Urządzenia oparte na technice komputerowej - odtwarzacz CD

Odtwarzacze cyfrowe, są nowoczesnymi urządzeniami wykorzystującymi technike komputerową. Płytę CD oraz odtwarzacz wynalazł koncern PHILIPS na początku lat 80-ych.
Na przełomie lat 80-ych i 90-ych nastąpił bardzo szybki rozwój techniki komputerowej, gdzie z powodzeniem zaczęto stosować płyty CD jako nośnik danych. Dzisiaj nikt już sobie nie wyobraża komputera, który nie posiada napędu CD lub DVD.
Najważniejszym elementem odtwarzacza CD jest laser służący do odczytu danych zawartch na dysku CD – z ang. Compact Disc Digital Audio. Najczęściej są to płyty
o średnicach 12 rzadziej 8 cm. Pod względem parametrów technicznych, płyty CD przewyższają wielokrotnie analogowe (winylowe) płyty audio lub dyskietki w komputerach. Dzwięk zapisany na płycie jest krystalicznie czysty, nie występują typowe trzaski dla płyt analogowych, natomiast w przypadku płyt CDR lub CDRW można nanich zapisać do 500 razy więcej danych niż na dyskietce 3,5”. Dzięki bezstykowemu systemowi odtwarzania danych (dźwięku) zarówno płyta jak i laser nie ulegają zużyciu. Można powiedzieć o nich, że posiadają bezterminową gwarancję. Odbity od powierzchni płyty promień lasera (światło), zostaje zmodukowany tzn. zmieniony na sygnał elektryczny o odpowiednio dużej częstotliwości. Następnie zostaje on we wzmacniaczu zamieniony na sygnał akustyczny, który słyszymy z głośnika. Podobnie dzieje się w przypadku danych odczytywanych w odtwarzaczu CD umieszczonym w komputerze. Dane zawarte na płycie CDR lub CDRW zamieniane są podobnie jak w przypadku płyt audio na dźwięk, a także na obraz lub program, który komputer może wykonać.

Cyfrowy, optyczny format zapisu powszechnie wykorzystywany do audio jak również do danych komputerowych. Płyty CD mają 12 cm średnicy i 1,2mm grubości. Cyfrowe dane są zapisane w postaci zagłębień (ang. pit) i płaskich fragmentów (ang. land) na płycie. Zagłębienia tworzą na płycie spiralę zaczynającą się w pobliżu środka płyty i rozwijajacą ku jej brzegowi. Skok spirali wynosi 1,6 mikrona. Płyta CD mieści 650 MB danych (to oznacza nico ponad 680 milionów bajtów) lub około 74 minut muzyki (częstotliwość próbkowania 44,1 kHz, rozdzielczość 16 bitów), choć warto wspomnieć, że poprzez nagięcie specyfikacji niekiedy zwiększa się pojemność zapisu. Format został opracowany przez firmy Philips
i Sony, wprowadzono go na rynek w latach 1982/83. Pierwotnie płyty CD były wykorzystywane tylko do zapisu audio.
Do odczytu danych wykorzystuje się laser. Promień lasera pada na obracający się dysk, cały czas śledząc spiralę utworzoną z zagłębień. Kiedy laser trafia na zagłębienie światło zostaje rozproszone i bardzo niewiele odbija się w kierunku fotodiody odbiornika. Natomiast kiedy laser trafia na płaski fragment płyty światło ulega odbiciu w kierunku odbiorczej fotodiody z minimalną tylko stratą siły sygnału. Odczyt danych audio odbywa się ze stałą prędkością synchronizowaną z zegarem odtwarzacza. Dlatego prędkość liniowa jest stała (CLV - constant linear velocity), podczas gdy prędkość obrotowa zmienia się. Inaczej odbywa się to w napędach CD-ROM, które mają zmienną prędkość transmisji i wykorzystują stałą prędkość obrotową (CAV - constant angular velocity).
CD-R
Zapisywalna płyta CD (CD-Recordable). Format pozwalający na jednokroty zapis płyty CD. Nie jest możliwe kasowanie danych zapisanych na nośniku CD-R. Płyty CD-R są odczytywane przez zwykłe odtwarzacze CD ale nie koniecznie przez odtwarzacze DVD.
Nagrywarki CD-R audio mogą nagrywać tylko płyty CD-R do audio. Płyty takie mają w cenie zawarte dodatkowe opłaty na rzecz organizacji zajmujących się ochroną praw autorskich. Technicznie różnią się jednak od płyt do zastosowań poza audio (komputerowych) wyłącznie odpowiednim logo oraz identyfikatorem zakodowanym na płycie w procesie produkcji. Płyty CD-R mają spiralną ścieżkę uformowaną w trakcie produkcji. Na tą ścieżkę zapisywane są dane przy nagraniu. Spiralna ścieżka ma taką samą strukturę jak ścieżka na konwencjonalnej płycie CD, skok ścieżki wynosi 1,6 mikrona a jej szerokość 0,6 mikrona. Dodatkowo ścieżka ma nałożone sinusoidalne odchylenie wielkości 0,3 mikrona i o częstotliwości 22,05kHz. Częstotliwość odchylenia jest wykorzystywana do sterowania prędkością obrotową. Płyty CD-R różnią się od zwykłych płyt CD pod względem obszarów danych na nośniku. Płyty CD-R mają dodatkowe obszary na wewnętrzenej części płyty. Są to: Program Calibration Area (najbliższa środka część płyty używana do kalibrowania lasera) i Program Memory Area używana do przechowywania numerów utworów a także informacji o ich początku i końcu. Płyta CD-R ma kilka warstw. Pierwsza od spodu jest warstwa ochronna, następna jest warswa odbijająca, kolejna to warstwa zapisu (barwnik z uformowaną ścieżką), oraz substrat. Informacja jest zapisywana poprzez wypalenie zagłębień w warstwie zapisu. W czasie nagrania promień lasera nagrzewa nośnik i substrat do temperatury około 250 stopni. Podgrzany barwnik kurczy się a substrat się rozszerza wypełniając powstałą przestrzeń.
CD-RW
Kasowalna płyta CD (CD-ReWritable). Wersja płyty CD pozwalająca zarówno na zapis jak
i kasowanie informacji. Ze względu na mniejszy współczynnik odbicia płyty CD-RW nie są czytane przez starsze odtwarzacze CD. Natomiast niektóre nowsze odtwarzacze CD odczytują płyty CD-RW. Nagrywarki CD-RW do audio wykonują nagrania tylko na płytach CD-RW do audio. Płyty takie zawierają w swej cenie opłaty na rzecz organizacji zajmujących się ochroną praw autorskich. Technicznie różnią się od płyt do zastosowań poza audio (komputerowych) tylko odpowiednim logo i identyfikatorem zakodowanym na płycie w procesie produkcji. Płyty CD-RW mają spiralną ścieżkę uformowaną w trakcie produkcji. Na tą ścieżkę zapisywane są dane przy nagraniu. Spiralna ścieżka ma taką samą strukturę jak ścieżka na konwencjonalnej płycie CD, skok ścieżki wynosi 1,6 mikrona a jej szerokość 0,6 mikrona. Dodatkowo ścieżka ma nałożone sinusoidalne odchylenie wielkości 0,3 mikrona i o częstotliwości 22,05kHz. Częstotliwość odchylenia jest wykorzystywana do sterowania prędkością obrotową. Płyty CD-RW różnią się od zwykłych płyt CD pod względem obszarów danych na nośniku. Płyty CD-RW mają dodatkowe obszary na wewnętrzenej części płyty. Są to: Program Calibration Area (najbliższa środka część płyty używana do kalibrowania lasera) i Program Memory Area używana do przechowywania numerów utworów a także informacji o ich początku i końcu. Płyta CD-RW ma kilka warstw. Pierwsza od spodu jest warstwa ochronna, następna jest warswa odbijająca, kolejna to warstwa zapisu (stop srebra, indu, antymonu i telluru z uformowaną ścieżką), oraz substrat. W pierwotnej postaci warstwa zapisu ma strukturę polikrystaliczną. W czasie nagrania promień lasera podgrzewa warstwę powyżej tempertury topnienia (500-700 stopni C, potrzebny jest mocniejszy laser niż do CD-R). Stopione kryształy stają się amorficzne (nie-krystaliczne). Amorficzny stop ma mniejszy współczynnik odbicia (równoważnik zagłębień na płycie CD), zaś nie stopiony stop ma wyższy współczynnik odbicia (równoważnik płaskich cześci płyty CD). Dane można wymazać w procesie wyżarzenia. Podgrzewając stop do temperatury powyżej 200 stopni i utrzymując tą temperaturę przez pewien czas mozna doprowadzić do odtworzenia krystalicznej struktury stopu.

Wynalazek Philipsa z 1982 r. po dziś dzień owocuje nowymi produktami do zapisywania dźwięków, filmów i danych. W 1877 r. Thomas Alda Edison postawił świat na głowie, prezentując swój najnowszy wynalazek: fonograf. Wiersz „Mary had a little lamb”, nagrany przez sławnego amerykańskiego wynalazcę na woskowym wałku, stał się dzięki temu jednym z najbardziej znanych wierszyków dziecięcych wszech czasów. Przeszło sto lat później Philips zaskoczył świat nowym standardem nagrywania dźwięku, tworząc płytę kompaktową. Jednym wynalazkiem pokonano wszystkie uciążliwości, jakie niosły ze sobą tradycyjne nośniki dźwięku. Wraz z pojawieniem się płyty CD, szumy i inne zakłócenia zostały ostatecznie wyeliminowane. Od czasu wynalezienia fonografu na całym świecie intensywnie pracowano nad udoskonaleniem wynalazku Edisona. Wałek zastąpiła płyta, początkowo z szelaku, a później z winylu. Na samym początku na jednej płycie o średnicy trzydziestu centymetrów mieścił się maksymalnie jeden utwór muzyczny, trwający nie dłużej niż trzy minuty. Później na jednej stronie płyty długogrającej udawało się zapisać od pięciu do sześciu piosenek. Wraz z postępem techniki jakość odtwarzania stawała się coraz lepsza.

Sala koncertowa
Płyta CD zapewniła odtwarzanie dźwięku nie tyle zbliżonego do rzeczywistości, co wręcz identycznego z rzeczywistym. Igła została zastąpiona laserem, a płyta wynilowa — srebrzystym dyskiem z tworzywa sztucznego. Płyta kompaktowa o średnicy 12 centymetrów ewidentnie przewyższała wydajnością 30-centymetrowe czarne krążki. Bez trudu może pomieścić ponad godzinę muzyki. Zarysowania nie wpływają na jakość dźwięku. Nie występuje zużycie spowodowane ścieraniem rowków przez igłę. CD zachowuje doskonałą jakość przez całe dziesięciolecia, niezależnie od częstotliwości odtwarzania!
Technologia cyfrowa
Zapis na płycie CD realizowany jest w technologii cyfrowej, a więc jako kombinacja jedynek i zer. Układ połączeń elektronicznych, w który zaopatrzony jest każdy odtwarzacz CD, automatycznie koryguje ewentualne drobne błędy na płytach kompaktowych. Filtry dbają o to, aby odtwarzany dźwięk był absolutnie zgodny z naturalnym. To wszystko było nieosiągalne przy zastosowaniu analogicznych urządzeń z wcześniejszego okresu. Znamienne jest, że krótko po wprowadzeniu na rynek płyt kompaktowych klienci uważali doskonały dźwięk CD za mniej przyjemny dla ucha niż „ciepłe” tony uzyskiwane przez ich stare adaptery. Krytyka jednakże szybko ustała. Obecnie CD stanowi uniwersalny standard w dziedzinie zapisu dźwięku.
Obraz
Dla wielu osób płyta CD była pierwsym zetknięciem z cyfrową technologią zapisu danych, a przecież nie był to pierwszy produkt tego typu wprowadzony na rynek przez Philipsa. Płyta kompaktowa jako nośnik dźwięku stanowi w zasadzie ewolucję płyty video, dysku o średnicy 30 centymetrów, służącego do zapisu obrazu, np. filmów fabularnych. Płyta VLP (Video Long Play) była pierwszym produktem opracowanym przez Philipsa w technologii cyfrowej, ale w przeciwieństwie do DVD (Digital Versatile Disk) nie odniosła większego sukcesu.
Współpraca
Chociaż Philips jest „wynalazcą” CD, nie był jedyną firmą, która wprowadziła nowy, rewolucyjny system na rynek. Zarówno przy opracowywaniu produktów, jak i przy ustalaniu standardów, Philips blisko współpracował z japońską firmą Sony. Postępowanie takie związane było w mniejszym stopniu z wymogami technicznymi, lecz raczej z przekonaniem, że nowy system może odnieś sukces na rynku tylko wówczas, gdy będzie wspierany przez większą liczbę producentów. Przewidywania sprawdziły się. Nową technologię już na pierwszej prezentacji poparło wielu liczących się producentów sprzętu grającego oraz przemysł muzyczny, którego opinia miała niebagatelne znaczenie dla sukcesu tej technologii. W ostateczności to jednak konsumenci mieli ocenić, czy jakość dźwięku jest rzeczywiście na tyle lepsza, aby zechcieli wymienić swoje adaptery na odtwarzacze CD, które przynajmniej na początku, były bardzo drogie. Jednak bez względu na cenę klienci szybko spostrzegli wyjątkową jakość CD. W niespełna pół roku po wprowadzeniu na rynek sprzedano dziesiątki tysięcy odtwarzaczy CD i wielokrotnie więcej samych płyt kompaktowych.
Uniwersalny standard

Początkowo kilka firm próbowało wylansować na rynku własne, alternatywne rozwiązania. Nie trwało to jednak długo i płyta kompaktowa przyjęta została przez cały przemysł jako światowy standard w dziedzinie zapisu audio, pozycję tę zajmując bezsprzecznie po dziś dzień. Wprowadzenie jednego uniwersalnego standardu zaowocowało ustaleniem kolejnych. CD okazał się idealny nie tylko do zapisu audio, ale również baz danych i programów. CD-ROM (Read Only Memory) stał się, o ile to możliwe, nawet bardziej popularny niż CD Audio. Nie ma już w zasadzie komputerów bez napędu CD-ROM. Popularność CD-ROM-ów jeszcze wzrosła, odkąd użytkownicy mogą samodzielne tworzyć płyty. Łatwy w obsłudze sprzęt umożliwia łączenie na płycie kompaktowej zapisu audio oraz danych, sporządzanie kopii zapasowych, a także tworzenie elektronicznych albumów fotograficznych. W międzyczasie dostępny na rynku stał się tzw. rewriteable CD-ROM, tzn. płyta z możliwością wielokrotnego zapisu. Przy użyciu głowicy najnowszej generacji można zapisać specjalny dysk kompaktowy do tysiąca razy. Sukces płyty kompaktowej oraz związanych z nią produktów zawdzięczamy przede wszystkim uzgodnieniom pomiędzy producentami na całym świecie. Księgi "niebieska", "zielona" i "pomarańczowa", nazywane tak od koloru ich oprawy, stanowią biblię każdego producenta sprzętu elektronicznego. Dzięki tym szczegółowym unormowaniom każdy konsument może być pewien, że zakupione przez niego płyty CD mogą być odtwarzane w dowolnym odtwarzaczu CD, bez względu na producenta. To samo dotyczy płyt kompaktowych z bazami danych, nawet jeśli użytkownik sam je wypalał.
DVD

Rozwój technologiczny posuwa się coraz dalej. Weźmy na przykład DVD, najnowsze osiągnięcie w dziedzinie cyfrowego zapisu danych. O ile płyta CD ma pojemność około 650 MB, o tyle płyta DVD jest w stanie pomieścić do 4,5 GB informacji, a więc niemalże siedem razy więcej. Stanowi tym samym doskonały nośnik informacji, gdy w grę wchodzą dane zajmujące sporo miejsca, jak filmy pełnometrażowe. Ruchomy obraz zajmuje niezwykle dużo miejsca. Zwykły CD-ROM nie nadawał się do zapisu filmów, w przeciwieństwie do płyty DVD, która ma znacznie większą pojemność. Na jednym dysku mieści się z łatwością długi film kinowy, przy zachowaniu doskonałej, wręcz studyjnej jakości, z sześciokanałowym dźwiękiem stereo w systemie Dolby ProLogic, a do tego jeszcze z napisami w ośmiu językach. DVD Video stanowi jedną z odmian DVD. Osobne rozwiązanie stanowi DVD-ROM, do zapisu danych komputerowych. Skomplikowane gry, które dotychczas wymagały sześć albo i więcej płyt CD-ROM, teraz mieszczą się z łatwością na jednej płycie DVD-ROM. Płyta DVD dysponuje wystarczającą objętością, aby pomieścić całą bibliotekę lub rejestr ludności całego kraju. Płyta DVD stała się możliwa dzięki ciągłemu udoskonalaniu techniki precyzyjnego naprowadzania lasera, co umożliwiło gęstszy zapis informacji na płycie DVD niż na „zwykłej” płycie CD.

Mimo tego nie należy spodziewać się wyeliminowania płyt CD przez DVD. Płyta DVD z setkami godzin muzyki nie wydaje się być specjalnie sensowna, tym bardziej, że ze względu na prawa autorskie byłaby też niezwykle droga. Ale jeśli chodzi o zapis danych czy filmów video, DVD ma jeszcze przed sobą wspaniałą karierę.