9.8. ЛАЗЕРНАЯ ЗВУКОЗАПИСЬ НА КОМПАКТ-ДИСК

ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ЗВУКОЗАПИСИ НА КОМПАКТ-ДИСК

Компакт-диск — это коммерческое название системы звукозаписи, разработанной совместно фирмами «Филипс» (Голландия) и «Сони» (Япония) в конце семидесятых годов, причем фирма «Филипс» разработала функциональные принципы и аппаратурные средства, а фирма «Сони» — способы преобразования сигналов и соответствующую микросхемотехнику.

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

Процесс получения копий напоминает процесс изготовления граммофонных пластинок. На лаковую поверхность диска наносят химическим путем или напылением в вакууме слой серебра, затем электропроводящую поверхность покрывают слоем никеля. Многократным копированием получают матрицы, которыми прессург компакт-диски из разжиженного поликарбоната. Диаметр компакт-дисков — На диск наносят отражающий слой алюминия толщиной порядка и для защиты от царапин и грязи покрывают его прозрачным лаковым слоем толщиной

При воспроизведении компакт-диска луч маломощного полупроводникового лазера инфракрасного диапазона фокусируется на дорожке записи. Если луч попадает на плоский участок дорожки, он отражается и поступает на фотоэлектронный преобразователь, а если на углубление — рассеивается. На выходе фотоэлектронного преобразователя получается сигнал, отображающий двоичную информацию, записанную на диске.

ПРОИГРЫВАТЕЛИ КОМПАКТ-ДИСКОВ

Проигрыватели компакт-дисков содержат движущий механизм, устройства декодирования сигналов и исправления ошибок, слежения за дорожкой и стабилизации скорости считывания, а также различные вспомогательные устройства.

Система считывания информации с компакт-диска схематически изображена на рис. 9.40. Она содержит двигатель вращающий компакт-диск 2% полупроводниковый лазер инфракрасного диапазона 3% собирающую линзу 4, направляющую лучистый йоток через расщепляющую призму 5, поляризующую пластинку 6 и фокусирующую линзу 7 на отражающую поверхность компакт-диска 2 с углублениями. Поляризующая пластинка 6, толщина которой равна четверти длины волны лазера, вертикально поляризует лучистый поток, отраженный от поверхности компакт-диска. Расщепляющая призма с зеркальной поверхностью 8 пропускает лучистый поток от лазера, но не пропускает обратно лучистый поток, отраженный от поверхности компакт-диска. Этот лучистый поток направляется зеркальной поверхностью через фокусирующую линзу 9 на фотодиод 10.

Глубина резкости фокусирующей линзы 7 не превышает 0,4 мкм, что мало, так как вертикальные биения компакт-диска, закрепленного только в центральной части, превышают глубину резкости примерно в 100 раз. Необходимо динамическое слежение за поверхностью компакт-диска. В проигрывателе имеется система слежения для обнаружения расфокусировки лазерного луча, вызванной вертикальными биениями компакт-диска. При точной фокусировке из отраженного от компакт-дис-ка лучистого потока на поверхности фотодиода формируется круг. При отклонении отражающей поверхности компакт-диска от заданного положения круг йревращается в эллипс. Для оценки формы следа, создаваемого на поверхности фотодиода отраженным лучистым потоком, фотодиод имеет четыре секции (поля), с каждой из которых снимается свой электрический сигнал. Четыре выходных сигнала управляют положением фокусирующей линзы 7 с помощью фокусирующего устройства 11. В результате сфокусированная точка удерживается на отражающей поверхности компакт-диска, несущей цифровую информацию в виде углублений разной длины. С помощью устройства 12 сфокусированная точка принимает правильное положение относительно дорожки записи. Система слежения управляет также перемещением всего блока читающего устройства от центра к краю диска и поддерживает постоянной линейную скорость чтения фонограммы, регулируя частоту вращения диска. Частота вращения меняется от в начале воспроизведения до на краю диска (иначе от 8,33 до ).

Проигрыватель имеет весьма сложную электронную часть, предназначенную для декодирования записанных на диске сигналов, выделения и расшифровки различных служебных кодов, разделения стереосигналов, исправления ошибок.

Одиночные ошибки считывания информации могут возникнуть из-за брака при прессовании компакт-дисков, царапин или загрязнения защитного слоя диска. Влияние царапин и загрязнения защитного слоя значительно ослаблено, поскольку на поверхности защитного слоя луч лазера не сфокусирован. Однако в некоторых случаях такие недостатки приводят к потере сотен и тысяч двоичных единиц информации, поэтому эксплуатация проигрывателя без помощи устройств анализа и исправления ошибок невозможна. Благодаря примененному способу кодирования, устройство исправления ошибок восстанавливает до 3500 потерянных подряд двоичных единиц информации, что соответствует нарушению целости дорожки, а в некоторых случаях даже до 12 000 двоичных единиц, что соответствует нарушению целости дорожки. Такая мощная исправляющая способность объясняется перестановкой (смещением) отсчетов перед записью, в результате чего вероятность групповых ошибок сильно уменьшена.

Рис. 9.40. Схема проигрывателя компакт-ди-сков

Если ошибок так много, что они не могут быть исправлены устройством коррекции, вступает в действие устройство интерполяции. Если в результате анализа выясняется, что между двумя достоверными отсчетами содержится недостоверный, он заменяется среднеарифметическим значением соседних. Если же подряд следует несколько недостоверных отсчетов, то перед началом ошибок начинает плавно уменьшаться коэффициент передачи, и к моменту появления ошибок он становится равным нулю. По окончании ошибок коэффициент передачи восстанавливается до первоначальной величины. Для возможности такого анализа записанной информации и устранения влияния ошибок в проигрывателе имеется устройство оперативной памяти.

Декодирующие устройства проигрывателя содержат четыре больших интегральных схемы, выполняющих около 4 млн операций в секунду.

ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ ЗВУКОЗАПИСИ НА КОМПАКТ-ДИСК

Международная электротехническая комиссия (МЭК) в предложила стандарт системы записи звука на компакт-диски. Стандарт регламентирует параметры системы, в том числе параметры самих компакт-дисков.

Компакт-диски диаметром содержат запись часовой программы. Толщина дисков — диаметр центрального отверстия диаметр опорной Плоскости Информация записана в виде следующих друг за другом углублений,

расположенных вдоль спиральной дорожки. Начало — ближе к центру, конец — ближе к краю диска. Двухканальная (стереофоническая) информация закодирована длиной углублений и расстояний между ними. Длина углублений и расстояний между ними изменяется дискретно восьмью ступенями от 0,83 до при линейной скорости и от 0,972 до при линейной скорости Ширина углублений глубина

Начальный диаметр области вхождения — не более конечный диаметр области выведения — Область записанной программы имеет начальный диаметр конечный диаметр Запись производится на одной стороне диска, противоположную (верхнюю при воспроизведении) сторону диска занимает этикетка. Содержание этикетки: наименование программы, номер диска каталогу, если программа записана на нескольких дисках — номер диска в порядке следования дисков данной программы и общее количество дисков (например, диск 2 из 4).

Ниже приводится сравнение некоторых параметров долгоиграющей граммофонной пластинки и компакт-диска:

(см. скан)

Компакт-диск содержит три зоны (три области): зону (область) вхождения, зону записи, зону выхода (область выведения). Во входной зоне содержится информация о количестве фонограмм (произведений), записанных на диске, время от начала диска до начала данной фонограммы в минутах и секундах и в так называемых кадрах (кадр равен 1/75 с), время, отсчитываемое от окончания входной зоны до начала выходной, опознавательный номер диска в соответствии с номером по каталогу. Наличие информации о времени начала фонограммы позволяет автоматизировать выбор данной фонограммы и осуществлять многократное ее исполнение. В пределах зоны записи (зоны воспроизведения) записана информация программы, а также до восьми вспомогательных подкодов.

Стандартизована длина волны лазера — Число каналов записи — два (при удвоении скорости движения можно записать четыре канала). Количество разрядов — 16, квантование — линейное.

Частота дискретизации рана скорость передачи двоичных знаков в канале Для защиты от искажений вводятся исправляющие коды, а для поддержания установленной скорости чтения фонограммы — синхронизирующие сигналы.

Компакт-диски обеспечивают полосу частот от 20 до 20 000 Гц при неравномерности не более и отношении сигнал-шум квантования более Переходное затухание между стереоканалами — более Коэффициент гармоник на частоте менее Мощность, потребляемая проигрывателями, составляет 20 ... 30 Вт.