Аппаратура для оптической записи и воспроизведения звука

К аппаратуре для оптической записи и воспроизведения звука относятся проигрыватели и проигрыватели-рекордеры компакт-дисков.

Диск изготовляется из поликарбоната диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм. За небольшие размеры и большую емкость информации, которую на него можно записать диски называют компакт-дисками (Compact Disk или CD).

Рабочий слой на CD представляет собой пленку из легкоплавкого материала (теллура и его соединений). Запись осуществляется на рабочем слое лучом лазера, который фокусируется до диаметра 1,5 мкм. При таком сжатии температура луча поднимается настолько, что под его воздействием происходит локальное расплавление пленки с образованием микроуглублений (питов).

Для записи на диск звуковая информация (музыка, речь) должна быть оцифрована. Для этого звуковые колебания с помощью микрофона преобразуют в колебания электрического тока. Так как форма электрических колебаний при этом полностью совпадает (аналогична) с формой звуковых колебаний, то такие электрические колебания называют аналоговыми.

Преобразования аудиосигналов из аналоговой формы в цифровую осуществляет специальная микросхема, которая называется аналого-цифровой преобразователь — АЦП. Сущность его работы заключается в том, что он через очень короткие промежутки времени (44100 раз в секунду) измеряет амплитуду напряжения аналогового сигнала и кодирует полученные значения (в двоичном счислении) в виде "1" и "0".

Логическая "1" во время записи вызывает вспышку лазерного луча и образование на поверхности диска пита, логический "0" на лазер не воздействует. Чередование питов и промежутков между ними представляет собой сигналограмму, которая несет информацию о звуке в цифровом виде. Питы следуют по спирали, которая начинается в центральной части диска, закручивается по часовой стрелке и доходит до края.

С диска-оригинала обычными методами гальванотехники (напыление серебра, гальванопластика) готовятся никелевые матрицы, на которых питы получаются в виде выступов. Матрицы служат для получения оттисков на дисках из прозрачного поликарбоната методом штамповки. Для повышения отражательной способности на пластинку напыляется тонкий слой алюминия, а затем наносится слой прозрачного лака, защищающий запись от повреждений.

Считывание информации с оптического диска осуществляется лучом лазера в проигрывающем устройстве. Попадая на промежуток между выступами, луч отражается и направляется на фотоприемник, возбуждая в нем цифровой сигнал "0". Если же луч попадает на выступ, он при отражении диффузно рассеивается, при этом формируется сигнал "1".

Цифровая информация, проходя через ЦАП, превращается в последовательность напряжений, соответствующих исходному аналоговому сигналу. В такой форме сигнал можно подавать на усилитель и прослушивать через громкоговоритель.

На диске размещается 16000 спиралей общей длиной 5700 м. Информационная емкость диска очень велика и достигает 780 Мбайт. На один компакт-диск можно записать 150000 страниц текста. Несмотря на колоссальный объем памяти, предельное время звучания аудиодисков составляет всего 74 мин, что позволяет записать на них примерно 15 песен. Это связано с тем, что аудиоинформация требует очень много места. Одна компьютерная дискета, на которой можно было бы записать 2-3 дипломные работы, может сохранить музыку лишь на 8 с звучания.

Для того чтобы рациональнее использовать емкость диска информацию подвергают сжатию (компрессии). Это дает возможность увеличить количество записанной информации почти в 10 раз. Из всех известных форматов сжатия самым популярным являются форматы МРЗ (эм-пэ-три) и ATRAC, поддерживаемые большинством фирм-производителей. Смысл компрессии сводится к тому, что из фонограммы электронным способом удаляются паузы и неслышимые звуки, например очень тихие звуки после громких или звуки за пределами слышимости (частотой выше 20000 Гц и ниже 20 Гц).

Огромные преимущества дает компрессия при сохранении голосовой информации. В этом случае за счет "вырезания" пауз между словами и предложениями может быть достигнуто 30-40-кратное сжатие с незначительным искажением голоса и интонации. Например, компрессия по формату МРЗ позволяет записать на один компакт-диск до 150 песен, вместо 15 без сжатия.

Диски, на которых музыка записана без сжатия, называются аудиодисками и обозначаются аббревиатурой CD-DA (Compact Disk Digital Audio — CD с оцифрованным звуком). Качество записи на таких дисках самое высокое.

По возможности к перезаписи компакт-диски подразделяются на неперезаписываемые диски (CD) и перезаписывемые (CD-R и CD-RW).

Компакт-диски (CD) изготовляются как грампластинки на студиях звукозаписи. Стирать и перезаписывать фонограмму на них невозможно. Диск CD-R (R-Recordable, записываемый) представляет собой чистый диск, "болванку", на которую в домашних условиях на компьютере можно сделать запись, однако такой диск перезаписать невозможно. Диск CD-RW (RW-Rewritable перезаписываемый) позволяет многократно стирать старые данные и записывать вместо них новые.

Учитывая колоссальную информационную емкость, высокую точность копирования и стойкость записи к электромагнитным воздействиям, компакт-диски используются для длительного хранения аудио- и видеоинформации.

Аудиодиски без сжатия записываются на постоянной линейной скорости по спиральной дорожке, поэтому частота вращения диска в проигрывателе плавно изменяется от 500 об/мин для внутренних дорожек до 200 об/мин для дорожек на внешней части диска.

Запись с компрессией МРЗ осуществляется с помощью компьютеров по концентрическим дорожкам и имеет файловую структуру. В компьютерных приводах CD-ROM частота вращения дисков постоянна и может превышать среднюю скорость — CD-плеера до 50 раз. Поэтому для аудио- и компьютерных дисков разработаны разные считывающие устройства. Следует отметить, что в современных моделях CD-плееров и CD-RomoB установлены универсальные дисководы, позволяющие проигрывать как компьютерные, так и аудиодиски.