Zaloguj się
Wszystkie
27 lipca 2026
0
Powierzchnia płyty kompaktowej
Od analogowego sygnału audio do 2 × 16 bitów
Jak zapewne wiadomo, dwa analogowe sygnały audio – lewego i prawego kanału – są zapisywane na płycie Audio CD w postaci cyfrowej. Z obu sygnałów pobiera się 44 100 próbek na sekundę. Próbki te są przekształcane w 16-bitowe słowa cyfrowe w procesie zwanym liniową modulacją PCM (Linear PCM). Każda próbka jest digitalizowana w ten sam sposób. Nawet jeśli próbka zawiera jedynie niewielki poziom szumu tła, i tak jest przekształcana w 16-bitowe słowo cyfrowe. To, że większość bitów takiego słowa ma wartość „L”, uznano za rzecz oczywistą – podczas opracowywania systemu Audio CD nie dysponowano jeszcze metodami pozwalającymi na bardziej inteligentną digitalizację.
1 411 200 bitów audio na sekundę
Oznacza to, że w każdej sekundzie odtwarzania na powierzchni płyty Audio CD zapisanych jest nie mniej niż 1 411 200 bitów audio. Łatwo to sprawdzić. Digitalizacja dwóch kanałów z rozdzielczością 16 bitów daje łącznie 32 bity na każdą próbkę. Jeżeli próbkowanie odbywa się 44 100 razy na sekundę, otrzymujemy strumień danych o przepływności 1 411 200 bitów na sekundę.
Oczywiście na płycie Audio CD zapisane są również inne informacje, takie jak nazwy utworów, wykonawcy, czas trwania utworów, dane o położeniu utworów na spirali, informacje wykorzystywane do korekcji błędów itp.
Nośnik informacji na płycie Audio CD
Płyta Audio CD składa się z krążka z tworzywa akrylowego o grubości około 1,2 mm i średnicy 12 cm. Informacja dźwiękowa jest zapisana na górnej powierzchni tego krążka w postaci bardzo dużej liczby tzw. pitów i landów. Pity (pits) są mikroskopijnymi zagłębieniami wytłoczonymi w powierzchni płyty. Landy (lands) stanowią nienaruszoną powierzchnię pomiędzy pitami. Przejścia między pitami i landami nazywane są zboczami. Każdy pit ma więc dwa zbocza: jedno na jego początku, a drugie na końcu. To właśnie zbocza, a nie same pity czy landy, stanowią najważniejsze źródło informacji na płycie Audio CD.
Pity nie są oczywiście rozmieszczone na powierzchni przypadkowo, lecz wzdłuż spiralnej ścieżki. Spirala ta ma średnio około 20 000 zwojów, co odpowiada około 600 zwojom na milimetr. Odległość między sąsiednimi zwojami spirali wynosi 1,6 µm. Pity mają głębokość 0,12 µm, szerokość 0,6 µm oraz długość od 0,8 µm do 3,5 µm.
Dla jasności: jeden mikrometr stanowi jedną tysięczną milimetra.
Na zakończenie na powierzchnię płyty napylana jest warstwa aluminium, dzięki której staje się ona powierzchnią odbijającą światło.
Wymiary zagłębień
Podczas produkcji płyty zagłębienia są wytłaczane pod dużym ciśnieniem w półpłynnym materiale nośnika. Aby na jednej płycie zmieścić jak najwięcej informacji, zagłębienia muszą być możliwie najmniejsze. Istnieją jednak ograniczenia technologiczne i wynikające z konstrukcji układu odczytu, które wyznaczają ich minimalne wymiary. Najważniejszym z nich jest zdolność rozdzielcza układu optycznego odczytującego płytę Audio CD za pomocą wiązki lasera. Opisuje ją wielkość nazywana aperturą numeryczną.
Z teorii optyki wynika, że dla zastosowanego układu można uzyskać aperturę numeryczną równą 0,5. Oznacza to, że średnica plamki świetlnej w ognisku wynosi około 1 µm. Aby tak mała plamka mogła być prawidłowo odczytywana, zagłębienia nie mogą być węższe niż około 0,5 µm, a ich minimalna długość musi wynosić 0,8 µm. Rozmieszczenie zagłębień i płaskich obszarów między nimi przedstawiono na poniższym rysunku.
Zagłębienie ma szerokość około 0,5 µm i jest oświetlane wiązką lasera o średnicy 1 µm. Zwoje spiralnej ścieżki są oddalone od siebie dokładnie o 1,6 µm. Długość zagłębień mieści się w zakresie od 0,8 µm do 3,5 µm. Minimalna długość wynika ze średnicy plamki świetlnej. Gdyby zagłębienia były krótsze, nie mogłyby zostać wykryte przez wiązkę o średnicy 1 µm. Maksymalna długość nie wynika z ograniczeń technologicznych, lecz jest określona przez sposób kodowania sygnału zapisywanego na płycie (o tym później).
Odczyt spiralnej ścieżki
Ze względu na ograniczenia technologiczne zagłębienia nie mają idealnie ostrych krawędzi, lecz są nieco zaokrąglone. Ma to niekorzystny wpływ na odczytywany sygnał i jest jedną z przyczyn konieczności stosowania wielu etapów kodowania i przekształcania sygnału. Spiralna ścieżka jest oświetlana czerwonym światłem lasera. Jak wiadomo, powierzchnia płyty jest lustrzana, dlatego światło lasera odbija się od niej. Stopień odbicia zależy jednak od tego, czy wiązka pada na zagłębienie, obszar między zagłębieniami czy ich krawędź. Odbita wiązka jest odbierana w głowicy optycznej przez zespół czułych fotodiod. W ten sposób informacja zapisana na płycie Audio CD zostaje przekształcona w sygnał elektryczny.
Sygnał ten ma postać szeregowego strumienia danych. W idealnym przypadku powinien składać się z prostokątnych impulsów o stromych zboczach. Ze względu na zaokrąglone i nierówne krawędzie zagłębień tak jednak nie jest. Powstający sygnał elektryczny ma stosunkowo długi czas narastania. Jego przebieg pokazano na poniższym rysunku. Ma on kształt zbliżony do trójkątnego, a ponadto jego amplituda nie jest stała. Długie czasy narastania i opadania wynikają z nieostrego przejścia między zagłębieniem a obszarem między zagłębieniami. Zależność amplitudy impulsu od długości zagłębienia jest natomiast skutkiem fizycznych i elektronicznych ograniczeń fotodetektorów zastosowanych w głowicy odczytującej. W rezultacie odczytany sygnał nie ma postaci idealnego cyfrowego przebiegu prostokątnego, lecz bardziej przypomina sygnał analogowy. Dlatego konieczne jest zastosowanie układu z przerzutnikiem Schmitta. Jak okaże się w dalszej części artykułu, układ ten działa poprawnie tylko wtedy, gdy sygnał zostanie zakodowany w odpowiedni sposób.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
