Płyta CD

Płyta CD



Typ mediów	Dysk optyczny
Pojemność	0,21 do 0,91 GB , przez większość czasu 0,74 GB
Mechanizm czytania	Dioda laserowa o długości fali 780 nm
Opracowany przez	Philips , Sony Corporation
Wymiary fizyczne	Ø 12 cm / 8 cm
Używany do	Odtwarzacze CD , systemy hi-fi , komputery , konsole do gier wideo

Compact disc , najczęściej określany przez jego akronim CD - skrót od Compact Disc - to dysk optyczny używany do przechowywania danych w cyfrowej formie .

Compact Disc został opracowany przez firmy Sony i Philips i sprzedawany od grudnia 1982 roku (marzec 1983 we Francji).

Na początku lat 90. stał się bardziej demokratyczny i stopniowo zastępował nośniki analogowe ( płyta LP , kaseta audio ).

Zasada działania

Technika płyt kompaktowych opiera się na metodzie optycznej: spójna wiązka światła ( laser ) pada na obracający się dysk. Nieregularności (zwane „ wgłębieniami ”, wnękami, których długość waha się między 0,833 a 3,56 µm i których szerokość wynosi 0,6 µm ) w ich odbijającej powierzchni powodują zmiany binarne . Odzwierciedlenie ray jest rejestrowane przez czujnik . Dokładniej, gdy wiązka przechodzi z płaskiej powierzchni do tej wnęki, występuje interferencja : gdy wiązka napotyka tylko płaską powierzchnię, natężenie światła odbitego w kierunku czujnika jest maksymalne i odpowiada temu stanowi binarnej wartości 0; gdy wiązka przechodzi nad zagłębieniem , czujnik wykrywa zakłócenia i zmniejsza się intensywność odbieranego sygnału. Następnie przypisywana jest wartość binarna 1 . Rzeczywiście, gdy laser jest emitowany na takiej nieciągłości, część emitowanych promieni świetlnych zostanie odbita od wgłębienia, a druga część odbije się od płaskiej powierzchni. Powstaje również różnica drogi między tymi dwoma odbitymi promieniami, to znaczy przesunięcie fazowe między dwiema falami. Jednak głębokość wgłębienia jest bardzo specyficzna dla głębokości lasera używanego do odczytu, w rzeczywistości wynosi λ / 4, przy czym λ jest długością fali lasera. Mówi się, że dwie fale pochodzące ze spójnego źródła są konstruktywne (to znaczy, że ich amplitudy sumują się), gdy odnotowana różnica ścieżek δ spełnia: δ = λ · k , gdzie k jest liczbą całkowitą względną. Dzieje się tak, gdy laser odbija się od płaskiego lub wgłębienia ( k = 0 ). Wręcz przeciwnie, gdy promień odbija się w wydrążonym / płaskim (lub płaskim / pustym) przejściu, w którym fala odbita w zagłębieniu przemieszcza się przez głębokość zagłębienia pomnożoną przez dwa (podróż w obie strony plus powrót), tj. Odległość d = 2 λ / 4 = λ / 2 , wartość różnicy ścieżek weryfikuje: δ = λ ( k + 0,5) , co odpowiada różnicy ścieżek fal niszczących (których amplitudy znoszą się nawzajem). Zatem to natężenie sygnału świetlnego odbitego na torze nośnika danych i odebranego przez czujnik - który wiąże zmiany napięcia z odebranymi zmianami natężenia - jest kodowane binarnie. Gdy płyta kompaktowa jest używana jako nośnik do słuchania muzyki (pierwsze użycie), informacje binarne są następnie przetwarzane na sygnał analogowy przez przetwornik cyfrowo-analogowy .

Od samego początku medium to było promowane przez swoich wynalazców i wydawców muzycznych jako oferujące lepszą jakość dźwięku niż inne istniejące media (w szczególności płyty winylowe ). Te cechy są czasami kwestionowane i pojawiły się nowe nośniki o wyższej rozdzielczości ( SACD : Super Audio Compact Disc lub DVD -A: Digital Versatile Disc Audio ). Zwracamy również uwagę na odrodzenie się popularności nośników winylowych .

Historia

kreacja

Płyta kompaktowa została wynaleziona wspólnie przez firmy Philips i Sony Corporation . Kiedy obie firmy zdecydowały się współpracować w 1979 r. , Projekt wymagał wyposażenia stopni laserowych w najpotężniejsze mikroczipy, jakie kiedykolwiek zostały wydane dla produktu konsumenckiego. Pierwsze płyty CD były sprzedawane od grudnia 1982 (marzec 1983 we Francji).

Wsparcie to przyniosło znaczny postęp w porównaniu z płytami LP (które same w sobie były ogromnym postępem w porównaniu z 78 - tami ), jeśli chodzi o dźwięk i obsługę:

poprawa dynamiki dźwięku (+/- 100 dB dla CD, maksymalnie 45 dB dla mikrorowek ), odczyt optyczny uwolniony od zniekształceń wywołanych wcześniej przez cały rowek / czubek;
wydłużenie czasu odsłuchu: potencjalnie do 74, a następnie 80 minut, czyli dwukrotnie więcej niż przy 33 obr./min ;
redukcja szumów odczytu pochodzenia mechanicznego: szum powierzchniowy płyty, talerza i samej płyty wchodzących w rezonans mechaniczny i akustyczny z silnikiem napędowym;
płyta znacznie mniej podatna niż płyta LP na kurz (w tym te indukowane elektrycznością statyczną), a nawet zarysowania, mimo to laser radzi sobie z podążaniem za ścieżką odczytu, a nieczytelne informacje są zastępowane sygnałem dźwiękowym, biorąc pod uwagę niektóre zakres powyższych i następujących;
dużo mniejsze, lżejsze, mniej masywne i łatwiejsze w obsłudze niż płyta LP;
możliwość lepszego spektrum dźwięków niskich i wysokich częstotliwości w zakresie od 20 Hz do 22 kHz ;
koniec problemu z kruchym i zatykającym się rysikiem (komórkę lasera należy regularnie czyścić);
bezpośredni dostęp do początku każdego utworu, możliwość wyświetlania taktowania i przyspieszonego odtwarzania.

W 1980 roku Czerwona Księga (dosłownie po francusku: „Livre rouge”) określiła parametry techniczne nowego dysku i podział patentów między dwoma konkurentami: w firmie Philips projekt płyty CD (na podstawie ich doświadczeń z Laserdisc ) i soczewki umożliwiające czytanie; Sony podaje definicję formatu używanego do digitalizacji muzyki oraz metodę korekcji błędów . Wśród głównych członków zespołu najbardziej znani są Pieter Kramer (dyrektor optycznego laboratorium badawczego Philipsa w latach 70. ) i Kees A.Schouhamer Immink z Philipsa, Toshitada Doi z Sony i Michel Motro z Hitachi (ówczesny dyrektor działu innowacji grupy).

Pierwsze prototypy wyprodukowane przez firmę Philips miały średnicę 115 mm , kodowanie 14- bitowe i czas trwania 60 minut . Sony nalegało, abyśmy przyjęli kodowanie 16-bitowe i czas trwania 74 min , stąd średnica wzrosła do 120 mm . Możliwość ta została wybrana na żądanie Herbert von Karajan , tak że wolniejsza wersja 9 th Symphony z Beethovena , zanotowanego w Festiwalu Bayreuth 1951 pod kierownictwem Wilhelm Furtwängler , pasowanie na pojedynczej płycie. Sony wskazało, że stało się to na prośbę żony swojego prezesa, z tych samych powodów. Prawda jest mniej romantyczna: w momencie uruchamiania produkcji przemysłowej Philips miałby przewagę dzięki linii produkcyjnej zdolnej do szybkiego dostarczania tych 11,5 cm dysków , co nie odpowiadało japońskiej firmie Sony. czytelników. Z tych samych powodów Philips nie chciał faworyzować własnego formatu 10 cm firmy Sony. Kompromisem był dysk 12 cm, który nie dawał przewagi żadnemu z dwóch producentów, jednocześnie pozwalając na wykorzystanie wszystkich opracowanych wcześniej rozwiązań technicznych i elektronicznych. Decyzje te zostały podjęte przez kierownictwo i narzucone ekspertom zespołów technicznych.

Dlatego też dysk o średnicy 12 cm miał teoretyczny czas odtwarzania 74 minuty i 30 sekund. W owym czasie maksymalny czas nagrywania w praktyce ograniczał się do 72 minut, ponieważ pierwszymi nośnikami do masteringu dźwięku cyfrowego były kasety wideo w formacie U-matic , dla których był to maksymalny czas nagrywania. Najdłuższa wersja symfonii Beethovena nie mogła znaleźć miejsca w całości na płycie CD i tak przed 1988 rokiem, kiedy pojawiły się nowe media do cyfrowego masteringu .

Philips i Sony ogłosiły pod koniec sierpnia 1982 r., Że są gotowe do wydania swojego nowego produktu i rozpoczęły sprzedaż jesienią. Produkcja przemysłowa rozpoczęła się 17 sierpnia 1982 r. W Langenhagen koło Hanoweru ( RFN ). Pierwsze albumy produkowane były Alpine Symphony , przez Richarda Straussa ( Herbert von Karajan z Filharmonii Berlińskiej ) oraz zwiedzających ( ABBA ). Pierwsza płyta została sprzedana do Japonii na 1 st listopada 1982 roku wraz z albumem ulicy 52. z Billy Joel . W Europie pierwszy odtwarzacz CD został wydany w marcu 1983 roku.

Na początku marketingu CD dokonano rozróżnienia pomiędzy procesami analogowymi (A) i cyfrowymi (D, dla cyfry ) dla trzech głównych faz nagrywania (teoretycznie wskazanych na każdej komercyjnie dostępnej płycie CD):

AAD (Analogue-Analogue-Digital): korzystanie z analogowego magnetofonu podczas sesji nagraniowych, miksowania i / lub edycji oraz cyfrowego do nagrywania. W przypadku starych „zdigitalizowanych” nagrań analogowych znajdujemy również wzmiankę „ AAD mastered ”, przekształcając sygnał analogowy na sygnał cyfrowy w „piłokształtnym” (w zasadzie lepszym, ponieważ składa się z bitów 0 lub 1, usuwając w ten sposób sygnały zakłócające lub w szczególności hałas powierzchniowy);
ADD (Analog-Digital-Digital): użycie magnetofonu analogowego podczas sesji nagraniowych, a następnie cyfrowego do miksowania i / lub edycji, a następnie nagrywania;
DDD (Digital-Digital-Digital, the best of high fidelity): korzystanie z cyfrowego magnetofonu podczas sesji nagraniowych, miksowania i / lub edycji, a następnie nagrywania.

Zamiennik płyty LP

Sukces CD następuje stopniowo, zwłaszcza że branża nagraniowa zdecydowała się na cenę sprzedaży zwiększoną o 60 do 70% (we Francji) w porównaniu z LP, a pierwsze urządzenia odtwarzające również są drogie (w 1983 r. niż miesięczna płaca minimalna , we Francji, aw 1988 zaczęliśmy widzieć modele kosztujące około 50% miesięcznej płacy minimalnej, początkowo ograniczone do albumu The Visitors zespołu ABBA ( PolyGram , wytwórnia Philips) i nagrania Richarda Straussa. Alpine Symphony pod dyrekcją Karajana. W rzeczywistości płyta CD była we wczesnych latach używana głównie jako medium zarezerwowane dla miłośników muzyki klasycznej, ze względu na oferowaną jakość dźwięku. W ten sposób firma Philips wyprodukowała około 200 tytułów, głównie klasycznych. To właśnie marketing albumu Brothers in Arms w 1985 roku przez grupę Dire Straits (pierwszy całkowicie cyfrowy album) zdemokratyzował płytę: album sprzedał się w ponad milionie egzemplarzy. Nie ma już wątpliwości, że płyta CD wydaje się być nośnikiem dźwięku przyszłości.

Już w 1986 roku gramofony laserowe sprzedawały się lepiej niż inne, aw 1988 roku sprzedaż płyt CD przekroczyła sprzedaż płyt winylowych. We Francji demokratyzacja płyty odbywa się poprzez działalność niezależnych wydawców, takich jak NTI (David Mufflarz) i Christian Brunet (Levitan SA - CD One music). Ten niezależny jako pierwszy pracuje na „dnie katalogu”, a więc za rozsądną cenę sprzedaży, podczas gdy płyta CD jest zawsze oferowana po cenach, które mogą motywować jedynie elity odbiorców. W ten sposób bardzo tanie kolekcje pojawiają się w obiegu masowej dystrybucji, gdzie płyty CD sprzedawane przez główne firmy są przesadnie drogie. Od 1991 roku pudełka z dziesięcioma płytami CD były sprzedawane za mniej niż 90 franków (13,72 euro). Ta kolekcja („Classic Romance”) zostanie sprzedana w nakładzie 2,5 miliona egzemplarzy w niecały miesiąc, pod koniec wakacji w roku. Ta polityka cenowa spowoduje eksplozję sprzedaży odtwarzaczy CD we Francji.

Płyta odniosła duży sukces i szybko zastąpiła płyty winylowe jako nośnik muzyczny, w szczególności dzięki następującym cechom:

brak zużycia spowodowanego odczytem optycznym (eliminuje to kontakt mechaniczny, a tym samym degradację podpory przez tarcie). Ostrożni użytkownicy utrzymują swoje płyty CD w dobrym stanie, przechowując je w etui (aby uniknąć kurzu i zarysowań), pionowo (aby uniknąć wypaczenia ), z dala od ciepła, światła i wilgoci ;
rozmiary nośników: jego średnica 12 cm zapewnia przenośność, której nie miała płyta LP. Drugi format 8 cm jest również znormalizowany, ale rzadko używany;
grubość nominalna wynosi 1,2 mm ;
„Teoretyczna” jakość odtwarzania dźwięku lepsza niż kasety audio i płyty winylowe. ( Znacznie wyższy stosunek sygnału do szumu , dokładna reprodukcja przy każdym odczycie dzięki systemowi korekcji błędów. Jednak wymagający audiofile lub melomani czasami wolą „analogowy” dźwięk z winylu, który uważają za bardziej muzykalny, bardziej naturalny i dokładniejszy w Wynika to z aliasingu podczas nagrywania, ze względu na słabe filtrowanie częstotliwości powyżej połowy częstotliwości próbkowania (patrz też twierdzenie o próbkowaniu Nyquista-Shannona ). Wada ta była dość częsta w pierwszych nagraniach cyfrowych, które nie miały filtrów o dostatecznej jakości Aliasing daje agresywne i nieprzyjemne wzloty, których wtedy nie da się skorygować Oversampling , polegający na lepszej interpolacji sygnału, pozwala na uproszczenie filtrowania przy restytucji. Cyfrowy format SACD prezentuje lepszą rozdzielczość cyfrową niż CD, ale nie narzucił się (jego zalety techniki były niedostrzegalne dla dużej części potencjalnych słuchaczy, przez co nie były w stanie uzasadnić ich dodatkowego kosztu, podczas gdy pojawiły się w okresie głębokich zmian w zwyczajach konsumpcyjnych ogółu społeczeństwa, wraz z pojawieniem się piractwa na dużą skalę i dystrybucja muzyki w zdematerializowanej formie , konsekwencje boomu na komputery osobiste i Internet);
powrót do pełnego odsłuchu bez konieczności zwracania nośnika audio w odtwarzaczu, z dostępem bez mechanicznej manipulacji, czego nie widziano od czasu zniknięcia 8-ścieżkowych wkładek . Płyty winylowe są nagrane z dwóch stron, więc trzeba je odwrócić do połowy; niektóre magnetofony miały tak zwany system „ autorewersu ” odwracający kierunek ruchu i przełączający głowice czytające na końcu taśmy;
bezpośredni dostęp do różnych piosenek (dla niektórych czytelników), jak również do indeksów dla każdego utworu; niektóre magnetofony miały również system wyszukiwania ścieżek, który wykrywał fragmenty bez danych audio (ten system jest oczywiście wolniejszy niż na płycie audio CD).

CD-R (CD puste spalić) mają takie same wymiary i może być używany do przechowywania danych Czerwonej Księgi (który wyznacza standard dla płyt audio, takich jak 44,1 kHz o częstotliwość próbkowania i rozdzielczość 16-bit). Rozróżnia się płyty CD-R do komputerów PC , które są przeznaczone do użytku z nagrywarką wbudowaną w komputer , oraz płyty CD-R audio , które są przeznaczone specjalnie do samodzielnych domowych nagrywarek (które nie mogą odtwarzać płyt CD-R z komputera ). Są ponadto droższe, ponieważ w przypadku opłat licencyjnych, które są przekazywane do SACEM we Francji lub SABAM w Belgii, bierze się pod uwagę pewien procent .

Compact Disc jest znakiem towarowym firmy w holenderskiej firmy Koninklijke Philips Electronics NV i ostatnia odmawia korzystania z zarejestrowanego określenie dla dowolnej płyty audio, zabezpieczonych przed kopiowaniem.

Szczegóły fizyczne

Płyty kompaktowe wykonane są z płytki poliwęglanowej o grubości 1,2 milimetra pokrytej cienką warstwą aluminium (pierwotnie była to warstwa złota i nadal tak jest w przypadku płyt o długiej żywotności) zabezpieczonej warstwą lakieru. Ten film można również wydrukować w celu zilustrowania dysku. Techniki druku to offset i sitodruk . Różne warstwy są nakładane przez maszynę w stanie ciekłym wokół obrzeża środka tarczy i rozprowadzane po powierzchni przez siłę odśrodkową , aby zagwarantować równomierne rozprowadzenie.

Informacje na standardowej płycie CD są zakodowane na spiralnej ścieżce komórek uformowanej z poliwęglanu. Każda komórka ma w przybliżeniu od 125 nm (0,125 µm ) do 500 nm szerokości i od 833 nm do 3,5 µm długości. Przestrzeń między ścieżkami wynosi 1,6 µm . Aby dać wyobrażenie o wymiarach, gdyby tarcza była skalowana do rozmiaru stadionu piłkarskiego, komórka byłaby wielkości ziarenka piasku. Spirala zaczyna się prawie w środku tarczy i kończy się na obwodzie, co pozwala na użycie kilku rozmiarów dysków.

Płyta CD jest odczytywana przez diodę lasera 780 nm w długości fali przez poliwęglanowej warstwy (średnica plamki: 1,04 | im ). Różnica w głębokości między komórką (wydrążoną) a płaską powierzchnią (wypukłość) stanowi jedną czwartą długości fali lasera, co pozwala na przesunięcie fazowe o połowę długości fali między odbiciem lasera w komórce i na płaska powierzchnia. Niszczące zakłócenia spowodowane tym odbicia zmniejsza się natężenie światła odbitego w komórce w porównaniu z odbiciem na płaskiej powierzchni. Mierząc to natężenie za pomocą fotodiody , jesteśmy w stanie odczytać dane z dysku.

Spadki i wstrząsy nie reprezentują „0” i „1” w informacjach binarnych. Jest to przejście od niecki do nierówności lub od nierówności do niecki, które wskazuje „1”. Jeśli nie ma wyboju, jest to „0”. Nazywa się to „frontem”.

Następnie dane te są poddawane obróbce EFM ( modulacja od ośmiu do czternastu ) stosowanej podczas kodowania cyfrowych danych audio na dane cyfrowe dla płyty audio CD, tak aby uzyskać nieprzetworzone cyfrowe dane audio.

Obraz AFM płyty CD.
Obraz SEM płyty CD.
CD z usuniętą warstwą metaliczną.

Metoda wytwarzania

Przemysłowa produkcja płyty CD przebiega na różnych etapach: płyta CD wyprodukowana w ten sposób zapewnia około stuletnią żywotność, jeśli jest przechowywana i ostrożnie się z nią obchodzi. Dla porównania, CD-R ma żywotność rzędu dziesięciu lat, ze względu na swoją wrażliwość na promienie świetlne.

Premastering

Tworzenia wzorca odpowiada transkrypcji informacji klienta na taśmie dziewięć-track, przechodząc przez korekcji błędu fazy i formatowanie plików w ISO 9660 Format w przypadku CD-ROM .

Podstawową funkcją prematrixingu jest obliczenie kodu detektora i kodu korekcyjnego . Kody te są zawarte w 288 bajtach dołączonych do 2 KB informacji oraz informacji o synchronizacji i nagłówku. Ten proces pomaga zapobiegać błędom transmisji.

Po zakończeniu tego kroku nie ma dalszej modyfikacji wprowadzanych danych.

Tworzenie macierzy dyskowej

Utworzenie dysku matrycowego, zwanego również szklaną matrycą, odpowiada znakowaniu danych na szklanym dysku.

Punktem wyjścia dysku matrycy jest wysoce wypolerowane szkło, którego charakterystyka powierzchni bardzo przypomina lustro astronomiczne . Ta szklana płyta jest pokryta światłoczułym podłożem zwanym światłoczułą żywicą. Pokrycie płytki procesem wirowania (osadzanie odśrodkowe) zapewnia absolutnie płaską i jednorodną warstwę o grubości 120 nm . To grubość tej warstwy decyduje o głębokości wgłębień.

Rejestracja danych odbywa się za pomocą urządzenia emitującego wiązkę laserową, która jest aktywowana i dezaktywowana zgodnie z przesyłanymi informacjami. Tak zmodulowany promień oznacza światłoczułą warstwę płyty szklanej.

Szklany krążek następnie umieszcza się w rozwijającej się kąpieli. Miejsca zmienione przez promień są myte, odsłaniając w ten sposób pierwsze wgłębienia.

Po wyschnięciu matrycy dysku następuje odparowanie pod próżnią cienkiej warstwy srebra o grubości 100 nm . W tym momencie dysk matrycowy można odczytać specjalnym napędem, który umożliwia sprawdzenie jakości nagrania.

Galwanizacja

Cynkowania jest operacją, która stwarza wytwarzanie matrycy z matrycy szklanej.

Matryca szkło zanurza się w kąpieli elektrolitycznym mającym anodę z niklu . Srebrna warstwa szklanej matrycy przekształca się w katodę . Powstający w ten sposób prąd powoduje, że jony niklu przemieszczają się po anodzie, stopniowo pokrywając szklaną płytkę warstwą niklu.

Oddzielenie warstwy niklu od podłoża szklanego niszczy to drugie. Jeśli na tym etapie działania nie są przestrzegane standardy jakości, cały poprzedni proces musi zostać powtórzony.

Warstwa niklu, kopia pobrana bezpośrednio ze szklanej matrycy, nazywana jest „oryginałem” lub „kopią ojcowską”: jest to kopia negatywowa oryginału. Aby uniknąć utraty tego oryginału, wykonujemy kopię zwaną „kopią macierzystą”, która jest następnie używana do drukowania podmacierzy.

Matryce pomocnicze, podobnie jak oryginał, są negatywami i służą do drukowania danych na plastikowych dyskach podczas ich produkcji. Są perforowane pośrodku i polerowane z tyłu. Jakość tylnej części matrycy ma duży wpływ na szum, który będzie odbierany przez fotoreceptory napędów CD-ROM. Maksymalna średnia chropowatość wynosi 600 nm . Podobnie jak powietrze, czystość wody jest ważna dla końcowej jakości produktu.

Produkcja masowa

Masowa produkcja płyt kompaktowych może odbywać się poprzez formowanie wtryskowe lub formowanie ciśnieniowe. Pierwsza zasada polega na wtryskiwaniu ciekłego poliwęglanu do matrycy; druga metoda polega na drukowaniu kuwet na wciąż gorącej tarczy poprzez naciskanie .

Do projektowania płyt CD wybrano poliwęglan ze względu na jego właściwości, takie jak czystość optyczna, przezroczystość i stały współczynnik załamania światła .

Uzyskane w ten sposób dyski mają swoją twarz zaznaczoną danymi, a następnie metalizowaną warstwą aluminium 40 do 50 nm . Aby to zrobić, aluminium jest rozpylane w próżni i powoli osadza się na dysku. Atomizację uzyskuje się przez ogrzewanie lub na zimno w procesie rozpylania katodowego.

Osadzoną w ten sposób warstwę aluminium na koniec zabezpiecza się lakierem ochronnym, stosując proces osadzania przez wirowanie. Lakier staje się w ten sposób jednolitą warstwą o grubości 10 µm .

Przed zapakowaniem etykieta jest drukowana na lakierze na zasadzie sitodruku .

Są też płyty CD z czarnym spodem.

Opakowanie

Płyty CD są zwykle chronione w standardowych plastikowych pudełkach . Materiał ten, choć kruchy (bardzo wrażliwy na zarysowania, po naciśnięciu na niego pojawiają się pęknięcia, aw trakcie użytkowania zakładki pozwalające na otwarcie się łamią), został wybrany ze względu na swoje właściwości optyczne. Bardzo przejrzysty, pozwala na stworzenie atrakcyjnego pudełka, w które można wsunąć kartkę lub książeczkę, aby poprawić prezentację.

Istnieją również przypadki dwukrotnie cieńsze na CD-maxi- single (zwłaszcza w Wielkiej Brytanii i Niemczech ), zwane „ slim ”, a nawet podwójne etui na podwójne albumy , a nawet więcej przez różne zespoły. Istnieją również kieszonki papierowe lub kartonowe (często określane jako Digipack ). Niektóre albumy miały okładki z innych materiałów ( szkło , metale , drewno , tektura z recyklingu itp. ) W przypadku edycji limitowanej lub promocji związanej z płytą CD.

Płyta CD w plastikowym pudełku.
Bell zawierający kilka płyt CD.
Płyta CD w papierowym etui.

Format audio

Format danych, znany jako standard Red Book , został opracowany przez Dutch Electronics z grupy Philips, która jest właścicielem praw do CDDA i logo pojawiającego się na płytach. Z technicznego punktu widzenia jest to ścieżka stereo zakodowana w formacie PCM z 16-bitową rozdzielczością (liniowa w amplitudzie, bez logarytmicznej kompresji wysokich amplitud) z częstotliwością próbkowania 44,1 kHz .

Próbowanie

Te próbki są następnie grupowane w ramkach , z których każda ramka składa się z sześciu próbek sygnału stereofonicznego (6 x 2 x 16 bitów = 192 bitów lub 24 bajtów) plus 8 bajtów korekcji błędu i 1 bajt subkodu , to znaczy łącznie 33 bitów na ramkę . Kod korekcji jest dodawana, aby umożliwić odtwarzanie płyty z umiarkowanym zabrudzenia i zarysowania; są to dwa kody Reeda-Solomona z rzędu i przeplatanie danych między dwoma kodowaniami.

Subkodu bajt jest wykorzystany do utworzenia ośmiu kanałów kontrolnych (każdy kanał o przepływności 7,35 kb / s ), w samych standardowych płyt CD, dwa pierwsze kanały są wykorzystywane i służą do wskazania początki ślady, czas wstępnego podkreślenie , zezwolenie na kopiowanie, liczba kanałów ( stereo lub kwadrofoniczne , ale chociaż bit wskazujący kwadrofoniczny istnieje w standardzie, to jak te dodatkowe kanały powinny być kodowane nie jest zdefiniowane i dlatego nie jest używane), pozostałe sześć kanałów jest używanych w rozszerzeniach takie jak CD + G (umożliwia wstawianie tekstów do karaoke ) lub CD-Text (nazwy utworów, autorów, wykonawców).

Częstotliwość próbkowania 44,1 kHz jest dziedziczona z metody cyfrowej konwersji sygnału audio na sygnał wideo do nagrywania na taśmie wideo, który był jedynym nośnikiem o wystarczającej szerokości pasma, aby zarejestrować niezbędną ilość danych. Ta technologia może przechowywać sześć próbek (trzy na kanał w stereo) na linię poziomą. NTSC sygnał wideo ma 245 użytecznych linii na klatkę i 59,94 pól na sekundę, które działają na 44,056 próbek na sekundę. Podobnie sygnał wideo PAL lub SECAM ma 294 linie i 50 pól, co umożliwia dostarczenie 44 100 próbek na sekundę. Ten system może ponadto przechowywać 14-bitowe próbki z korekcjami błędów lub 16-bitowe próbki bez korekcji błędów.

Między Philipsem a Sony toczyła się długa debata na temat częstotliwości i rozdzielczości próbkowania: Philips preferował 44.100 kHz używane w Europie i 14-bitową rozdzielczość (holenderska firma już opracowała 14-bitowe przetworniki cyfrowo - analogowe ), podczas gdy Sony chciało narzucić 44,056 kHz używane w Japonii i Stanach Zjednoczonych, związane z rozdzielczością 16 bitów. Dlatego pierwsze odtwarzacze CD były wyposażone w 14-bitowe przetworniki cyfrowo-analogowe (TDA1540), a Philips znalazł sposób na ich zastosowanie w 16-bitowym nadpróbkowaniu 4 ×: przetwornik DAC pracował więc przy 176,4 kHz zamiast 44,1 kHz i był poprzedzony przez filtr cyfrowy. Ta czterokrotnie wyższa częstotliwość umożliwiła uzyskanie filtra dolnoprzepustowego o znacznie bardziej stopniowym nachyleniu niż w konkurencyjnych przetwornikach cyfrowo-analogowych. Zachowanie w zakresie częstotliwości w pobliżu 20000 Hz było bardziej liniowe z mniejszą rotacją faz, a dźwięk był czystszy.

Struktura logiczna

Płyta audio CD, podobnie jak CD-R, składa się, zgodnie z Pomarańczową Księgą , z trzech obszarów tworzących obszar informacyjny :

Obszar Lead-in Obszar Lead-In zawiera informacje opisujące zawartość nośnika (informacje te są przechowywane w spisie treści, spisie treści ). Obszar wejściowy rozciąga się od promienia 23 mm do promienia 25 mm . Obszar programu Obszar programu zawiera dane i zaczyna się od promienia 25 mm , a rozciąga się do promienia 58 mm . Obszar programu może zawierać maksymalnie 99 utworów (lub sesji) o minimalnej długości 4 sekundy. Strefa Lead-Out Obszar Lead-Out zawiera zero danych (cisza w przypadku płyty audio CD) i oznacza koniec płyty. Rozpoczyna się na promieniu 58 mm i musi mieć grubość co najmniej 0,5 mm (promieniowo). Dlatego strefa wyprowadzająca musi zawierać co najmniej 6 750 sektorów, czyli 90 sekund ciszy przy minimalnej prędkości (1X).

Specyfikacje płyty kompaktowej zalecają prędkość liniową 1,22 m / s (tj. 500 obr / min, gdy dioda laserowa przechodzi w pobliżu wewnętrznej krawędzi powierzchni odbijającej i 200 obr / min na jej zewnętrznej krawędzi) i odstęp między ścieżkami 1,59 um . Odpowiada to płycie CD-ROM (74 min ) o średnicy 120 mm i pojemności 650 MiB (682 MB ) danych.

Niemniej jednak, aby umożliwić zmiany w produkcji wsporników, istnieje tolerancja w gęstości ścieżek. Celowe tworzenie płyt o większej gęstości pozwala zwiększyć pojemność i pozostać bardzo blisko specyfikacji płyty CD. Za pomocą liniowej prędkości na 1.197 m / s , a odstęp między torami 1.497 um , nowy pojemność maksymalnie 737 MB, (80 min ) do osiągnięcia . Chociaż te dyski mają niewielkie różnice w produkcji, są one czytane przez większość graczy i tylko bardzo niewielka liczba graczy je odrzuca.

Istnieje 99 minut zapisywalnych płyt , pojemność uzyskana poprzez zwiększenie gęstości ścieżek, ale jest to rynek niszowy (ze względu na problemy występujące po 80 minutach ). Maksymalna pojemność, jaką dysk może samodzielnie reklamować, zgodnie ze specyfikacją CD-R, wynosi co najwyżej 80 min . Ponadto znaczniki czasu 90-99 minut na dyskach są zwykle zarezerwowane, aby wskazać graczowi, że czyta początek dysku, a nie koniec. Oba te problemy zależą od producentów dysków, nagrywarek i oprogramowania do nagrywania .

Inną techniką zwiększania pojemności dysku jest zapisywanie w preambule i na końcu dysku, które zwykle mają wskazywać ograniczenia dysku. Zwiększy to pojemność o jedną lub dwie minuty, ale może spowodować problemy z odtwarzaniem po osiągnięciu końca płyty.

Jedna godzina nieskompresowanej muzyki stereo w 16-bitowym próbkowaniu przy 44,1 kHz zajmuje 635 MB danych (64,4 min zajmuje 682 MB, a 74 min zajmuje 783 MB , 747 MB ).

Godzina muzyki 192 kbit / s , skompresowanej do 7,35 (połączenie stereo, 16-bitowe próbkowanie przy 44,1 kHz ), zajmuje 86,4 MB danych. Ta kompresja umożliwia 8,53 h na podporze „80 min ” (512 min ).

Długość życia

Przemysłowe (prasowane) płyty audio CD mają początkowo reklamowaną żywotność od 50 do 200 lat. Jednak analizy z National Metrology and Testing Laboratory (Francja) pokazują, że żywotność wypalonych płyt CD (CD-R) jest znacznie krótsza, w zależności od warunków archiwizacji, dla nośnika i nagrywarki. Przyczyny gnicia dysku (en) tkwią głównie w migracji atramentów lub rozpuszczalników przez cienką warstwę warstwy między czołami wlotów warstwy odblaskowej na nagraniu.

Rodzaje

W Rainbow Books znajduje się kilka formatów płyt kompaktowych , poniżej znajduje się lista niepełna:

Audio CD (CDDA lub CDA): Compact Disc Digital Audio lub po francusku „Compact Disc Audio”. Ta rodzina obejmuje również dyski SHM CD , Blu-spec CD i DSD CD ;
- Blu-spec CD to nazwa handlowa płyty Compact Disc zaprojektowanej według autorskiego procesu, zapoczątkowanego przez Sony pod koniec 2008 roku. Jej nazwa pochodzi od tego, że do jej produkcji wykorzystywane są płyty Blu-ray . Zamiast standardowego promienia podczerwonego , niebieski laser jest używany do tworzenia cyfrowych nacięć na matrycy wzorcowej, które zostaną skopiowane przez formowanie. Ze względu na swoją cienkość niebieski laser tworzy bardziej precyzyjne wycięcia o minimalnej szerokości 125 nm (wobec 500 nm dla standardowej płyty CD i 780 nm dla DVD lub Super Audio CD ), co zmniejszyłoby liczbę błędów w cyfrowym odczycie. . To nie zmienia CD ( PCM 44,1 k Hz , 16 -bitowy ) lub długość wycięcia cyfrowe wyryte na płycie. Płytę Blu-spec CD można więc odczytać za pomocą dowolnego konwencjonalnego odtwarzacza CD z czerwoną wiązką lasera ( długość fali 780 nm ) i nie wymaga w ogóle stosowania niebieskiego lasera,
- Super High Material Compact Disc ( SHM-CD ) został opracowany w 2008 roku wspólnie przez firmy JVC i Universal Japan w celu konkurowania z DSD-CD (patrz poniżej). Wydany w wersji zapoznawczej w Japonii w tym samym roku, sprzedał 750 000 kopii. Został wprowadzony we Francji w 2009 roku. Składa się z płyty Compact Disc, którą można odczytać na każdym konwencjonalnym gramofonie na rynku, z tym, że według jego konstruktorów jego wzmocnienie głośności zbliża się do 30% w całym paśmie. Zysk ten wynika ze zwiększonej przejrzystości danych, dzięki odkryciu nowej formuły poliwęglanu ( plastiku stanowiącego rodzinę płyt Compact Disc , DVD i Super Audio CD ), półprzezroczystego dla ludzkiego oka, ale w rzeczywistości znacznie bardziej krystalicznie czystego dla 780 Wiązka lasera o długości fali nm występująca w odtwarzaczach CD. Ta przejrzystość danych zmniejsza zniekształcenia. Ponadto ten nowy typ poliwęglanu jest bardziej odporny na degradację (zarysowania, osadzanie się kurzu, wrażliwość na światło i temperaturę) niż zwykłe płyty CD. Płyta SHM CD nie jest obecnie reprezentowana w sklepach we Francji i jest głównie dostępna w sprzedaży wysyłkowej przez Internet. Ten format jest bardzo popularny w Japonii, z dużą liczbą wznowień lub wydań albumów. Technicznie nic nie wyjaśnia związku między zwiększoną przezroczystością medium w porównaniu ze standardowym produktem a zauważalnym wzrostem jakości dźwięku. Różnice mogą wynikać ze specjalnego traktowania dźwięku przed naciśnięciem. Płyta SHM CD jest często sprzedawana znacznie drożej niż ten sam program sprzedawany na płycie kompaktowej. Jednak cena możliwie lepszej jakości optycznej poliwęglanu podniosłaby koszt własny tylko o kilka eurocentów za sztukę,
- DSD-CD to konwencjonalna płyta kompaktowa (więc odczytywalna przez każdy odtwarzacz CD na rynku) wynikająca z konwersji mastera wykonanego w DSD (DSD → PCM ), dzięki czemu ma lepszą rozdzielczość niż w przypadku zwykłego mastera pochodzenia PCM ( PCM → PCM). Wynik ten jest często odświeżany za pomocą procesora Sony SBM ( Super Bit Mapping (en) ) specjalnie przystosowanego do tych konwersji DSD: to jest Super Bit Mapping Direct. Należy zaznaczyć, że technologia ta jest nadal stosowana w przypadku hybrydowej płyty Super Audio CD, ponieważ warstwa Compact Disc sama w sobie jest płytą DSD-CD, systematycznie wytwarzaną z mastera DSD używanego do jej warstwy wysokiej rozdzielczości. dysk. W 2013 roku, jest szczególnym przypadkiem DSD-CD po wydaniu albumu Paranoid przez Black Sabbath formacie SHM SA-CD25 sierpnia 2010, Uniwersalny Japonia zdecyduje się skorzystać z panem DSD, aby zwolnić ten sam album na24 listopadaw formacie SHM CD (patrz wyżej), przeznaczony dla wygody słuchaczy bez odtwarzacza Super Audio CD, którzy nie mogą słuchać SHM SA-CD . Płyta ta, będąc płytą SHM CD wykonaną z mastera DSD, jest więc płytą SHM-DSD-CD , łączącą obie technologie. DSD-CD można również postrzegać jako pośrednika, który przesiewa konkurencyjną rywalizację między DSD i PCM ;
CD-ROM ( Compact Disc Read-Only Memory ), oficjalnie „CD-ROM” w języku francuskim: komputerowy nośnik danych ;
GD-ROM : Jest to format Compact Disk opracowany przez firmę Sega dla jej konsoli do gier Dreamcast ;
CD-i (Interactive Compact Disc): jego specyfika została zdefiniowana w Zielonej Księdze . Pierwsze odtwarzacze CD-i zostały wydane w 1991 roku ;
CD Extra (lub Enhanced CD lub „Enhanced Disc”): płyta kompaktowa najpierw łącząca sesję zawierającą tylko ścieżki audio i sesję zawierającą tylko dane. CD OpenDisc (in) jest technicznie CD Extra . W odtwarzaczach płyt audio (np. Radiach samochodowych i systemach hi-fi ): można odtwarzać tylko sesję audio z tego typu płyt. Audio Disc Copy Control (in) utworzone przez niektóre kierunki to CD Extra . Ten typ płyty nie gwarantuje, że będzie można go odczytać we wszystkich odtwarzaczach CD ( radiach samochodowych , systemach hi-fi itp .). Zobacz także standard Blue Book ;
Płyta CD w trybie mieszanym: płyta kompaktowa łącząca najpierw sesję zawierającą tylko dane i sesję zawierającą tylko ścieżki audio. Czasami jest używany jako nośnik gier wideo, pierwsza sesja (dane) zawiera program gry , podczas gdy muzyka z gry jest w drugiej (dźwięk);
CD-R : Compact Disc Recordable , dysk jednokrotnie zapisywalny;
CD-RW : płyta kompaktowa wielokrotnego zapisu, płyta wielokrotnego zapisu;
CD + G : płyta kompaktowa + grafika , płyta kompaktowa i obrazy;
VCD : Video Compact Disc , Video Compact Disc ;
SVCD : Super Compact Disc , Super Compact Video;
Super Audio CD : jest to jeden z formatów płyt kompaktowych stworzonych przez Sony i Philips w 1999 roku i wymienionych w Scarlet Book . Jest to płyta kompaktowa wymagająca użycia specjalnego odtwarzacza, zdolna do odtwarzania wielokanałowego, jak i stereofonicznego , z 64-krotnie wyższą częstotliwością próbkowania niż zwykła płyta Compact Disc. Jest również zdolny do technologii „hybrydowej”, obejmującej drugą warstwę CD, umożliwiającą odczytanie jej przez dowolny zwykły odtwarzacz CD w jakości CD;
DTS Audio CD : Płyta kompaktowa zawierająca dźwięk skompresowany w formacie DTS. Płyty Audio CD tego typu wymagają odtwarzacza zdolnego do dekodowania DTS i emitują tylko szum podczas odtwarzania w konwencjonalnym odtwarzaczu Audio CD;
Video CD : płyta kompaktowa zawierająca cyfrowe audio i analogowe wideo, podobne do LaserDisc . Płyty Video CD zawierają jedną lub dwie ścieżki audio, które można odtwarzać na konwencjonalnym odtwarzaczu CD i do 5 minut analogowego wideo, które można odtwarzać tylko na odtwarzaczu LaserDisc;
AVCD : Płyta kompaktowa zawierająca cyfrowe wideo w formacie Video CD na pierwszych ścieżkach i cyfrowe audio w formacie Audio CD na kolejnych ścieżkach.

Urządzenia do odtwarzania płyt CD-audio nie są przeznaczone do odtwarzania dysków CD-ROM; i odwrotnie , napędy CD-ROM mogą również czytać płyty audio CD. Istnieją również „hybrydowe” płyty CD zawierające informacje audio (odczytywalne przez odtwarzacz audio) oraz informacje innego typu (tekst, wideo, obrazy itp. ), Które można odczytać za pomocą napędu CD-ROM (CD w trybie mieszanym i CD Extra wspomniane powyżej ).

Niedawno, wraz z pojawieniem się metody kompresji dźwięku MP3 ( MPEG-1/2 Audio Layer 3 ), pojawiły się odtwarzacze audio, które mogą odtwarzać utwory MP3 na płycie CD-R (W) i odtwarzać je jak tradycyjne audio CD. został opracowany. Zaletą formatu MP3 jest to, że może przechowywać od 4,41 do 11 razy więcej muzyki niż na płycie audio CD z mniej lub bardziej zauważalnym pogorszeniem jakości dźwięku w zależności od szybkości transmisji, z jaką płyta / utwór zostały skompresowane. Możliwe jest skompresowanie do 176 razy, z silnym pogorszeniem jakości.

Teraz CD audio (hardware) sprzedaje znacznie mniej, głównie ze względu na pojawienie się na początku XXI th century inne nośniki pamięci masowej i urządzeń odtwarzających lżejszy, bardziej zwarty, bardziej pojemność (przenośne czytniki z zintegrowanej pamięci flash ), a w tym samym czasie rozszerzenie sieci internetowej, umożliwiającej dystrybucję w formie zdematerializowanej (początkowo potajemnie, a następnie stopniowo poprzez legalne platformy dystrybucji, oferując utwory lub albumy w całości do pobrania lub natychmiastowe odsłuchanie ).

Uwagi i odniesienia

Uwagi

Okładki albumów również wskazywały na te akronimy w ostatnich latach, logicznie kończąc tym razem na literę „A” , ponieważ samo medium było z konieczności analogiczne:
- AAA (zawsze prawdziwe dla pierwszych płyt LP, przed cyfrowymi magnetofonami);
- ADA czy DDA , podczas nagrań cyfrowych na płytach LP.

Bibliografia

Compact Disc , jego pochodne Compact Disc ReWritable i Compact Disc Recordable oraz wszystkie ich warianty są zastrzeżonymi znakami towarowymi należącymi do Koninklijke Philips Electronics NV
Nicolas Treps, Fabien Bretenaker, Laser: 50 lat odkryć , EDP Sciences , 2010.
Kurs fizyki terminala naukowego.
„W obliczu malejącej płyty CD, płyta winylowa powraca” , Numerama , 9 stycznia 2009.
(w) Shannon, Beethoven, and the Compact Disc , Kees A.Schouhamer Immink , IEEE Information Theory Newsletter, grudzień 2007.
„ Philips CD100 ” , na blogu Tryphon ,10 marca 2016 r(dostęp 11 stycznia 2021 )
Christian Brunet przeprowadza tę pierwszą operację dla grupy Carrefour .
Zobacz Kodowanie Millera .
Patrz Pulse Code Modulation (PCM English) i adapter PCM (en) .
(2 kanały × 16 bitów × 44100 Hz ) / 1000> (1411,2 kbit / s × 3600 s ) / 8000> 635 MB tworzy 60 minut nieskompresowanej muzyki.
1411,2 / 192 = 7,35, czyli kompresja 192 kbit / s .
(2 kanały × 16 bitów × 44100 Hz ) / 1000> 1411,2 / 7,35 kompresja> (192 kbit / s × 3600 s ) / 8000> 86,4 MB tworzy 60 min skompresowanej muzyki 7,35 razy.
737 MB / 86,4 = 8,53 godziny na CD przy 192 kbit / s .
8,53 godziny × 60 = 512 minut na płytę CD przy 192 kbps .
Długowieczność płyt CD na LNE .
„ Jak Twoje płyty CD powoli gniją w szafkach ” , w witrynie Site-LeVifFocus-FR ,15 lutego 2017(dostęp 10 kwietnia 2021 )
(en) Super Bit Mapping Direct Conversion (specyfikacja ISC SA-CD) na daisy-laser.com .
1411/320 = 4,41.
1411/128 = 11.
1411/8 = 176.