Kompaktní disk CD

Z PanWiki

Chvějící se světelné vzory na kompaktním disku jsou odrazy od miliard důlků či prohlubní o průměru menším než tisícina milimetru, umístěných pod jeho povrchem. Vyžaduje to velice výkonný a přesný laser z polovodičového materiálu, aby se z něho získala digitální zpráva z jedniček a nul, které jsou v těchto prohlubních obsaženy Každý 12centimetrový disk obsahuje nejméně 3 miliardy prohlubní na spirální stopě dlouhé přes 5 km. Záznam je mnohostranný - může uchovávat text, video včetně pohybu a zvuku lze zaznamenat na interaktivních discích, které jsou schopny uložit encyklopedii o 12 svazcích na malý kotouček z umělé hmoty.

Prohlubně na CD disku čte infračervený laserový paprsek, který se odráží od polopropustného zrcadla a prochází dvěma čočkami, aby byl pak zaostřen na stopu s prohlubněmi. Když paprsek narazí na plošku mezi prohlubněmi, je odražen zpět systémem čoček. Narazí-li na prohlubeň, je rozptýlen, takže se prakticky žádné světlo neodráží. Po průchodu válcovou čočkou dopadne světlo na čtyři světelná čidla, která po osvětlení vyšlou impulz, takže přítomnost či nepřítomnost paprsku vytváří signál "zapnuto-vypnuto - 1-0", a ten je převeden přehrávačem na vlnový signál původní nahrávky. Jak se disk otáčí, šroubový závit posunuje celý optický systém směrem od středu.

Digitální informace na kompaktním disku je zaznamenána jako spirální stopa prohlubní v plastickém materiálu.

Zvuk je vlastně kontinuálně se měnící tlaková vlna. Když vstoupí do mikrofonu, přemění se na elektrický signál, který lze zaznamenat digitálně takzvaným vzorkováním. Nahrávací aparatura měří výšku čili amplitudu zvukové vlny 44 100krát za vteřinu a ukládá údaje ve sledu 16 bitových dvojkových číslic, tedy jedniček a nul. Při výrobě kompaktního disku jsou tyto číslice převedeny na sled prohlubní a plosek (což je povrch mezi prohlubněmi), které jsou pak vleptány do disku. Staré dlouhohrající desky se přehrávaly s pomocí diamantové jehly, která se pohybovala po hrbolaté drážce v jejím povrchu. Na rozdíl od toho je sběračem informace z kompaktního disku tenoučký paprsek infračerveného laserového světla, který postupuje po spirále prohlubní a plošek směrem od středu.Tam, kde paprsek narazí na plošku, odrazí se a narazí na světelné čidlo. Prohlubeň paprsek rozptýlí nebo odkloní, takže odraz je mnohem slabší. Proměnný světelný paprsek zachycovaný čidlem se přeměňuje v přehrávači na sled signálů zapnuto-vypnuto, čili bitů, které jsou zpětně převedeny na zvuk a přenášeny do reproduktorů.

Lék na chyby

Každá prohlubeň měří asi 0,6µm v průměru, což je přibližně setina tloušťky lidského vlasu. Při takové hustotě údajů na disku by mohla malá částečka prachu blokovat celé sady údajů a způsobit velké problémy. Odstranění nebo neškodné ukrytí chyb dovoluje přehrávači poskytovat přesný a hladký výstup. Při nahrávání se totiž ukládá přidaná informace, která je pak zpracovávána mikroprocesorem uvnitř přehrávače a která dovoluje rozpoznat chybějící údaje a zaplnit drobné mezery. Větší chyby jsou odstraňovány rozštěpením a provázáním 16bitových slov,takže poškození povrchu disku znehodnotí pouze malé kousky jednotlivých vzorků a nikoli jeden vzorek úplné. I když je kvalita zvuku "cédéčka" poměrné vysoká, stále není perfektní. Vzorkování, což je pochod, kterým se hladká zvuková vlna převádí na sérii jedniček a nul, může samo způsobit specifické zkreslení. Jedno z nich se nazývá chyba kvantování. Bitem nahrávání se měří rozměr čili amplituda zvukové vlny a přidělí se mu jedna z více než 65 000 hodnot, a tu 44 100krát za vteřinu. Přes tento obrovský rozsah spadá skutečná hodnota někam mezi dvě sousední možnosti. Výsledné zarovnání nahoru nebo dolů je pak slyšet jako šum, což je vysoký syčivý zvuk kdesi za hudbou. Jediným způsobem, jak tento šum odstranit, je použít jiný, méně nepříjemný druh šumu, třebaže ucho pozorného posluchače i ten zaznamená.

Elegantní podřízený systém zajišťuje přesné zaostření laseru a jeho pohyb po spirální stopě. Jakmile laser narazí na CD disk, je odražen směrem ke čtyřem různým čidlům. Je-li zaostření a vedení stopy v pořádku, vytvoří odražené světlo kruhový obraz rovnoměrně rozprostřený po všech čidlech. Pokud je zaostření nepřesné je obrazec poněkud pokřiven (1), nebo nehomogenní, co do intenzity (2). Tyto nepravidelnosti v rozložení světla po všech čidlech jsou převedeny na signál, který uvede do chodu dva drobné motory, které nepravidelnost odstraní a paprsek znovu zaostří

Více než hudba

Jakýkoli druh údajů, psaný text, zvuky nebo obraz, lze vyjádřit formou číslic a uložit je na kompaktní disk.jeden disk tak může obsahovat 100 milionů slov, což se rovná asi tisíci běžných románů. Podobně pak místo znázorňování písmen abecedy mohou číslice představovat jas a barvu pixelů, totiž jednotek, z nichž se skládá televizní obraz. Kompaktní disk má kapacitu uchovat pouze asi minutu pohyblivého televizního signálu a i jeho přehrávací rychlost okolo 1,3 milionu bitů za sekundu není dostatečná pro reprodukci obrazu. Proto se užívá takzvané komprese údajů, aby se obraz uložil v menším rozsahu na disku a přitom si zachoval svou kvalitu. To vede k možnostem multimediálních prezentací údajů, kde se kombinuje text, obraz a zvuk. S použitím klávesnice může si kdokoli vybrat způsob přehrávání materiálu z disku. Multimediální dílo obsahuje text, v němž lze rychle vyhledat vše,co obsahuje určité slovo nebo větu. "Stránky" takového díla obsahují též ilustrace, zvuk i videozáznamy i když někdy trvá nalezení žádaného objektu třeba tři sekundy.

Když se provádí zvukový záznam, ukládají se údaje na magnetický pásek (1). Digitální verze záznamu, která obsahuje i úplné opravné kódy, je podobně uložena na pásku a pak přenesena na kompaktní disk. Pásek kontroluje laserový paprsek, který vypaluje určitou šablonu do speciální fotorezistní vrstvy na čisté skleněné desce (2). Tam, kde laser narazí na tuto vrstvu, změní se její vlastnosti tak, že se stane citlivou na leptání kyselinou. Označené oblasti se tak dají odleptat spolu se sklem pod nimi, takže na stopě vzniknou prohlubně (3). Skleněný hlavní disk se pak velice pomalu pokovuje niklem až do určité tloušťky (4). Pak se leptacím prostředkem odstraní zbývající sklo a obdržíme niklovou matrici(matku), tedy negativ originálu. Tato matrice se pak používá pro ražení kopií z čirých plastických kotoučů, které jsou vlastními CD disky (5). Povrch disku se potáhne (6) tenoučkou vrstvou hliníku, aby se paprsek dobře odrážel. A konečně i ochranou vrstvou čirého laku, do něhož lze vytisknout označení disku a další údaje.