CD

CD lemez alsó, írott oldala

A CD (a Compact Disc rövidítése, vagy magyarul kompaktlemez) általában mintegy 700 MB (Megabyte) kapacitású optikai tároló, amely hang, kép, valamint adat digitális formátumú tárolására használatos. Az első kereskedelmi forgalomba került CD 1982. augusztus 17-én készült el.

Műszaki specifikációk, a CD-k fajtái

Méreteit tekintve a CD általában 120 mm átmérőjű, és 1,2 mm vastag. Ritka ugyan, de léteznek a Mini–CD lemezek, 80 mm-es átmérővel. Legelőször 115 mm volt a szabvány, azonban 1965 után a 120 mm-es lemezek állandósultak, 1982-től jöttek forgalomba.

Az írható CD-ken az információt a polikarbonát hordozó alatt elhelyezkedő nagyon vékony, filmszerű szerves festékrétegbe égetik be. Erre a célra infravörös (780 nm-es) lézerdiódákat alkalmaznak. Ezek fényét fókuszálva a festékrétegben maradandó, kis tűszerű kráterek (pitek), elváltozások keletkeznek. Az információ kiolvasása szintén lézerfény segítségével történik, csak csökkentett energiaszinttel. A lemez információhordozó-rétegéről visszaverődő fényt az optoelektronikai fejegység érzékeli és dolgozza fel. Amikor az olvasófej egy pit felett van, akkor csökkent fényintenzitást érzékel, mivel a fókuszált lézerfény pitről visszaverődő része gyengítő interferenciába lép a környező landról visszaverődő fénnyel. Land fölött a fény nagymértékben visszaverődik. A CD kódrendszerében a pit-land vagy land-pit átmenet (azaz a fényerősség hirtelen változása) jelenti az 1-et, az átmenet hiánya (amikor nem változik a visszavert fény mennyisége) pedig a 0-t.

A CD-k – fizikai felépítésük szerint – a következők szerint csoportosíthatók:

• préseléssel készült (csak olvasható)
• CD-R (írható)
• CD-RW (újraírható, azaz letörölhető és rá új adatok írhatók)

A tartalom alapján a következő fajták léteznek:

• CD-DA (CD-Digital Audio, hanganyag tárolására)
  • CD+G (CD+Graphics)
  • CD+MIDI
  • CD Text (a hanganyag mellett szöveges album és száminformációkat is tartalmaz(hat))
  • CD-Extra (más néven Cd Plus, hanganyagot és – általában ehhez kapcsolódó – számítógépes adatokat is tartalmaz)
  • HDCD (High Definition CD)
• CD-ROM (adatok tárolására)
  • CD-ROM/XA
    • CD-i (interaktív CD)
    • PhotoCD
    • VideoCD
    • SVCD (Super VideoCD)

A CD-n az adatokat a hanganyagtól némileg eltérő módon tárolják.

A CD megalkotásakor az egyik legnagyobb probléma a hibás bájtok kiszűrése volt. Ennek érdekében minden bájtot egy táblázat szerint egy 14 bites sorozatra cserélnek (EFM). Ezzel nem csupán ellenőrizni lehet az adat sértetlenségét, de a módszer garantálja, hogy ne követhesse egymást túl sok (10-nél több) nulla bit (mivel akkor az olvasófej „elszámolhatná” magát). Mivel a lemez 8 bit hasznos adatot 14 bit alakjában tárol, a tárolás redundanciája magas, 43%-os.

• Az audió CD-k lejátszása úgy történik, hogy a beolvasott adatot keresztülfuttatják egy digitális-analóg átalakítón (DAC), ami egy számból egy adott nagyságú feszültséget produkál.

A CD-k az idő során nem csupán tárolóképességükben, hanem szerkezetileg is sokat fejlődtek. Amikor megjelentek az újraírható CD-k, az olvasófejeken is változtatni kellett. Ezeknél ugyanis olyan lemezanyagot kell használni, amely törölhető, azaz képes visszanyerni eredeti állapotát. Az újraírható CD-k felülete tükröződő és egy különleges festékkel van bevonva. Az írónak három, különböző erősségű lézersugárral kell rendelkeznie. A leggyengébb az olvasó lézer, amely nem változtatja meg a CD-t. A legerősebb az író lézer, ez annyira felmelegíti a festékréteget, hogy az opálossá válik, így később a lézersugár nem tud visszaverődni a CD felületéről. A törlő lézer erőssége a másik kettőé között van, és csak annyira melegíti fel a CD-t, hogy amikor a felső réteg lehűl, átlátszó legyen.

• Ezeknek a CD-knek az egyesei és a nullái kevésbé térnek el egymástól, mint az egyszer írhatóknál, így olvasásuk valamivel bonyolultabb. Az olvasónak érzékenyebbnek kell lennie és először be kell magát kalibrálnia a CD elején található szakaszokkal.^[forrás?]

A CD-ROM (angol: Compact Disc Read Only Memory) kb. az 1980-as évek végén piacra dobott univerzális adathordozó, illetve médialemez.

Csak olvasható (véglegesített) adathordozó. Két technológiával készülhet:

1. Gyári préselt lemez: Általában nagy sorozatban készült lemezek (például műsoros audió CD). Az adathordozó rétegbe sablonnal préselik a jeleket.
2. Otthon készített: Számítógépes, illetve asztali CD- vagy DVD-íróval készül. Az adathordozó rétegbe lézerrel égetik a jeleket.

A CD-lejátszókat kezdetben úgy tervezték, hogy a tárcsa percenként 200-530 fordulatot tett meg az olvasófej alatt. Ezeket nevezték el később 1x-es (egyszeres) CD meghajtónak. Később ugyanis a gyorsabb adatátvitel kedvéért kitalálták a dupla sebességgel forgó CD-t, amelynek így már a 2x-es elnevezés illett. A technika előrehaladásával megjelentek a 20x-os CD-k, melyek már 4000–6360 fordulatot tettek meg percenként. Ez már komoly fordulatszám, de itt még nem ért véget a fejlődés. Hogy az adatok még gyorsabban bekerülhessenek a számítógépbe, ma már az 52x-es CD sem ritkaság. Ennek fordulatszáma pedig 10 700 percenként. Tudva, hogy egy CD-lemez 12 centiméter átmérőjű, a kerületi sebesség ennél a fordulatszámnál már 242 km/óra, egy versenyautó sebessége.

Sebesség	Olvasási sebesség	Elérési idő
1X	150 kB/s	400–600 ms
2X	300 kB/s	200–400 ms
3X	450 kB/s	180–240 ms
4X	600 kB/s	150–220 ms
6X	900 kB/s	140–200 ms
8X	1200 kB/s	120–180 ms
10X	1500 kB/s	100–160 ms
12X	1800 kB/s	90–150 ms
16X	2400 kB/s	80–120 ms
20X	3000 kB/s	75-100 ms
24X	3600 kB/s	70–90 ms
32X	4800 kB/s	70–90 ms
40X	6000 kB/s	60–80 ms
52X	7800 kB/s	60–80 ms

Egy CD-R lemez hasznos adattároló felületének belső átmérője kb. 4,55 cm, külső átmérője kb. 11,6 cm, vagyis az adattároló felület kb. 89 cm² területű. A lemezen nettó 700 MB adat tárolható, ez az ellenőrzőösszegekkel és szerkezeti adminisztrációs adatokkal együtt eléri az 1250 MiB méretet. Ezek alapján azt kapjuk, hogy egy CD-R lemez átlagos bruttó jelsűrűsége közel 120 Mib (megabit) cm²-enként.

Történet

CD olvasó optikai olvasó lencséje

Kétségtelen, hogy az 1979-es év hangtechnikai szenzációja a Philips cég bejelentése volt, miszerint az év második felétől sorozatban gyártja új hanglemezét és lemezjátszóját, a lézeres letapogatású „Compact Disc”-et. A technológiai eljárást már az 1970-es évek elején kidolgozták és még 1976-ban bejelentették. Azonban a teljes CD-gyártó apparátust és a lejátszókészülék-gyártó üzemet csak 1979-re tudták olyan helyzetbe hozni, hogy kisebb széria előállítására is alkalmas legyen. 1979-ben a Philips és a Sony egy rendkívüli képességekkel rendelkező kutatócsoportot hozott létre, az új digitális audiolemez megalkotására. A mérnökcsoport vezetői Kees Immink és Toshitada Doi voltak. Több mint egyéves kutatás után a mérnökcsoport nyilvánosságra hozta az ún. „Vörös „Könyv”-et, mely a Compact Disc alapjait és struktúráját tartalmazta. A Philips szabadalmaztatta az általános gyártási eljárást, mely a videó LaserDisc technológiáján alapul valamint az Eight-to-Fourteen Modulation (EFM) technológiát, mely egyszerre nyújt hosszú lejátszási időt és magas ellenálló képességet az ujjlenyomatokkal és karcolásokkal szemben. A Sony védjegye a hibakorrekciós eljárás, a CIRC (Cross Interleaved Reed-Solomon Code).

Egy korábbi kutatócsoportban dolgozó mérnök a Compact Disc kifejlesztését „egy közösen, sok ember által létrehozott szellemi termék létrejötteként” jellemezte.

A Compact Disc 1982 végén lépett be az ázsiai piacra. A következő év elején megjelent az amerikai és más piacokon is. Az első kereskedelmi forgalomba került CD 1982. augusztus 17-én készült el. A Philips hivatalos adatai szerint a németországi Hannoverben található első gyártósorról az ABBA The Visitors című albumának példányai gördültek le elsőként, jóllehet a formátum kereskedelmi bevezetésére Európában március folyamán került sor (Japánban már novemberben). Ezt az eseményt a digitális audioforradalom „Big Bang”-jeként emlegetik. Az új audiolemezt hatalmas érdeklődéssel és csodálattal fogadták, különösen a komolyzene rajongói, kiváló minősége miatt. Ahogy a CD-lejátszók ára rohamosan csökkenni kezdett, úgy értek el egyre nagyobb közkedveltséget a pop- és rockzenei piacon is.

A CD-t eredetileg a hanglemezek utódaként emlegették, de inkább mint adathordozó érte el sikereit, bár karrierje elején valóban csak és kizárólag zeneszámok tárolására alkalmazták. 1985 júniusában a CD-ROM-ot (csak olvasható memória) és 1990-ben az újraírható CD-t (CD-RW) mutatta be a Sony és a Philips.

Az adatrögzítés technikája audió CD-knél

CD-RW-meghajtó (Yamaha)

Az audió CD rögzítési technikája az impulzus-kódmodulációs rendszer (PCM = Pulse Code Modulation) alapelvét követi. A lemezre rögzítendő információt – mint analóg jeleket – először mintavételezéssel és kódolással digitális jelekké alakítják át. Az így előállított impulzuskód-modulált jeleket egy mesterlemezre rögzítik argon lézersugár segítségével, amely az impulzusjeleknek megfelelő 0,1 mikrométer átmérőjű „lyukakat” éget be a lemez felületébe, körkörös spirálvonal mentén. Az audio CD felvételi és lejátszási fordulatszáma 1800 fordulat/perc. A felvételt tartalmazó mesterlemez üvegből készül és aranybevonattal van ellátva. Ez képezi a sorozatgyártás alapját. A standard mesterlemezről először galvanoplasztikai úton negatív nyomóformát készítenek, amelynek felületén kiemelkedő pontok képezik a mesterlemezbe „égetett” lyukak helyét. E préselésre használható negatív lemezről tükröző bevonattal ellátott polikarbonát (PC) lemezbe préselik be a kódolt információkat, amelyek hű tükörképei az eredeti mesterlemezen lévő információnak.

Az audió CD lejátszásához precíz felépítésű futómű és hajtómotor szükséges, amelynek fordulatszámát kvarcoszcillátoros szabályozó áramkör tartja ±0,05%-os tűréssel a névleges szinten.

A lemezen rögzített digitális jeleket optikai érzékelővel működő 2 mikrométer átmérőjű fénynyalábot kibocsátó hélium-neon lézer segítségével tapogatja le a készülék. A CD-k olvasására infravörös, 780 nm hullámhosszúságú lézert használnak. A lézerfényt egy speciális fókuszáló eszköz vetíti a lemezre, amely mindössze 1,5 mm-re van elhelyezve a fókuszáló egységtől. A körben forgó lemezen mechanikai domborulatokat és mélyedéseket sorra letapogatja a fénynyaláb, s a domborulatokról visszaverődik (ezt érzékeli az optoelektronikai elem). E folyamat során tehát a visszaverődő lézerfényt a lemez digitális jelei modulálják. Ez a modulált fény az optoeletronikai átalakítóban modulált elektromos jellé alakul át, amelyet előbb egy digitális-analóg konverterbe vezetnek, majd az így kapott jelet egy dekódoló áramkörrel alakítják sztereó hangfrekvenciás jellé.

A CD-lejátszóban kettős szervorendszer gondoskodik a kifogástalan minőségű lejátszásról. Az egyik szervorendszer a futómű hajtómotorjának fordulatszámát vezérli, a másik pedig a lézersugár fókuszálóegységének nyomkövetését szabályozza. A nyomkövető szabályozó ±0,1 mikrométer pontossággal irányítja a lézersugarat a hanglemezen spirál alakban rögzített lyukak középpontjából kifelé, s ezek spirálmenetét követve, folyamatosan kijjebb húzza a fókuszáló egységet.

A PCM jelrögzítési és kódolási rendszerrel 2 Hz-től 20 000 Hz-ig ± 0,1 dB-en belül egyenletes, lineáris frekvenciamenet rögzíthető. Az elérhető jel-zaj viszony sztereó lemezek esetében jobb, mint 85 dB, az áthallási csillapítás a két csatorna között nagyobb, mint 60 dB. A teljes átviteli rendszer harmonikus torzítása kisebb, mint 0,03%.

Gyártás

A CD tömeggyártási technológiája egy hidraulikus nyomásnak nevezett eljárás alapján történik, mely során kis műanyag granulátumokat magas hőmérséklet és jelentős nyomás hatására felhevítenek, majd ezt a forró olvadékot megfelelő formákba öntik, ahol hűlni és megszilárdulni hagyják. Amikor elérte a megfelelő hőmérsékletet, a műanyagkorongokat robotkarok segítségével emelik ki az öntőformából, és vágják bele a 15 mm-es lyukat a közepébe. Ez az eljárás eredményezi az üres CD lemezt. Miután a fémréteg is felkerült a lemez felületére, a CD készen áll a felhasználásra.

A CD írás során nagy erejű lézerrel kezelik a felületet, mely a napjainkban már igen elterjedt CD írókra hasonlít. Az eljárás első lépcsőjében egy negatív lemezt készítenek, mely a sokszorosítás alapjául szolgál. A továbbiakban ezt veszik alapul a gyártásban. Miután teljesen elkészül a lemez, a csomagoló üzembe kerül, ahol általában felmatricázzák, illetve a dobozát is megkapja.

Források

• Csabai Dániel: Magnósok évkönyve 1980

Irodalom

• du Gay, Paul, Stuart Hall, Linda Janes, et al. (1997). Doing Cultural Studies: The Story of the Sony Walkman. Thousand Oaks, California: SAGE Publications.
• Ecma International. Standard ECMA-130: Data Interchange on Read-only 120 mm Optical Data Disks (CD-ROM), 2nd edition (June 1996).
• Pohlmann, Kenneth C. (1992). The Compact Disc Handbook. Middleton, Wisconsin: A-R Editions. ISBN 0-89579-300-8.
• Peek, Hans et al. (2009) Origins and Successors of the Compact Disc. Springer Science+Business Media B.V. ISBN 978-1-4020-9552-8.

Lásd még

A Wikimédia Commons tartalmaz CD témájú médiaállományokat.

• DVD
• Blu-ray disc
• HD DVD

További információk

• Dan-ka-lap – CD (Dankházi Zoltán honlapja)
• How Compact Discs are Manufactured. YouTube
• CD-Recordable FAQ Exhaustive basics on CDs
• Philips history of the CD (cache)
• Sony's CD history
• Patent History (CD Player) - published by Philips 2005
• Patent History CD Disc - published by Philips 2003
• Sony History, Chapter 8, This is the replacement of Gramophone record ! (第8章 レコードに代わるものはこれだ) - Sony website in Japanese
• A CD gyártásról hasznos információk