Основы лазерной звукозаписи на компакт-диск

Компакт-диск - это коммерческое название звукозаписи, разработанной совместно фирмами Philips и Sony в конце 70-х годов, причем фирма Philips разработала функциональные принципы и аппаратурные средства, а фирма Sony - способы преобразования сигналов и соответствующую микросхемотехнику.

Носителем первичной записи служит стеклянный полированный диск, на который нанесен слой лака толщиной 0,12... 0,15 мкм, чувствительного к действию света. Запись производят лазерным лучом. Растворитель удаляет лак с участков, подвергшихся действию света. На лаковом слое образуются углубления (питы) длиной несколько микрометров и глубиной примерно 0,12 мкм. Ширина углублений - примерно 0,5 мкм.

 

Рис. 6.14. Рабочий слой DVD (а) и CD (б) при большом увеличении.

 

Процесс получения копий напоминает процесс изготовления грампластинок. На лаковую поверхность диска наносят химическим путем или напылением в вакууме слой серебра, затем электропроводящую поверхность покрывают слоем никеля. Многократным копированием получают матрицы, которыми прессуют компакт-диски из разжиженного поликарбоната. Диаметр компакт-дисков - 120 мм, толщина - 1,2 мм. На диск наносят отражающий слой алюминия толщиной порядка 0,01 мкм и для защиты от царапин и грязи покрывают его прозрачным лаковым слоем толщиной 5... 10 мкм.

В проигрывателе отраженный от поверхности диска модулированный луч лазера попадает на фотодиод, который преобразует поток света в последовательный поток цифровых сигналов. В нем же содержатся и тактовые сигналы. Из потока данных тактовые сигналы отделяются, и кодированные сигналы канала преобразуются в информационные данные, контрольные, управляющие и индикаторные символы. Декодер управляющих и индикаторных символов вырабатывает сигналы для регулирования частоты оборотов двигателя привода диска, фокусировки луча лазера и слежения за положением пятна луча на дорожке записи и для поиска нужного фрагмента сигналограммы. В помехоустойчивом декодере с помощью контрольного бита обнаруживаются и исправляются ошибки потока данных. Затем после отделения демультиплексором поток звукоданных подается на ЦАП, который восстанавливает исходные стереофонические сигналы левого и правого каналов.

Конструкция DVD (Digital Versatile Disk - Цифровой Универсальный Диск) имеет структуру, аналогичную структуре диска CD. Поликарбонатная подложка с канавками покрыта информационным слоем красителя, отражающим слоем и защитным слоем. При рассмотрении горизонтального среза становится заметной одна важная особенность: шаг дорожек составляет всего 0,8 мкм, тогда как у CD он вдвое длиннее (1,6 мкм) (рис. 6.14). С этим связана более высокая емкость DVD.

Информационный слой в наибольшей степени влияет на рабочие характеристики диска. Большая емкость диска потребовала меньшей длины волны лазерного луча. Если информационный слой обычного диска CD изготавливается с таким расчетом, чтобы максимум отражения приходился на диапазон длин волн от 770 до 800 нм, в DVD используется красный лазер, работающий на длине волны 630 - 635 нм.

6.11. SACD (Super Audio Compact-Disk)

За прошедшие примерно 15 лет со времени появления оптических дисков технология в этой и смежной областях шагнула далеко вперед. Это дало возможность сделать новый скачек в индустрии звукозаписи и звуковоспроизведения. Для компаний, которые изобрели компакт-диск, - корпораций "Philips" и "Sony" - стало очевидным, что дальнейшее простое увеличение разрядности преобразователей хотя и дает улучшение качества, однако не спасает от некоторых изначально свойственных цифровым устройствам недостатков. Эти же компании предложили принципиально новую технологию аналого-цифрового преобразователя - DSD (Direct Stream Digital).

 

Рис. 6.15. Сравнение PCM и DSD.

 

Главным преимуществом нового формата является отсутствие интерполяции сигнала, а значит и связанных с этим ошибок преобразования. В отличие от технологии PCM (Pulse Code Modulation) каждая выборка сигнала кодируется не 16 битами (20, 24 битами), а 1 битом, но частота выборок составляет 2,8224 МГц. Если 16-разрядному PCM-коду весьма затруднительно "на глаз" сделать какие-либо заключения о записанном сигнале, то по 1-разрядному DSD-коду, как по аналоговой глубине бороздки на виниловом диске, можно вполне его увидеть. В каком-то смысле эта в корне новая технология аналого-цифрового преобразования возвращает нас на более высоком (естественно в диалектическом смысле) уровне к тем самым старым, добрым виниловым пластинкам.

 

Рис.6.16. Гибридный супераудиокомпакт-диск.

Рис.6.17. Конструкция гибридного диска

 

Рис.6.18. Считывание сигнала с гибридного диска.

 

Исключив фильтры, необходимые при записи и воспроизведении обычного CD, технология прямого цифрового потока записывает оригинальный одноразрядный студийный сигнал прямо на поверхность диска. Частотная характеристика от 0 до 100 кГц и динамическая характеристика 120 дБ во всем диапазоне слышимых частот позволяет получить запись такой глубины, четкости и чистоты, какие считались недостижимыми ни в одном из форматов записи. Частота дискретизации 2,8224 МГц гарантирует невероятно точную запись без той гранулированной структуры, которая присутствует на самых лучших CD. Технология DSD-преобразования реализуется в предложенном корпорациями "Sony" и "Philips" Super Audio Compact Disk - SACD.

Диск Super Audio имеет такие же размеры, как обычный CD, но SACD - это диск высокой плотности, который в целях обеспечения максимальной гибкости и совместимости может выпускаться в трех возможных модификациях. Стандартный SACD имеет один слой высокой плотности (HD), предназначенный для потрясающей записи в формате DSD. Диск SACD может также быть двухслойным с двумя слоями HD или гибридным, когда один слой используется как SACD, а второй как обычный CD, так что вопрос о совместимости даже не возникает.

Вы можете воспроизводить свои старые CD на новом проигрывателе для SACD или новые гибридные SACD на старом проигрывателе CD. Благодаря разработанной "Sony" технологии Super Bit Mapping Direct (SBM Direct) для преобразования потока данных DSD и записи его в стандарте CD, такой диск даже на обычном CD-проигрывателе будет звучать более естественно.