ты действительно что-то умеешь в этой жизни.
Кстати, по предварительной информации, в Питере (или в Москве) планируется реанимировать выпуск виниловых пластинок с использованием современного оборудования.
И этот проект лазерного проигрывателя может иметь и коммерческое продолжение.

 

Очень интерестная затея. Конечно очень трудновыполнимая, но ведь сделали люди. Желаю удачи!

 

Спасибо за пожелания.
Хотелось бы все же услышать какие-то конкретные идеи и, в основном, по оптической конструкции т. к. я в этом не силен. Скачал книги по конструированию оптических приборов, но на освоение темы, с учетом занятости на основной работе, уйдет очень много времени. Не мнее важный вопрос (который не мешало бы вообще вынести в большую отдельную тему), это юстировка с микронной точностью оптических деталей, лазера и оптических сенсоров. Я смотрю, что многие здесь на форуме спотыкаются в этих вопросах при конструировании своих пепелацев.
Приходится искать и литературу по микрооптике и микротехнологиям. Скажу я вам, интересное это дело! Вот где можно бы применить свою энергию многим нашим участникам! Я вижу, что примитивное поджигание спичек лазером и прочая подобная ерунда уже многим поднадоели, так давайте будем заниматься какими-то более серъезными и интересными делами. Вот, например, хорошая статья http://books.ifmo.ru/book/vip/22.pdf где есть информация, в том числе, и по методам юстировки микрооптики с помощью лазеного луча.
Для себя я уже понял, что для моей задачи в первую очередь нужно обзаводиться хорошим, не менее 50 х кратным, или более, микроскопом.

Хорошо, давайте тогда для того, чтобы оживить разговор, я расскажу о своей идее с позиционированием головки. Еще раньше, фактически сразу, я пришел к выводу, что для работы позиционера головки нужно использовать квадратурный оптический сенсор - наподобие того, что используется в системе позиционирования CD привода. Но конструкция с готовой кареткой и оптикой от такого привода в нашем случае не подходит - принцип считывания другой. Тут нужно городить что-то свое, и вот тут я пока в раздумьях (почему и просил подбросить какие-то идеи на этот счет).
Попадалась мне на глаза разная информация по нетрадиционному использованию оптического сенсора от компьютерной мышки, ну вот, например, http://imobot.ru/index.php?option=com_c ... 1&Itemid=9
Считанная картинка с сенсора натолкнула меня на мысль, что если в пределах зоны сенсора будет видна звуковая дорожка пластинки, то вот вам и информация для системы позиционирования! Размер сенсора где-то соизмерим с размером дорожки да и оптика мышиная уже готова для этого - ведь оптический фокус у нее как раз в нескольких мм от поверхности. Фактически готовый узел для наших целей.

 

Serg_dy, очень хорошая идея. Я сам любитель винила и хочу такую же головку сделать. По поводу считываия у меня вот что родилось. Если мы будем светить лазером на стенку дорожки и его же принимать, то по приходящему потоку, который мы умеем принимать аналоговыми методами) мы сможем судить, только о кривизне дорожки, то есть о производной сигнала по времени. Можно сделать следующим образом. Мы равномерно засвечиваем обе дорожки так, чтобы одна отржала свет в сторону, и луч частично обрезался второй дорожкой. Так как величина обрезания зависит от "высоты" второй дорожки, т. е. уровня сигнала, то мы получаем модулированный оптический сигнал. Который можно загнать в оптоволокно и считывать фотоумножителями уже в фонокорректоре.
Критикуйте идею. Если нужна схема, то попытаюсь набросать.

 

Приветствую вас!
Конечно, если можно, нарисуйте вашу идею. Наглядность всегда лучше любого описания.
Вообще, я понял, что общую задачу нужно разбить на отдельные более простые задачи. На первом месте сейчас проработать механизм стабильного удержания головки на определенном расстоянии от поверхности винила. Изучаю пока разные промышленные оптические дальномеры. Вот думаю, можно попробовать готовые головки дальномеров от Sharp (например, самый короткозоновый GP2D120). У него, правда, минимальная дистанция где-то 4 см., и придется как-то это ограничение обходить - например, соединить его с головкой повыше таким образом, чтобы выдержать минимальную дистанцию. Есть аналоговый выход - подключил его на обратную связь позиционера и вот тебе уже есть готовый узел. Главное, чтобы у него хватило точности (дискретности), а то одним усилением проблему решить может не получиться. Можно и от оптической мышки использовать датчик, но там больше возни - микроконтроллер, ЦАП, программа. Хотя если нужно будет, то придется смотреть в эту сторону. Ну а следующий шаг - это сам трекинг дорожки.

 

Вот набросал схемку. Луч отражаясь от левой по схеме дорожки (коэффициент отражения не меняется в сильно больших пределах), заслоняется правой дорожкой, от высоты которой зависит, какую часть пучка она перекрывает, и соответственно поток света, который мы на выходе из оптоволокна регистрируем фотоумножителем. По-хорошему надо построить изображение левой дорожки линзой и вырезать узкий кусок, перекрываемый правой дорожкой, с помощью щели. Но это уже дело эксперимента. Недостаток идеи: это то, что она читает именно стерео пластинки. С моно могут быть проблемы. Но над этим ещё не думал. Позиционирование по вертикали, тоже можно сделать, ловя отражение луча, направленного под нужным углом к пластинке на два оптических датчика и преобразуя разность между ними в сигнал обратной связи. С позиционированием по горизонтали я пока ничего не придумал. Можнно попробовать обрабатывать интегральный уровень сигнала в "звуковых" пучках и по разнице следить за отклонением его от центра дорожки.
А без микроконтроллера в позиционировании не обойтись. Потому что позиционировать полностью аналоговыми методами такую конструкцию на мой взгляд гораздо сложнее.
А вот то, что он работает только с пластинками чёрного цвета, это не есть хорошо. Потому что у меня половина винила - цветные пластинки.
Но в прочем, можно поставить и обычный тонарм для чтения "цветных" пластинок.

 

Идея понятна, но без реальных испытаний сложно говорить о том, насколько это будет эффективно. Вообще, для начала, нужно суметь сформировать лазерный луч толщиной не более 2-5 микрон. Я пока слабо представляю, как и чем это можно сделать т. к. в оптике не силен. У вас есть какие-то предложения на этот счет?

Так дальномеры Sharp по этому принципу и сделаны, только у них не два оптических датчика а больше и расположены они в линию. Там, правда, используется не лазер а инфракрасный светодиод. Есть и лазерные дальномеры, по такому же принципу, цена у них правда очень кучерявая. Проблема горизонтального позиционирования это мне кажется вообще отдельная тема. Вот посмотрите одну хорошую микрофотографию участка дорожки с иглой - может появятся какие-то ассоциации. Хорошо видны волнообразные боковые стенки дорожки.
Еще к общей теме - один мой знакомый предложил для считывания сигнала с пластинки использовать принцип интерферометра. Он заявляет, что таким образом можно получить всю информацию о звуке. Идея, на мой взгляд, вполне жизнеспособна, главное, как используя этот метод получить на выходе звук. Что-то можете сказать по этому поводу?

 

Да, свести 2-микронный лазерный луч тяжело. Но для вышеизложенной конструкции этого и не надо - надо только подсветить противоположную стенку дорожки. Фотографию видел, была опубликована в книге Торопкина и Андреев "Hi-Fi система своими руками". Идея такая родилась: так как у нас "читающий" луч достаточно широкий (чуть больше ширины канавки), то часть его отражается от боковой стенки дорожки в приёмник звукового сигнала, а чать отражается от поверхности пластиник в приёмник позиционирования. Соответственно микроконтроллер должен оброабатывать сигнал с приёмников позиционирования, и со звуковых приёмников. И вырабатывает сигнал обратной связи для позиционирования по горизонтали. Ну дальномер шарп конечно хорошо, но всё таки дешевле собственное что-то сделать.

 

Я шарпы в основном рассматривал для того, чтобы ускорить процесс создания прототипа. Начинать нужно именно с решения задачи вертикального позиционирования, иначе будут постоянные проблемы со считыванием сигнала с дорожки в виду того, что сама пластинка не идеальна в горизонтальной плоскости. Что касается вашей идеи, то ширина стенки дорожки все равно достаточно мала - в среднем около 50 мкрн. и ширина луча лазера не должна быть намного больше этой величины, иначе он будет заходить уже и на соседние дорожки.
Для горизонтального позиционирования по вашей идее, как я понял нужно будет два луча?

 

Ну да, два луча, причём одни и те же читают сигнал с дорожки и следят за положением.
А по поводу интерферометра: если брать например самую простую схему интерферометра Майкельсона (прошу простить за неприведение описания - в инете их навалом), то самое простое - это измерять яркость в центре интерференционной картины, наблюдая полосы равного наклона, но эта яркость зависит от синуса расстояния/длину волны, а не линейно. Соответственно обработка оптического сигнала превращается в нетривиальную вычислительную задачу (почитать число пробежавших интерференционных полос с интересующей нас точностью как минимум тысячная доля полосы). А так же невозможно тогда будет получить аналоговый сигнал на выходе.
Разве что использовать интерферометр в далёком инфракрасном диапазоне, когда длина волны минимум в 20 раз больше амплитуды колебаний дорожки (чтобы работать на линейном участке синусоиды)

 

А что вы думаете по поводу конструкции оптической системы фотосенсоров для позиционирования и фотосенсоров для звука? И вообще, как себе конструкцию головки представляете? Очевидно, что головка должна состоять из двух частей - основного корпуса, который должен ездить по направляющим и какой-то второй части на эл.магнитной подвеске (на манер головки сиди плеера), которая должна отрабатывать неровности поверхности пластинки удерживая луч на дорожке. Я готов начать собирать конструкцию для испытаний и есть кое-какие мысли по ее устроству, но окончательно пока она у меня в голове не сформировалась. А может как-то вообще по другому это все может быть? Я себе фантазировал, чтобы применить готовые существующие тонармы - закрепить на месте узла с иглой какой-то свой блочек с оптикой и лазером (лазерами) и отдельно механизм для его перемещения.
Вы упоминали щель на пути фотосенсора - может достаточно просто отверстия? Во всяком случае его проще сделать, да и диаметр сверла, допустим, 0,3 мм не редкость. Я выдрал несколько квадратурных сенсоров от старых сиди приводов. Все они разные и нет никаких обозначений на корпусе, так что пока не совсем понятно как их подключать. Есть похожие сенсоры, которые продаются (например, OL2100 или SLD-74D1/4), правда достать их не очень просто, во всяком случае у нас, в Украине. Но это уже детали, надо будет - достанем. А вообще, для позиционирования мне очень нравится конструкция мышиного сенсора - фактически готовый узел с подходящей оптикой. Его можно было бы использовать одновременно и для горизонтального и для вертикального позиционирования. Я сейчас хочу добраться до картинки на сенсоре, чтобы вывести ее на экран монитора и посмотреть что и как она видит на поверхности пластинки. Если мои предположения подтвердятся хотя бы частично, то можно будет двигаться и в этом направлении. Раз все равно без м/процессора не обойтись, то пусть и трудится себе в позиционере.

 

По поводу оптических сенсоров: то это должны бать фотоумножители на мой взгляд. Потому что я думаю всю оставшуюся часть делать на лампах, то пусть и детектор будет ламповым. Без щели никак не обойтись, потому что надо наблюдать очень малый кусок дорожки по длине, но достаточно большой по ширине. Датчики позиционирования дорожки - фотодиоды в обратном вклчении (обеспечивает большую линейность) Общую конструкцию я представляю себе как тангенциальный тонарм, в котором головка едзит по штанге. По хорошему вверх-вниз он должен ездить либо вместе со всей штангой, либо сама головка. Что проще реализовать пока не знаю. Возможно штангу будет достаточно вращать вокруг горизонтальной оси и опирать на управляемый шаговым двигателем упор. Высота пластинки вследствие неровностей меняется не столь быстро, чтобы шаговый двигатель не успел поднять/опустить тонарм. Головка соответственно представляется трёхлазерной: один для позиционирования по вертикали с двумя фотодатчиками (теми же фотодиодами в обратном включении) и дифференциальным усилителем (сравнивает сигнал от обоих датчиков), два для считывания сигнала с дорожки и позиционирования по горизонтали. Соответственно, как уже говорилось, сигнал звуковой отводится оптоволоконными кабелями к фотоумножителям, установленным в предусилителе-фонокорректоре.

 

Подключил сенсор от оптической мыши (16х16 пикселей) к компьютеру через LPT порт и с помощью простой программки вывел картинку на экран монитора (взял информацию по подключению с инета). Ну что сказать - дорожки видно. Единственно, крупноват пиксель при существующей оптической системе - где-то 50 микрон. Поэтому дорожка была видна как полоска шириной в один пиксель. Примерно как раз было видно в длину где-то 16 дорожек на всем поле сенсора. Кстати хорошо просматривались яркими точками пылинки, размером в среднем 1-2 пикселя. Нужно с кем-то проконсультироваться на предмет возможности использования здесь другой оптической системы, чтобы получить увеличение изображения, чтобы на всем поле сенсора умещалось не более двух дорожек. В этом случае уже можно будет говорить о "свете в конце туннеля" для одного из вариантов решения задачи позиционирования головки по горизонтали.

 

Ну, а что тут думать с оптической системой то: берём тот же мышиный объектив, и проецируем изображение на чуть более отдалённый датчик, нежели в обычном исполнении. А коли дорожки видно и сенсор не сильно здоровый, то это очень хорошо. То есть у нас получится такая система: подсветка + проекционный объектив + мышиный сенсор. Это в принципе решает проблему позиционирования по горизонтали. По вертикали можно применить аналогичный сенсор, только с лазером. Можете схемку подключения кинуть?
З. Ы. чтобы понять оптику данного процесса достаточно школьного учебника физики. Советую почитать всё таки, пригодится нам оно в этом деле.

 

Я вообще думал дать информацию по подключению мышиного сенсора, но посчитал, что вас это не очень заинтересует. Исправляюсь. Вот ссылка на первоисточник http://spritesmods.com/?art=mouseeye
Вот, кстати, еще одна ссылка на проект по применению мышиного сенсора для зрения робота. http://imobot.ru/index.php?option=com_c ... 1&Itemid=9
Там человек делал отдельную оптическую систему.
Было бы неплохо, чтобы и вы увидели реальную картинку с поверхности пластинки. Обращаю ваше внимание, что для той программки можно использовать только сенсор ADNS2610 (у меня как раз такой нашелся). В принципе, есть шанс, что должен работать и распостраненный PAN-3101. Я сравнивал его характеристики - так все совпадает, и даже распиновка. Единственно, его родной кварц нужно заменить на кварц 24 Мгц. Если будут проблемы - спрашивайте. Да, кстати, смотрите, не поцарапайте саму пластинку, когда будете по ней елозить, а то я умудрился. Подложите тонкую прокладку с отверстием для сенсора. Наверное тонкая материя или полиэтилен подойдут.
Что касается оптики, то уменя базовые знания на уровне школьного учебника имеются (в аттестате по физике стоит 4 ). Ну и самообразованием по этой части, естественно занимаюсь. А по мышиной оптике - я пытался играться расстояниями, и даже вообще ее убирал и на ее место пытался пристроить несколько разных стеклянных линз от старого фотоувеличителя. Особых успехов не добился - я думаю, что из-за того, что все это было просто в руках и я не мог четко выставить фокусное расстояние линз на крошечном сенсоре. Нужно собирать жесткую оптическую систему. Ваше мнение?

В этом случае, при фиксированном фокусном расстоянии, мы получим на сенсоре расфокусированное размытое изображение - разве не так?