.

ЗВУКОВЫЕ КОМПАКТ-ДИСКИ

Звуковые компакт-диски были созданы совместно Фирмами Sony и Philips как альтернатива виниловым дискам. Они вначале были встречены весьма прохладно — многие полагали, что эти дорогие изделия никогда не заменят дешевые и массовые грампластинки. Однако уди­вительно малый уровень шума таких дисков и независи­мость качества воспроизведения от числа проигрываний и времени хранения, а также легкость перехода от проигрывания одной вещи к другой сделали свое дело — уже через несколько лет после появления компакт-дисков стало очевидно, что они повсеместно заменят грампластинки. Компакт-диск представляет собой кружок из прозрачной пластмассы — поликарбоната. На его наружной поверхности имеется тонкий светоотражающий слой с миниатюрными углублениями — питами. Они создаются при штамповке диска с помощью диска-оригинала. Оригинал, в свою очередь, создается с помощью методов фотолитографии и микротравления (при этом для создания профиля поверхности оригинала используется технология лазерной записи информации). Типичная длина пита от 0,8 до 3,2 мкм, а расстояние между ними около 1 мкм. Питы, имеют ширину 0,4 мкм, глубину 0,12 мкм, а дорожки с ними расположены на расстоянии 1,6 мкм (так что на поверхности диска разме­щено около 16000 дорожек). При столь малых размерах информационных ячеек компакт-диска — питов, его ин­формационная емкость очень велика и достигает пример­но 1000 Мбайт. Еще меньше размеры питов и расстояние между дорожками у новых дисков, на­пример DVD, что увеличивает их емкость (в зависимости от конструкции) до 4,7—17 Гбайт.

Для считывания данных с компакт-диска используется луч полупроводникового лазера, который фокусируется в про­зрачном слое основы диска. Коэффициенты отражения существенно различны у отражающей поверхности и у пита, что вызывает амплитудную модуляцию отраженного луча лазера. Главное отличие компакт-диска от грампластинки заключается в использовании цифровых методов кодирования аналоговых звуковых сигналов. Поэтому информация на диске представлена двоичными единицами — битами. В первом приближении можно считать, что нали­чие и отсутствие пита, означает 0 и 1 двоичной информа­ции. Таким образом, каждый промежуток с питом несет информацию в 1 бит. На деле все выглядит гораздо сложнее - для представления цепочки битов используется избыточное число питов, так как кодирование произво­дится с запланированным избытком информации. Это повышает надежность ее считывания и позволяет исклю­чить вероятность потери информации даже при случайной потере короткой цепочки питов. Нам нет необходимости вникать в тонкие детали этого кодирования, поскольку оно интересно лишь разработчи­кам аппаратуры для производства и проигрывания ком­пакт-дисков, но не конечному пользователю ими. Главное то, что отраженный луч имеет две градации интенсивности и вместо аналоговой амплитудной модуляции использует­ся, по существу, амплитудная манипуляция (с помощью специальных схем — компараторов оба значения интен­сивности отраженного луча лазера превращаются в значе­ния логического нуля и логической единицы).

Давно известно, что для того, чтобы закодировать аналоговый сигнал в цифровой форме, надо брать его выборки с определенной периодичностью. Она задается частотой дискретизации аналогового сигнала (или часто­той его квантования). Наш ученый академик Котельников давно показал, что для квантования сложного аналогового сигнала достаточно иметь два отсчета для высшей гармо­ники сигнала. Другими словами, частота квантования должна хотя бы вдвое превышать верхнюю границу эф­фективной полосы частот сигнала. Для звукового диапазона (20 Гц—20 кГц) стандартом на компакт-диски установлена частота квантования 44,1 кГц, т. е. с очень небольшим запасом по сравнению с расчетным значением 40 кГц. Кроме того, важным пара­метром цифровых систем является разрядность квантования, т. е. количество ступеней, которыми задается мгновенное значение сигнала при каждой его выборке. В результате многочисленных исследований было выяснено, что достаточно 16 разрядов, что дает 65536 ступенек для представления амплитудного значения сигнала. Сразу от метим, что дальнейшие исследования показали, что такая разрядность все же недостаточна для истинно высококачественного звуковоспроизведения и дает постоянный повод для критики компакт-дисков (впрочем, как и частота квантования, которую стоило бы повысить в два-три раза). Тем не менее, принятые стандартом значения частоты квантования 44,1 кГц и 16 разрядов квантования сигналов по амплитуде позволили получить АЧХ проигрывателей компакт-дисков в диапазоне частот от 20 Гц и ниже (у многих проигрывателей — от 2 Гц) до 20 кГц при динамическом диапазоне (расчетном) без коррекции 98 дб и отношении сигнал/шум 100 дБ. Переходное затухание между каналами может достигать 98 дБ, а коэффициент гармоник на частоте 1000 Гц — 0,0015%. Однако при воспроизведении проигрывателями слабых звуков конечная разрядность квантования может при вести к вполне слышимым искажениям, она же делает звучание несколько жестковатым. Заметно портят качество звука и неудачно спроектированные фильтры высокого порядка, которые служат для подавления шумов квантования и ставятся на выходе ЦАП проигрывателя компакт-дисков. Все это ведет к некоторой жесткости и холодности звучания компакт-дисков и дает повод к дальнейшему совершенствованию их проигрывателей. Техника записи на оптические диски непрерывно совершенствуется.