Система "Компакт-диск"

Принято считать, что компакт-диск (КД) появился вследствие интенсивного совершенствования граммзаписи. В любом случае, возникновение компакт-диска стало возможным благодаря успехам сразу в нескольких областях науки и техники: информатике, микроэлектронике, лазерной технике, оптоэлектронике, точной механике, микропроцессорной технике. Что ж такое компакт-диск мы и будем потихоньку разбирать.

Систему "компакт-диск" можно разделить на две системы - записи и воспроизведения. Сам компакт-диск имеет диаметр 12 мм (примерно в 3 раза меньше обычной граммпластинки), толщину 1,2 мм, массу 10 г. Запись на диск выполняется только на одной стороне.

Воспроизведение компакт-диска осуществляется на специальном проигрывающем устройстве, где вместо иглы применен лазерный луч.

Внешне поверхность компакт-диска блестящая, как зеркало (хотя бывают и с темной поверхностью), совершенно гладкая, без каких-либо канавок. Если взглянуть в микроскоп, то станут заметны мельчайшие продолговатые углубления (питы, от буржуйского pit - ямка, углубление), образующие дорожку записи. Все они имеют одинаковую глубину 0,1 мкм и ширину 0,5 мкм, изменяется лишь их длина - от 0,9 до 3,3 мкм. Расстояние между питами 0,5 мкм, шаг записи - 1,5 мкм (в 50 раз плотнее, чем у обычной пластинки).

В разрезе диск показан на рис. 1. Он состоит из пластмассовой прозрачной подложки 1, несущей информацию, алюминиевой отражающей пленки 2, нанесенной на подложку, лакового непрозрачного защитного слоя 3 с этикеткой. Цифрой 4 обозначены питы, образующие дорожку записи.

Рис. 1 - Компакт-диск

Дорожка записи с питами находится внутри диска и предохранена от повреждения, неправлена по спирали от центра к краю диска. Внутренний диаметр зоны записи равен 45 мм, наружный - 116мм.

Всего концентрических дорожек с информацией около 20 000, общая длина примерно 5 км. На каждом миллиметре по радиусу умещается около 700 витков спирали - примерно в 70 раз больше, чем на обычной пластинке. Информация с диска считывается бесконтактным способом с помощью лазерного луча. Вопрос о сохранности пластинки, как уберечь её от "запиливания" отпадает сам собой.

Компакт-диск не боится пыли, отпечатков пальцев (в разумных пределах), мелких царапин. Все дело в том, что если на информационном слое диска луч фокусируется в пятно размером около одного микрона (1 мкм), то на наружной поверхности диска размер его возрастает в тысячу раз - до 1 мм и мелкие дефекты на поверхности диска луч просто не замечает (рис. 2). Информационная емкость КД огромна - 5 миллиардов бит (на обычной пластинке - десятки миллионов бит). Все эти биты разделены на группы по 16 бит, представляющие собой единицу кодирования звука.

Рис. 2 - Эффект фокусирования луча на дорожке записи

Параметры кодирования информации компакт-диска соответствуют международному страндарту цифровой звукозаписи - частота дискретизации 44,1 кГц, число разрядов 16. На диске имеется три области: записи сигналов вводной, выводной дорожки, программной записи.

В области вводной дорожки записываются управляющие сигналы, сигналы коррекции ошибок и другая служебная информация. При считывании "оглавления" диска выдается номер и время начала записанного музыкального произведения и обеспечивается непосредственный доступ к выбранному музыкальному произведению.

В программной области помимо основной стереопрограммы в промежутках записываются справочные данные, касающиеся номера музывальных произведений, время звучания (время записывается в минутах и секундах). В области выводной дорожки записываются управляющие сигналы на окончание цикла воспроизведения.

Из-за брака при прессовании или попадании пыли на информационную дорожку в цифровую запись компакт-диска могут вкрасться ошибки. Чтобы они не влияли на качество записи, предусмотрено помехоустойчивое кодирование информации.

Как-то в литературе высказывалось о том, что применяемый в системе компакт-диск метод позволяет исправлять группы ошибок длиной до 3548 бит, что соответствует 2,38 мм поверхности диска. Это якобы означает, что на диске можно просверлить отверстие диаметром 2,38 мм и это никак не отразится на качестве воспроизводимого сигнала. Кому интересно, может проверить, хотя не советую поганить компашку.

Имеется возможность записи на компакт видеоинформации. Это позволяет одновременно с воспроизведением звука получать на экране цветного телевизионного приемника неподвижное изображение в виде одиночных кадров - названия музыкального произведения, стихов исполняемой песни, тематического видеосопровождения. Для этой цели используется служебная информация.

С учетом всех дополнительных операций кодирования цифровой информации общая скорость цифрового потока, подлежащая записи, составляет 4,32 Мбит/с.

Сформированная таким образом программная и служебная информация записывается на цифровом магнитофоне. Полученную магнитофонную сигналограмму называют мастер-лента, она является информационным подлинником КД.

При воспроизведении звуковой компакт-диск вращается с постоянной линейной скоростью (Constant Linear Velocuty - CLV), при которой скорость дорожки относительно воспроизводящей головки приблизительно равна 1.25 м/с. Система стабилизации скорости вращения поддерживает ее на таком уровне, чтобы обеспечить скорость считанного цифрового потока равной 4.3218 Мбит/с, поэтому в зависимости от длины питов и промежутков действительная скорость может изменяться. Угловая скорость диска при этом изменяется от 500 об/мин при чтении самых внутренних участков дорожки до 200 об/м на самых внешних.

Для считывания информации с диска используется полупроводниковый лазер с длиной волны около 780 нм (инфракрасный диапазон). Луч лазера, проходя через фокусирующую линзу, падает на отражающий слой, отраженный луч попадает в фотоприемник, где происходит определение питов и промежутков, а также проверка качества фокусировки пятна на дорожке и его ориентации по центру дорожки. При нарушении фокусировки происходит перемещение линзы, работающей по принципу диффузора громкоговорителя (voice coil - звуковая катушка), при отклонении от центра дорожки перемещение всей головки по радиусу диска. В сущности, системы управления линзой, головкой и шпиндельным двигателем в приводе являются системами автоматической регулировки (САР) и находятся в режиме постоянного слежения за выбранной дорожкой.

Качество воспроизведения с новых дисков беспрецендентно для бытовой аппаратуры, и именно оно, а не компактность и удобство хранения является основным их достоинством. Цифровые пластинки обеспечивают воспроизведение в максимально возможной полосе частот 20...20 кГц при динамическом диапазоне более 80 дБ, при полном отсутствии импульсных помех (щелчков, потрескиваний) и шумов, характерных для обычных граммпластинок. Практически осуществляется полное разделение стереоканалов (лучшая передача стереофонической картины).