Электроника проигрывателей CD
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.