Электроника проигрывателей CD

Помимо механической части и систем слежения проигрыватель содержит преобразователь цифровых сигналов в аналоговые. Лишь в первых проигрывателях это был обычный 16-разрядный ЦАП (цифро-аналоговый преоб­разователь) с фильтром высокого порядка.

В некоторых проигрывателях применяются следящие одноразрядные ЦАП, в других используются различные способы искусственного увеличения разрядности кванто­вания. Они основаны на известном математическом аппа­рате интерполяции данных — когда по ряду дискретных уровней уточняются промежуточные значения сигналов. Полезным оказалось подмешивание к сигналу на выходе основного ЦАП небольшого по величине шумового сигна­ла, спектр которого подобран с учетом физиологических особенностей восприятия шума слуховым аппаратом че­ловека. Все эти меры направлены на улучшение восприя­тия сигналов слабого уровня, когда ограничение по раз­рядности квантования амплитуды сигналов становится ощутимым.

Следует учитывать, что перед окончательным 16-разрядным кодированием в процессе записи используется промежуточное кодирование с более высоким числом разрядов — до 24. Применяемая при записи компакт-дисков специальная методика кодирования закладывает в закодированный сигнал некоторую избыточную инфор­мацию. Ее могут выделять особые схемы декодирования, что позволяет несколько расширить частотный диапазон воспроизводящих устройств и увеличить динамический диапазон при проигрывании компакт-дисков. К примеру, в проигрывателях фирмы Philips ЦАП преобразует 16-битовые пакеты данных в поток однобитовых данных, направляемых на конденсаторные фильтры с частотой 256x44,1 кГц (или 11,2896 МГц). Это эквивалентно увели­чению разрядности в 256 раз.

К сожалению, есть немало факторов, способных не только резко ухудшить качество воспроизведения ком­пакт-дисков, но и вообще привести к срыву считывания. Самый важный из них — вибрации механизма - уже был отмечен. Но есть и другие — царапины и волоски на диске, пыль, отпечатки пальцев, следы клея или краски и т. д.

Несмотря на применение цифровых методов (в том числе запоминания данных в пределах до 3—10 секунд), важно помнить, что сигнал на фотодиоде лазерной головки - обычный аналоговый сигнал. При наличии указанных факторов он очень далек по форме от идеальных прямо­угольных импульсов. Фронты сигнала имеют конечную длительность и дрожат во времени — об этом знает каждый радиолюбитель, просматривающий форму импульсов на экране осциллографа.

Дрожание фронтов импульсов называют «джиггером» (от английского jitter). Компаратор (устройство сравнения сигнала с некоторым опорным уровнем), фиксирующий переходы импульсов от напряжения логического нуля до единицы и наоборот, может в таких случаях давать переключения (порою даже многократные) в разные моменты времени. При наличии царапин или загрязнения диска, а также при некачественной работе системы слежения за канавкой точное определение того, чему соответствуем сигнал (логическому нулю или единице), становится затруднительным и может наступить срыв системы слежения за дорожкой. Что хорошо, так это то, что если уж проигрыватель «ухватил» дорожку, то считывание идет, как правило, нормально и звук не искажается. 

Стремление уменьшить уровень шумов преобразования и снизить разрядность ЦАП (и, следовательно, повысить быстродействие) привело некоторых разработ­чиков аудиоаппаратуры к созданию преобразователей на основе дельта-сигма модуляции, при которой цифровой поток несет в себе информацию не о мгновен­ном значении аналогового сигнала, а о направлении его изменения (увеличения или уменьшения). Такая информация может быть одноразрядной, но частота ее по­ступления должна быть гораздо выше, чем при обычном способе оцифровывания сигнала с помощью многоразрядного АЦП. При использовании дополнительного фильтра-преобразователя часть спектра шума квантования смещается в высоко­частотную область и легко отфильтровывается.

Подобные процедуры используются в ЦАП фирм Matsushita (система многосту­пенчатого преобразователя шума MASH - multi stage noise shaping) и Philips (сис­тема BIT STREAM). Схемы ЦАП и ФНЧ в таких случаях существенно упрощают­ся при сохранении высокого качества обработки сигналов. Заметим, что в системе BIT STREAM цифро-аналоговый преобразователь работает только с двухуровне­вым сигналом, а в системе MASH число уровней входного сигнала ЦАП может быть равно двум, трем, пяти, семи и одиннадцати.

Обычно одновременно с процессом цифро-аналогового преобразования произво­дится демультиплексирование аудиоинформации, то есть разделение ее на сигналы левого и правого каналов. Это происходит при коммутации и разделении потока чередующихся 16-разрядных цифровых слов левого и правого каналов на два подпотока. В результате попеременного подключения их к ЦАП (одному или двум в зависимости от конкретной реализации схемы) и формируются два сте­реосигнала.

Сформированные таким образом аналоговые колебания поступают для даль­нейшего усиления и регулировки в низкочастотный тракт.

Цифровые данные субкода, поступающие вместе с аудиоинформацией, обраба­тываются отдельно по специальным алгоритмам. Субкод содержит как общие све­дения о диске, так и текущие данные. Общая информация считывается в начале воспроизведения с нулевой дорожки, а текущая используется в процессе работы для управления устройствами обработки. При обработке субкода операции ин­терполяции и деперемежения не нужны, так как в отличие от аналогового сигна­ла байты и слова в этих импульсных последовательностях независимы, поэтому применение перемежения не дает никакого выигрыша. Сигналы, получаемые в результате декодирования субкода, используются контроллером системы управ­ления проигрывателя компакт-дисков и обеспечивают выполнение многих управ­ляющих и сервисных функций.