Je leest:

Historisch geluid te horen via een omweg

Historisch geluid te horen via een omweg

Auteur: | 21 december 2011

Al meer dan honderd jaar liggen oude geluidsopnames klaar om beluisterd te worden, maar de platen en cilinders zijn te fragiel om af te spelen. Onderzoekers vonden er wat op: maak een virtuele versie en speel díe af. Zo zijn opnames van Alexander Graham Bell nu alsnog te horen.

Meer dan honderd jaar geleden experimenteerden wetenschappers en uitvinders met het opnemen van geluid. Aangezien de magneetband toen nog niet bestond, gebruikten ze allerlei andere materialen, zoals glas, schellak en stanniool (metalen folie). Helaas zijn deze geluidsdragers erg teer, waardoor de opnames niet meer afgespeeld kunnen worden.

Deze glazen grammofoonplaat uit 1885 is niet zomaar af te spelen.

Tenminste, niet op de gangbare manier. Onderzoekers van Berkeley (University of California, VS), het National Museum of American History en de Library of Congress slaagden erin het geluid via een 3D-scan alsnog hoorbaar te maken.

Opnemen, maar niet afspelen

De eerste geluidsopnames werden gemaakt door een naald in een cilinder met was te drukken: de wasrol draaide onder de naald en hoe harder het geluid, hoe meer de naald de was indrukte. De diepte van de groef hangt dus af van het volume. Het tempo waarin de diepte wisselt (het aantal hobbels en dalen per centimeter) correspondeert met de toon.

Thomas Edison bedacht aan het einde van de negentiende eeuw de wasrol om geluid mee op te nemen. Voor het afspelen gebruik je een fonograaf, die zie je rechts.
Flickr

De cilinder werd later vervangen door een platte plaat, de grammofoonplaat. Ook daarbij worden de groeven met een naald gemaakt, alleen gaat de naald nu niet dieper/ondieper op basis van het geluid, maar naar links of rechts. Van heel dichtbij kun je dat goed zien aan de bochten in de groef (zie hieronder).

Deze close-ups tonen de groeven op een grammofoonplaat. Hoe harder het geluid bij het opnemen klonk, hoe meer de naald naar opzij ging. En hoe sneller de bochten elkaar opvolgen, hoe hoger de toon.

Om het opgenomen geluid weer af te spelen, moet je normaal gesproken een naald langs de groef laten gaan en de bewegingen weer omzetten in geluid. Maar heel oude cilinders of de grammofoonplaten kunnen hierdoor worden beschadigd. Ze zijn van zulk teer materiaal, dat de naald de groeven kan vervormen.

Op basis van foto’s

Het Amerikaanse onderzoeksteam bedacht daarom wat anders om oude opnames te beluisteren: ze spelen niet de echte cilinder of plaat af, maar een virtuele versie daarvan. Ze fotograferen of scannen de oorspronkelijke drager, analyseren de groeven en bepalen hoe een naald hierlangs zou gaan. Op deze manier berekent de computer hoe het geluid moet klinken.

In 2003 presenteerde Berkeley de eerste versie van de techniek, waarbij ze met een speciale camera close-upfoto’s van de groeven maakten, zoals je hierboven zag. De foto moet heel nauwkeurig zijn, want een groef is hoogstens twee millimeter breed en de afwijkingen naar links en rechts zijn dus helemaal klein. Deze afwijkingen zijn echter bepalend voor het geluid, dus als de foto niet klopt, zal het geluid ook niet kloppen.

Dit apparaat (genaamd IRENE) maakt microscopische foto’s van de grammofoonplaat. Met beeldverwerkingssoftware werden vervolgens randen in het beeld herkend, waarbij twee randen samen één groef vormen.

De onderzoekers testen het systeem met een opname uit omstreeks 1950 die ook op de gangbare manier kon worden afgespeeld. Hieronder vind je beide versies:

Grammofoonplaat met ‘Goodnight Irene’ afgespeeld met ouderwetse platenspeler: >>> Goodnight Irene – platenspeler

Gereconstrueerde versie van ‘Goodnight Irene’: >>> Goodnight Irene – gereconstrueerd

Zoals je hoort, wijkt de gereconstrueerde versie niet veel af van het origineel. Er is nu zelfs minder ruis te horen. Dat blijkt ook uit analyses op de computer (zie hieronder).

Als je de geluidsgolven van de twee versies naast elkaar legt, zie je vrijwel hetzelfde patroon. De lijn van de echte versie is wat grilliger; dat strookt met het horen van meer ruis.
Fadeyev en Haber, 2003

In 3D

Voor grammofoonplaten werkt deze techniek dus goed, maar opnames op een cilinder kun je er niet mee reconstrueren. Op een foto zie je tenslotte geen diepte. De onderzoekers ontwikkelden daarom ook een 3D-variant. Daarbij werken ze niet met gewone close-upfoto’s, maar met 3D-beelden gemaakt met een confocale microscoop (zie hieronder).

Confocale microscopie

Een confocale microscoop belicht telkens heel precies een bepaald punt van een object; aan het oppervlakte of ergens binnenin het object. Dat betekent dat je met zo’n microscoop een beeld kunt maken van elke laag. Bij elkaar vormen de ‘laag-beelden’ vervolgens een 3D-model van het object.

Het principe van deze techniek werd al in de jaren vijftig bedacht door Marvin Minsky, maar pas sinds een aantal jaar is de methode snel genoeg om binnen afzienbare tijd een object geheel in 3D te scannen.

Het object wordt (via een spiegel) door een laser belicht, maar door een extra lens komt de straal alleen op één specifiek punt. Zo wordt alleen de weerkaatsing van dat punt door de detector opgevangen.

Hieronder zie je een stukje cilinder in 3D, met rechtsboven een weergave van bovenaf. De grafiek onderin laat zien hoe de diepte wisselt als je de aangegeven lijn volgt. Dit is in feite weer net zo’n geluidsgolf als eerder bij de grammofoonplaat.

Fadeyev en Haber, 2004

De gereconstrueerde geluidsgolf hebben de onderzoekers vervolgens weer hoorbaar gemaakt en vergeleken met een gewoon afgespeelde versie:

Cilinder met ‘Just before the battle, Mother’ afgespeeld met een Archeophone-speler: >>> Just Before the Battle – cilinderspeler

Gereconstrueerde versie van ‘Just before the battle, Mother’: >>> Just Before the Battle – gereconstrueerd

Ook in dit geval is de reconstructie even goed of zelfs beter dan het origineel.

De Volta Laboratory Associates (1880-1885) waren Alexander Graham Bell, Charles Sumner Tainter en Bells neef Chichester Bell, een bekende Britse chemicus. De groep experimenteerde met technieken voor telefonie en geluidsopname. Een aantal van hun resultaten stuurden ze in verzegelde dozen naar het Smithsonian, zodat ze later eventueel konden bewijzen dat zij de eerste waren met een uitvinding. Dat bleek echter niet nodig en zodoende bleven de dozen gesloten. In 1937 werden ze alsnog geopend, in het bijzijn van de dochters en kleinzoon van Bell.

Glazen platen

Deze maand werd weer een nieuwe mijlpaal bereikt met de optische reconstructietechniek (optisch omdat het op basis van beeldmateriaal gebeurt). De onderzoekers slaagden erin zes opnames van de Volta Laboratory Associates hoorbaar te maken (zie kader).

“De opnames waren gemaakt op verschillende materialen, zoals rubber, bijenwas, glas, tinfolie en koper, aangezien de uitvinders een materiaal probeerde te vinden dat geluid kon vasthouden”, vertelt Carlene Stephens, curator van National Museum of American History. “We weten niet wat erop staat; we hebben slechts een paar cryptische notities op sommige platen en wat vage aantekeningen in een oude catalogus van het Smithsonian.” Met de optische reconstructiemethode kunnen we nu wél horen wat de Associates hebben opgenomen:

(Meer opnames vind je op YouTube)

De reconstructie van de zes opnames is een eerste stap: de bedoeling is om zoveel mogelijk historische platen en cilinders te digitaliseren. Het Smithsonian heeft ongeveer vierhonderd van de oudste, ooit gemaakte opnames in huis. Die kunnen inzicht geven in allerlei zaken, van het proces van uitvinden tot spraakpatronen in de laat-negentiende eeuw.

Zie ook:

Bronnen

  • Fadeyev and Haber, ‘Reconstruction of Mechanically Recorded Sound by Image Processing’, J. Audio Eng. Soc., vol. 51, no.12, pp.1172-1185, 2003.
  • Fadeyev et al., ‘Reconstruction of Recorded Sound from an Edison Cylinder using Three-Dimensional Non-Contact Optical Surface Metrology’, J. Audio Eng. Soc., vol. 53, no.6, pp.485-508, 2005.

Lees meer over geluid op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/geluid/index.atom?m=of", “max”=>"8", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 december 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.