Một nhà vật lý sử dụng tia X để cứu những bản thu âm cũ

Các nhà nghiên cứu đang phát triển một kỹ thuật sử dụng ánh sáng tia X synchrotron đặc biệt từ máy gia tốc Swiss Light Source SLS để số hóa không phá hủy những bản thu âm từ những băng audio có giá trị cao tồn tại đã lâu – bao gồm những báu vật từ kho lưu trữ Montreux Jazz Festival, như bản thu âm hiếm của Vua nhạc Blues, B.B. King.

Sebastian Gliga đang quấn một băng từ trên Studer A80.

Các băng từ đã từng biến mất khỏi đời sống của chúng ta và giờ chỉ còn tồn tại trong một góc đầy hoài niệm. Tuy nhiên, một lượng đáng kể những dạng lưu trữ từ tính analog này vẫn còn được cất giữ trong các kho lưu trữ của nhiều studio âm thanh, các phòng thu radio, truyền hình, bảo tàng và các bộ sưu tập cá nhân trên toàn thế giới. Việc số hóa những băng từ này là một thách thức ngày càng lớn, cộng thêm với việc phải chạy đua với thời gian, vì các băng từ bị xuống cấp và cuối cùng trở nên không thể sử dụng được.

Sebastian Gliga, một nhà vật lý tại PSI và là chuyên gia về nano từ, cùng nhóm nghiên cứu của mình đang phát triển một phương pháp không phá hủy để số hóa những băng từ audio đang bị xuống cấp bằng việc sử dụng nguồn sáng tia X. Để đạt được mục tiêu này, họ đã hợp tác với Kho lưu trữ Âm thanh quốc gia Thụy Sĩ, nơi đã tạo ra những bản thu âm tham chiếu theo yêu cầu của khách hàng và cung cấp những know-how về kỹ thuật audio. Giờ thì một mối hợp tác đã được hình thành với Dự án Số hóa Jazz Montreux để giúp phát triển và kiểm tra phương pháp này.

Cứu lấy các băng từ audio khỏi phân rã

Những thành viên của nhóm nhạc rock nổi tiếng Queen gần đây phải đối mặt với một thách thức lớn. Trong studio của mình, các nghệ sĩ tìm thấy một băng từ được ghi vào năm 1988 có một bài hát của giọng ca huyền thoại Freddie Mercury, người qua đời vào năm 1991. Tuy nhiên, băng từ này đã bị tàn phá nghiêm trọng. Đầu tiên, không ai tin là họ có thể cứu được bản thu âm này. Với nỗ lực rất lớn, các kỹ sư âm thanh đã đạt được thành công.
“Nó giống như khâu các mảnh vỡ lại với nhau”, nghệ sĩ guitare Brian May nói với BBC. Vào ngày 13/10/2022, bài hát “Face It Alone” cuối cùng đã được phát đi và gây bão các bảng xếp hạng toàn cầu, hơn 30 năm sau khi bản thu âm được tạo ra.

“Ví dụ này chứng tỏ là các băng từ không được làm để tồn tại vĩnh viễn”, Gliga giải thích. “Vật liệu này phân rã theo thời gian và có thể không thể phát lại nổi lần nữa”. Do khó có thể tập hợp và phục hồi lại các băng từ, Gliga và nhóm nghiên cứu của mình đã theo đuổi một cách tiếp cận hoàn toàn khác. Họ sử dụng bức xạ synchrotron: “Với ánh sáng tia X từ máy synchrotron, chúng tôi có thể tái cấu trúc những mảnh băng từ bị hư hại mà không cần chạm vào chúng”.

BB King trình diễn “Merry Christmas Baby” tại Washington, D.C., ngày 9/12/2010. (Pete Souza/Official White House)

Một bản thu âm buổi hòa nhạc độc nhất vô nhị của huyền thoại nhạc blues B.B. King hiện đang được đặt trong phòng thí nghiệm của Gliga. Vào năm 1980, Vua nhạc Blue đã biểu diễn trong buổi hòa nhạc thứ hai của mình tại Montreux Jazz Festival – một buổi biểu diễn dài 48 phút đã được kỹ sư âm thanh Thụy Sĩ Philippe Zumbrunn ghi lại. Ngày nay, chỉ có khoảng 12 bản thu âm này còn có thể bật lên được. Thành phần hóa học của băng từ đã bị phân rã, tình trạng nặng đến mức việc bật nó ở mọi thiết bị phát thông thường sẽ chỉ làm phá hủy thêm băng từ đó.

“Chúng tôi không chỉ quan tâm đến nội dung âm nhạc trong bản thu âm đó của B.B. King mà còn muốn giải quyết thách thức về những tình trạng phân rã hiện nay của băng từ”, Gliga nói. “Bức xạ synchrotron có thể vượt qua những giới hạn của các phương pháp phục hồi thông thường”.

Đọc các trạng thái từ

Các băng audio lưu trữ thông tin trong một lớp các hạt từ bé nhỏ – giống như cái kim của la bàn nhỏ chỉ về hướng bắc hoặc hướng nam. Khi băng từ ghi âm, hướng từ của chúng thay đổi – băng trở nên từ hóa và thông tin âm thanh được lưu trữ dưới dạng vật lý trong mẫu định hướng. Để bật mẫu hình này lên, băng được chuyển sang đầu phát nhạc. Vì từ trường thay đổi liên tục thông qua mẫu hình này, một điện áp được tạo ra ở đầu phát và một tín hiệu điện được tạo ra. Tín hiệu này được khuếch đại và chuyển thành tín hiệu âm học.

Với phương pháp tia X của mình, Gliga không phụ thuộc vào từ trường mà vào các kim la bàn tạo ra từ trường. “Các trạng thái từ hóa của những hạt bé nhỏ có kích thước nhỏ hơn một phần mười sợi tóc người có thể đọc được hầu như từng ánh sáng tia X ở SLS và chuyển nó thành tín hiệu âm thanh chất lượng cao”, anh nói.

Bản sao chính xác nhất

“Số hóa là một quá trình liên tục”, nhà vật lý này giải thích. Tỉ lệ mẫu rất quan trọng. Nhóm nghiên cứu chỉ ra tần số mà tại đó một tín hiệu analog được chuyên đổi thành tín hiệu số. Sóng âm liên tục bị phân chia vào các phần của một khoảng thời gian nhất định và được lưu trữ về mặt số hóa. Một tỉ lệ mẫu cao hơn nghĩa là độ phân giải cao hơn trong số hóa tín hiệu gốc.

Khi ánh sáng synchrotron có thể đo đạc hầu từng kim từ trên băng từ, có thể đạt được độ phân giải chưa từng có trước đây. “Chúng tôi đã có được một sản phẩm giống như một bản sao chính xác bậc nhất”, Gliga nói.

Băng âm thanh từ tính được phủ một lớp các hạt từ tính nhỏ – giống như kim la bàn có hướng được sử dụng để lưu trữ thông tin. Để làm cho các bản ghi âm được lưu trữ trên các băng lịch sử đã xuống cấp có thể nghe lại được, Sebastian Gliga và nhóm của anh sử dụng ánh sáng synchrotron giống như ánh sáng do SLS tạo ra.

Hoài niệm gặp công nghệ cao

Rất nhiều thành phần trong thế giới âm thanh là vật lý và nó có thể được biểu hiện trong những công thức và con số. Tuy nhiên, khi nó trở thành các khái niệm như âm thanh và chất lượng sản xuất thì trải nghiệm âm thanh chủ quan là điều tối quan trọng. Đó là lý do giải thích tại sao Gliga hợp tác với các chuyên gia âm thanh như kỹ sư âm thanh ở Basel và nhạc sĩ Daniel Dettwiler. Dettwiler được biết đến bởi việc xử lý âm nhạc analog. Phòng thu của anh giờ chứa cả Studer A80, một thiết bị đọc băng từ có thể ghi và bật các băng từ với độ chính xác cao.

“Những gì chúng tôi tái cấu trúc với tia X là tín hiệu âm thanh thô khi được lưu trữ trong băng từ”, Gliga giải thích. Tuy nhiên nếu như bạn muốn nghe băng từ tương tự trên Studer, bạn cần có một tín hiệu hơi khác một chút. “Sở dĩ như vậy là nó phụ thuộc vào linh kiện điện tử có trong thiết bị này với chức năng xử lý và điều chỉnh thêm âm thanh”.

Gliga và nhóm nghiên cứu của mình do đó sử dụng thiết bị analog từ những năm 1970 để so sánh âm thanh trích xuất ra từ synchrotron với các âm thanh được số hóa thông thường.

Tại khoảnh khắc này, tia sáng synchrotron vẫn đang tắt – đó là ‘thời gian tối’ tại SLS. Trung tâm máy gia tốc lớn này đang trong quá trình nâng cấp toàn diện từ giờ đến đầu năm 2025 với mục tiêu cải thiện độ sáng của chùm tia synchrotron.

“Phương pháp của chúng tôi sẽ đem lại lợi ích lớn hơn từ lần nâng cấp này, và nó sẽ cho phép có thể thực hiện những đo đạc hiệu quả hơn nhiều”, các nhà vật lý giải thích.

Anh Vũ tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2024-04-physicist-rays-music.html

https://www.miragenews.com/rescuing-music-with-x-rays-1210605/

Tác giả