Ik wil alles weten

Compact disc

Pin
Send
Share
Send


EEN Compact disc of CD is een optische schijf die wordt gebruikt voor het opslaan van digitale gegevens, oorspronkelijk ontwikkeld voor het opslaan van digitale audio. De CD, die sinds eind 1982 op de markt is, blijft vanaf 2007 het standaard fysieke medium voor commerciële audio-opnamen.

Standaard-cd's hebben een diameter van 120 millimeter (mm) en kunnen ongeveer 80 minuten audio bevatten, afhankelijk van het formaat van de opgenomen nummers. Er zijn ook 80 mm-schijven, soms gebruikt voor CD-singles, die ongeveer 20 minuten audio bevatten. Compact Disc-technologie werd later aangepast voor gebruik als een apparaat voor gegevensopslag, bekend als een CD-ROM, en om opname-eenmaal en herschrijfbare media (CD-R en CD-RW) op te nemen. CD-ROM's en CD-R's blijven vanaf 2007 veel gebruikte technologieën in de personal computer-industrie. De CD en zijn uitbreidingen zijn uiterst succesvol: in 2004, de jaarlijkse wereldwijde verkoop van CD-Audio, CD-ROM en CD- R bereikte ongeveer 30 miljard schijven.

Geschiedenis

In 1979 richtten Philips en Sony een gezamenlijke taskforce van ingenieurs op om de nieuwe digitale audiodisc te ontwerpen. Prominente leden van de taskforce waren Joop Sinjou, Kees Immink en Toshi tada Doi. Na een jaar experimenteren en discussiëren produceerde de taskforce het 'Red Book', de Compact Disc-standaard. Philips heeft het algemene productieproces bijgedragen, gebaseerd op video LaserDisc-technologie. Philips heeft ook de Eight-to-Fourteen Modulation (EFM) bijgedragen, die zowel een lange speelduur als een hoge weerstand biedt tegen schade aan schijfafhandeling zoals krassen en vingerafdrukken, terwijl Sony de foutcorrectiemethode CIRC heeft bijgedragen. De Compact Disc-verhaal,1 verteld door een voormalig lid van de taskforce, geeft achtergrondinformatie over de vele technische beslissingen die zijn genomen, waaronder de keuze van de bemonsteringsfrequentie, speelduur en schijfdiameter. Volgens Philips is de Compact Disc dus 'collectief bedacht door een grote groep mensen die als een team werken'.2.

De Compact Disc bereikte de markt eind 1982 in Azië, en begin het volgende jaar in de Verenigde Staten en andere markten. De eerste beschikbare CD's waren 16 Japans gemaakte titels van CBS / Sony. Dit evenement wordt vaak gezien als de "Big Bang" van de digitale audio-revolutie. De nieuwe audiodisc werd enthousiast ontvangen, vooral in de vroege adoptie van klassieke muziek en audiofiele gemeenschappen en de hanteerbaarheid ervan werd bijzonder geprezen. Naarmate de prijs van spelers snel daalde, begon de CD aan populariteit te winnen in de grotere populaire en rockmuziekmarkten.

De CD werd oorspronkelijk gezien als een evolutie van het grammofoonplaat, in plaats van in de eerste plaats als een medium voor gegevensopslag. Pas later ontstond het concept van een "audiobestand" en de generalisatie hiervan naar elk gegevensbestand. Vanaf het ontstaan ​​als muziekformaat is Compact Disc uitgegroeid tot andere toepassingen. In juni 1985 werden de CD-ROM (alleen-lezen geheugen) en in 1990 CD-Recordable geïntroduceerd, ook ontwikkeld door Sony en Philips.

Fysieke gegevens

De optische lens van een CD-station.

Een compact disc is gemaakt van een 1,2 mm dikke disc van bijna puur polycarbonaat en weegt ongeveer 16 gram. Een dunne laag Super Purity Aluminium (of zelden goud, gebruikt voor de levensduur van de gegevens, zoals in sommige limited-edition audiofiele CD's) wordt op het oppervlak aangebracht om het reflecterend te maken en wordt beschermd door een laklaag. De lak wordt normaal direct geprint en niet met een zelfklevend etiket. Veelgebruikte afdrukmethoden voor compact discs zijn zeefdruk en offsetdruk.

CD-gegevens worden opgeslagen als een reeks kleine inkepingen (putjes), gecodeerd in een strak verpakt spiraalvormig spoor dat in de bovenkant van de polycarbonaatlaag is gegoten. De gebieden tussen kuilen staan ​​bekend als "landen". Elke put is ongeveer 100 nanometer (nm) diep bij 500 nm breed en varieert van 850 nm tot 3500 nm lang. De afstand tussen de sporen, genaamd de toonhoogte, is 1,6 micrometer (μm).

Een CD wordt gelezen door een 780 nm golflengte halfgeleiderlaser door de bodem van de polycarbonaatlaag te focusseren. Het hoogteverschil tussen kuilen en landen leidt tot een faseverschil tussen het licht dat wordt gereflecteerd door een put en dat van het omliggende land. Door de intensiteit met een fotodiode te meten, is het mogelijk om de gegevens van de schijf te lezen.

De pits en lands zelf vertegenwoordigen niet direct de nullen en enen van binaire gegevens. In plaats daarvan wordt "Non-return-to-zero, geïnverteerd" -codering gebruikt: een verandering van put naar land of land naar put geeft een één aan, terwijl geen verandering een nul aangeeft. Dit wordt op zijn beurt gedecodeerd door de acht-tot-veertien modulatie om te keren die wordt gebruikt bij het beheersen van de schijf, en vervolgens de omgekeerde Cross-Interleaved Reed-Solomon-codering om te keren, waardoor uiteindelijk de onbewerkte gegevens op de schijf worden onthuld.

Putjes liggen veel dichter bij de labelzijde van een schijf, zodat defecten en vuil aan de heldere kant tijdens het afspelen onscherp kunnen zijn. Schijven ondervinden bijgevolg meer schade door defecten zoals krassen op de labelzijde, terwijl krassen aan de heldere kant kunnen worden hersteld door ze opnieuw te vullen met plastic met een vergelijkbare brekingsindex, of door te polijsten.

Een Mini-CD heeft een diameter van 8 centimeter.

Schijfvormen en diameters

De digitale gegevens op een CD beginnen in het midden van de schijf en gaan verder naar de rand, waardoor aanpassing aan de verschillende beschikbare formaten mogelijk is. Standaard-cd's zijn verkrijgbaar in twee formaten. Veruit de meest voorkomende is 120 mm in diameter, met een audiocapaciteit van 74 of 80 minuten en een datacapaciteit van 650 of 700 MiB. 80 mm-schijven ("Mini-CD's") zijn oorspronkelijk ontworpen voor CD-singles en kunnen maximaal 21 minuten muziek of 184 MiB aan gegevens bevatten, maar zijn nooit echt populair geworden. Tegenwoordig worden bijna alle singles uitgebracht op 120-mm CD's, Maxi singles genoemd.

Fysieke grote "650 MB" op de markt gebracht "700 MB" 12 cm682 MB (650 MiB) 737 MB (703 MiB)

Audio formaat

Het technische formaat van een audio-compact disc (Compact Disc Digital Audio-CDDA) is vastgelegd in een document dat in 1980 is geproduceerd door de makers van het formaat, Sony en Philips. Het document is in de volksmond bekend als het 'Rode boek', naar de kleur van de omslag. Het formaat is een tweekanaals 16-bit PCM-codering met een bemonsteringssnelheid van 44,1 kHz. Vierkanaalsgeluid is een toegestane optie in het Red Book-formaat, maar is nooit geïmplementeerd.

Een audio-cd bestaat uit een of meer stereotracks die zijn opgeslagen met behulp van 16-bit Pulse-code modulation (PCM) codering met een bemonsteringssnelheid van 44,1 kilohertz (kHz). De bemonsteringssnelheid van 44,1 kHz is geërfd van een methode voor het converteren van digitale audio naar een analoog videosignaal voor opslag op videoband, wat de meest betaalbare manier was om de gegevens van de opnamestudio naar de CD-fabrikant te brengen op het moment dat de CD-specificatie werd ontwikkeld.

Een apparaat dat een analoog audiosignaal omzet in PCM-audio, dat op zijn beurt wordt omgezet in een analoog videosignaal, wordt een PCM-adapter genoemd. Deze technologie kan zes samples (drie samples per stereokanaal) opslaan in een enkele horizontale lijn. Een standaard NTSC-videosignaal heeft 245 bruikbare lijnen per veld en 59,94 velden / s, wat neerkomt op 44.056 samples / s / stereokanaal. Op dezelfde manier heeft PAL 294 lijnen en 50 velden, wat 44.100 samples / s / stereokanaal oplevert. Dit systeem kan 14-bits monsters opslaan met enige foutcorrectie of 16-bits monsters met vrijwel geen foutcorrectie.

Er was een lang debat over het gebruik van 14- of 16-bits monsters en 44.056 of 44.100 monsters, toen de Sony / Philips-taskforce de Compact Disc ontwierp; Philips had al een 14 bit D / A-converter ontwikkeld, maar Sony stond op 16 bit. Uiteindelijk hadden 16 bits en 44,1 kilo monsters per seconde de overhand. Philips heeft een manier gevonden om 16-bits kwaliteit te produceren met behulp van hun 14-bits DAC door vier keer oversampling te gebruiken.

Opslagcapaciteit en speeltijd

De oorspronkelijke doelopslagcapaciteit voor een CD was een uur audio-inhoud en een schijfdiameter van 115 mm was voldoende om dit doel te bereiken. Volgens Philips stelde de vice-president van Sony, Norio Ohga, voor om de capaciteit uit te breiden tot 74 minuten om een ​​complete uitvoering van de 9e symfonie van Beethoven te kunnen opnemen;3 maar Kees Immink van Philips ontkent dit.

Volgens een Zondag Tribune interview, het verhaal is iets meer betrokken. Destijds (1979) bezat Philips Polygram, een van 's werelds grootste muziekdistributeurs. Polygram had een grote experimentele CD-schijffabriek opgezet in Hannover, Duitsland, die enorme hoeveelheden CD's kon produceren met natuurlijk een diameter van 11,5 cm. Sony had nog geen dergelijke faciliteit. Als Sony akkoord was gegaan met de schijf van 11,5 cm, zou Philips een aanzienlijk concurrentievoordeel op de markt hebben gehad. Sony was zich hiervan bewust, vond het niet leuk en er moest iets worden gedaan. De lange speeltijd van Beethoven's Negende opgelegd door Ohga werd gebruikt om Philips te dwingen 12 cm te accepteren, zodat Philips 'Polygram zijn voorsprong verloor bij de fabricage van schijven.

De speelduur van 74 minuten van een CD, meer dan die van de meeste langspeelende vinylalbums, werd vaak in het voordeel van de CD gebruikt in de eerste jaren, toen CD's en LP's wedijverden voor commerciële verkoop. CD's zouden vaak worden uitgegeven met een of meer bonusnummers, waardoor consumenten worden verleid om de CD te kopen voor het extra materiaal. Pogingen om dubbele LP's op één CD te combineren, resulteerden echter af en toe in een tegengestelde situatie waarin de CD feitelijk minder nummers zou bieden dan het LP-equivalent. Een voorbeeld is het album uit 1987, Kiss Me, Kiss Me, Kiss Me, door The Cure, die in de CD-voering vermeldt: "Het nummer 'Hey You !!!' die op het dubbele album en op de cassette staat, is weggelaten om een ​​enkele compact disc mogelijk te maken. " Een ander voorbeeld is de originele heruitgave van Warner Bros. Records uit de jaren tachtig van Fleetwood Mac's Slagtand album, dat de lange albumversie van "Sara" verving door de kortere enkele versie. Er werden voldoende klachten ingediend om Warner Bros. uiteindelijk te overtuigen het album midden jaren negentig opnieuw te maken met de originele inhoud intact.

Belangrijkste fysieke parameters

De belangrijkste parameters van de CD (afkomstig uit de uitgave van september 1983 van de CD-specificatie) zijn als volgt:

  • Scansnelheid: 1,2 - 1,4 m / s (constante lineaire snelheid) - equivalent aan ongeveer 500 rpm bij lezen vanaf de binnenkant van de schijf en ongeveer 200 rpm bij lezen vanaf de buitenrand. (Een disc die van begin tot eind wordt afgespeeld, vertraagt ​​tijdens het afspelen.)
  • Track toonhoogte: 1,6 μm.
  • Schijfdiameter 120 mm.
  • Schijfdikte: 1,2 mm.
  • Binnenradius programmagebied: 25 mm.
  • Buitenste straal programmagebied: 58 mm.
  • Diameter van de centrale spilgat: 15 mm

Het programmagebied is 86,05 cm² en de lengte van de opneembare spiraal is ongeveer 86,05 cm² / 1,6 μm = 5,38 km. Met een scansnelheid van 1,2 m / s is de speelduur 74 minuten of ongeveer 650 MB aan gegevens op een CD-ROM. Als de schijfdiameter slechts 115 mm was, zou de maximale speelduur 68 minuten zijn geweest; dat wil zeggen zes minuten minder. Een schijf met iets dichtere gegevens wordt door de meeste spelers getolereerd (hoewel sommige oude mislukken). Het gebruik van een lineaire snelheid van 1,2 m / s en een track pitch van 1,5 μm leidt tot een speelduur van 80 minuten, of een capaciteit van 700 MB. Zelfs hogere capaciteiten op niet-standaard schijven (tot 99 minuten) zijn beschikbaar als opneembare platen, maar in het algemeen geldt dat hoe strakker de tracks worden samengedrukt, hoe slechter de compatibiliteit.

Data structuur

De kleinste entiteit in het CD-audio-formaat wordt a genoemd frame. Een frame is geschikt voor zes complete 16-bit stereosamples; dat wil zeggen 2 × 2 × 6 = 24 bytes. Een frame omvat 33 bytes, waarvan 24 audio-bytes (zes volledige stereosamples), acht door CIRC gegenereerde foutcorrectie-bytes en één subcode-byte. De acht bits van een subcode-byte zijn beschikbaar voor besturing en weergave. Onder de regels voor acht-tot-veertien modulatie (EFM) wordt elke data / audio-byte vertaald in 14-bit EFM-woorden, die worden afgewisseld met 3-bit samenvoegwoorden. In totaal maakt dat 33 * (14 + 3) = 561 bits. Een 27-bits uniek synchronisatiewoord wordt toegevoegd, zodat het aantal bits in een frame 588 is. Het synchronisatiewoord kan niet voorkomen in de normale bitstroom en kan dus worden gebruikt om het begin van een frame te identificeren. Gegevens op een CD-ROM zijn georganiseerd in zowel frames als sectoren, waarbij een CD-ROM-sector 98 frames bevat en 98 × 24 = 2352 (gebruikers) bytes bevat, waarvan 304 bytes normaal worden gebruikt voor sector-ID's en een extra laag van foutcorrectie, waardoor 2048 bytes overblijven voor gegevens over de nuttige lading.

Bij huidige productieprocessen kan een audio-cd maximaal 77-78 minuten bevatten (variabel van de ene replicatie-installatie naar de andere) zonder dat de maker van de inhoud een verklaring van afstand hoeft te ondertekenen. In de huidige praktijk is de maximale speeltijd van de CD dus hoger geworden met behoud van acceptabele betrouwbaarheidsnormen.

CD-ROM

De eerste paar jaar van zijn bestaan ​​was de compact disc puur een audioformaat. In 1985 werd de Yellow Book CD-ROM-standaard echter vastgesteld door Sony en Philips, die een niet-vluchtig optisch medium voor gegevensopslag van computergegevens definieerden met hetzelfde fysieke formaat als audio-compact discs, leesbaar door een computer met een CD-ROM (CDR) -station.

Vervaardiging

Gerepliceerde CD's worden in eerste instantie in massa geproduceerd met behulp van een hydraulische pers. Kleine korrels van onbewerkt plastic worden in het vat gevoerd terwijl het onder hitte en toenemende hoeveelheid druk het plastic smelt en het vloeibaar materiaal in de vormholte duwt. Uitgerust met een metalen stempel sluit de mal, waardoor het plastic kan afkoelen en uitharden. Eenmaal geopend, wordt het schijfsubstraat door een robotarm uit de mal verwijderd en wordt een middengat met een diameter van 15 mm (een stapelring genoemd) verwijderd. Deze methode produceert het doorzichtige plastic lege deel van de schijf. Nadat de metaallaag op het heldere, blanco substraat is aangebracht, is de schijf klaar om te worden gedrukt. Om eerst op de CD te drukken, wordt een glazen master gesneden met behulp van een krachtige laser op een apparaat dat lijkt op een CD-writer. Deze glasmeester is een positieve meester. Na het testen wordt het gebruikt om een ​​dobbelsteen te maken door het tegen een metalen schijf te drukken. De dobbelsteen wordt dan een negatief beeld: een aantal van hen kan worden gemaakt, afhankelijk van het aantal persen molens die kopieën van de uiteindelijke CD moeten worden uitgevoerd. De dobbelsteen gaat dan in de pers en het beeld wordt op de lege CD gedrukt waardoor een laatste positief beeld op de schijf achterblijft. Een kleine verniscirkel wordt vervolgens aangebracht als een ring rond het midden van de schijf en een snelle draai verspreidt het gelijkmatig over het oppervlak. De schijf kan vervolgens worden afgedrukt en verpakt.

Beschrijfbare CD

Een typische CD-R van 700 megabyte

Opneembare compact discs, CD-R's, zijn spuitgegoten met een "lege" gegevensspiraal. Vervolgens wordt een lichtgevoelige kleurstof aangebracht, waarna de schijven worden gemetalliseerd en met lak worden bedekt. De schrijflaser van de CD-recorder verandert de kleur van de kleurstof zodat de leeslaser van een standaard CD-speler de gegevens kan zien zoals bij een spuitgegoten compact disc. De resulterende schijven kunnen worden gelezen door meest CD-ROM-drives en afgespeeld meest audio-cd-spelers. CD-R-opnamen zijn ontworpen om permanent te zijn. Na verloop van tijd kunnen de fysieke kenmerken van de kleurstof echter veranderen, waardoor leesfouten en gegevensverlies optreden totdat het leesapparaat niet kan herstellen met foutcorrectiemethoden. De levensduur van het ontwerp is 20 tot 100 jaar, afhankelijk van de kwaliteit van de schijven, de kwaliteit van het schrijfstation en de opslagomstandigheden. Testen hebben echter een aantasting aangetoond in slechts 18 maanden onder ideale opslagomstandigheden4.

CD-RW is een opnieuw opneembaar medium dat een metaallegering gebruikt in plaats van een kleurstof. De schrijflaser wordt in dit geval gebruikt om de eigenschappen (amorf versus kristallijn) van de legering te verwarmen en te veranderen, en dus zijn reflectievermogen te veranderen. Een CD-RW heeft niet zo'n groot verschil in reflectiviteit als een geperste CD of een CD-R, en zoveel CD-audiospelers kan niet lees echter CD-RW-schijven meest stand-alone dvd-spelers kunnen.

CD-R's volgen de Orange Book-standaard.

Kopieerbeveiliging

De Red Book-audiospecificatie, behalve een eenvoudige "anti-copy" -bit in de subcode, bevat geen ernstig kopieerbeveiligingsmechanisme. Vanaf begin 2002 werden pogingen gedaan door platenmaatschappijen om "tegen kopiëren beveiligde" niet-standaard compactdiscs op de markt te brengen, die niet kunnen worden geript (gekopieerd) naar harde schijven of gemakkelijk kunnen worden geconverteerd naar MP3's. Een belangrijk nadeel van deze tegen kopiëren beveiligde schijven is dat de meeste niet kunnen worden afgespeeld op computer-CD-ROM-stations, evenals sommige zelfstandige CD-spelers die CD-ROM-mechanismen gebruiken. Philips heeft verklaard dat dergelijke schijven het handelsmerk niet mogen dragen Compact disc digitale audio logo omdat ze in strijd zijn met de Red Book-specificatie. Bovendien is er grote publieke verontwaardiging over tegen kopiëren beveiligde schijven, omdat velen het als een bedreiging voor redelijk gebruik zien. Tal van kopieerbeveiligingssystemen zijn tegengegaan door gemakkelijk beschikbare, vaak gratis, software. Ook kan elke CD die kan worden afgespeeld op een standaard audio-CD-speler worden geëxtraheerd via de standaard digitale S / PDIF-uitgang, waardoor kopieerbeveiliging niet effectief is.

Notes

  1. ↑ Kees A. Schouhamer, The CD Story. Ontvangen op 27 oktober 2007.
  2. ↑ Koninklijke Philips Electronics N.V., De uitvinder van de CD. Ontvangen op 27 oktober 2007.
  3. Philips Beethovens negende symfonie van groter belang dan technologie. Ontvangen op 27 oktober 2007.
  4. ↑ Jerome L. Hartke, metingen van CD-R-levensduur. Ontvangen op 4 november 2007.

Referenties

  • Pohlmann, Kenneth C. 1992. Het compact disc-handboek. Middleton, Wisconsin: A-R Editions. ISBN 0-89579-300-8
  • Meinders, Erwin R. 2006. Optische gegevensopslag Fase-veranderende media en opname. Dordrecht: Springer. ISBN 1402042167
  • Saffady, William. 1990. Optische schijven versus magnetische opslag. Westport: Meckler. ISBN 0887367038
  • Tominaga, Junji en Takashi Nakano. 2005. Optische Near-Field opname wetenschap en technologie. Berlijn: Springer. ISBN 354022128X

Bekijk de video: The Compact Disc: An Introduction (Juni- 2021).

Pin
Send
Share
Send