14 август 2018
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

История на звуконосителите. Компактдискове

Ограбиха ли Philips и Sony изобретателя Джон Ръсел?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 21 февруари 2016 в 09:0041440

Първообразът на музикалния компактдиск е грамофонната плоча. Той е създаден със задачата за съхранение на аудиозапис в цифров вид (Audio CD), но в по-нататъшното си развитие еволюира въобще до способ за съхранение на всякакви данни в двоичен вид (CD-ROM — англ. Compact Disc Read Only Memory).

Едната версия

През 1978 г. компанията Philips пуска на пазара първия в света оптичен диск, предназначен за възпроизвеждане на видео в домашни условия – Laserdisc. Този формат обаче не успява да се наложи и плейърите за него остават непопулярни. Според доклад от 1998 г., двадесет години по-късно едва около 2 % от домакинствата в САЩ притежават плейъри за лазерни видеодискове. Този проект обаче дава идея за разработване на оптичен диск с лазерна технология въобще.

Още през 1970 г. Philips започват ALP работа над проект с работно заглавие ALP (audio long play) - дисково базирана звукозаписна и възпроизвеждаща система, която трябва да замени господстващите на пазара през този период грамофонни плочи. Лу Отънс (Lou Ottens) - технически директор на аудио отдела на Philips - заявява, че ALP дискът ще бъде значително по-малък от виниловите носители, а звукозаписното време ще бъде около 60 минути. Възниква и идеята за поддръжка на куадрофоничен звук, но екипът скоро я изоставя, тъй като за целта диаметърът на диска трябва да се увеличи до незадоволителните 20 cm. Сериозни дискусии поражда и търговското наименование на новия носител. Основните идеи са Mini Rack, MiniDisc и Compact Rack, между които е възприето "междинното" наименование Compact Disc. Вероятно това е маркетингов ход – все пак Philips са автори на предишния изключително успешен формат за звуконосител -

Compact Cassette (вж. повече тук - История на звуконосителите-Аудиокасети)

През март 1979 г. Philips свиква специална пресконференция, чиято основна цел е да покаже качеството на CD звука и възходящото развитие на проекта. Седмица по-късно представители на компанията отпътуват за Япония, където Министерството на индустрията и технологията е организирало друга конференция с цел изработване на решение за единен стандарт за звуков диск. След като вземат дейно участие в преговорите, Philips сключват сделка с компанията Sony.

През 1979 г. Sony разработват използвания в CD метод за корекция на грешките при четене, а Philips - производствения процес, в основата на който ляга тяхната патентована технология за серийно производство на лазернозаписваеми дискове.

9. март 1979 – официално представяне на Philips CD Audio. На трибуната – Джуп Синджу (Joop Sinjou) – ръководител на Philips CD-Lab, основана 1978

След близо 3 г. експерименти първият музикален компактдиск, предназначен за продажба, бил анонсиран за 20 юни 1982 г., и произведен по поръчка на Philips от звукозаписната компания Polygram на 17 август в завода в Лангенхаген, Германия. А първият албум, записан на CD, бил The Visitors на АВВА.

Значителен принос в популяризацията и рекламата на компактдисковете направили Microsoft и Apple. Джон Скъли (John Sculley), СЕО на Apple през 1987 г., заявил, че CD ще извършат революция в областта на персоналните компютри. Един от първите масови мултимедийни компютри (домашни развлекателни центпове), използващи CD, бил Amiga Commodore DTV от 1990 г., а после лазерни дискове били вградени в игровите приставки Panasonic 3DO и Amiga CD32.

Деветата симфония на Бетховен

До май 1980 г. двете компании в основата на компактдиска не били на единно мнение по въпроса за външния му диаметър. Според Sony идеалният размер би бил 100 mm, защото той би позволил да се произвежда миниатюрно възпроизвеждащо устройство (т.н. дискмен). От висшето ръководство на Philips обаче настоявали диаметърът да бъде не по-голям от диагоналният размер на стандартна аудиокасета (115 mm), тъй като тя вече била постигнала търговски успех. Музикантът Норио Ога (Norio Ohga), вицепрезидент на Sony, искал диаметърът на диска да бъде достатъчен, за да може на него да се запише Деветата симфония на Бетховен. В такъв случай на CD щели да могат да се разпространяват 95 % от целия репертоар класическа музика. Проведените изследвания показали, че въпросното произведение в изпълнение на Берлинската филхармония под диригентството на Херберт фон Караян има продължителност 66 минути. Най-дълготрайна обаче била интерпретацията на Вилхелм Фуртвенглер (Wilhelm Furtwängler), изпълнена на Байройтския Вагнеров фестивал през 1980 г. – 74 минути. Точно това и послужило като решаващ и краен аргумент при спора за диаметъра и данновия обем на диска.

Вероятно първият CD плейър на Sony, 1982 г.

Бившият инженер на Philips Кеес Иминк (Kees Schouhamer Immink) обаче твърди: "Както обикновено се случва, хубавият разказ няма нищо общо с реалния живот. Тази история е изцяло творение на пиарите на Philips. Заводът на Polygram вече беше готов да произвежда лазернозаписваеми дискове, като за такива с диаметър 115 mm пусковият срок беше най-кратък. За дискове с друг размер беше нужно да се похарчат много пари за смяна на производствено оборудване". Също така, според Иминк, Sony смятали, че ако бъде прието предложение за размер на Philips, те ще получат господстващо положение на пазара.

Така или иначе, през май 1980 г. с подпис на висшите ръководства на двете компании бил определен диаметър 120 mm, времеви обем 74 минути аудиозапис с честота на дискретизацията 44,1 kHz. Всички останали параметри се изчислявали според записания вид данни.

Алтернативната версия

Съществува версия, че компактдискът е изобретен не от Sony и Philips, а от американския физик и изобретател Джеймс Ръсел (James Russell) още през 1971 г.

Ръсел бил страстен любител на музиката и търсел начин да съхрани своите грамофонни плочи от захабяване след многократно прослушване. Опитвайки се да направи това, той експериментирал с различни видове игли и дори се опитал да използва за целта кактусов бодил! В един момент обаче Ръсел решил да начертае схемата на най-добрата, според него, звукозаписна технология. По това време той бил в подробности запознат със структурата на записаните данни върху картонени перфокарти, но решил, че най-доброто решение би било да използва светлината. "0 и 1, тъмнина и светлина – ако двоичният код се уплътни (изрази) достатъчно добре, това би било годно да се съхраняват дори не просто мелодии, а цели енциклопедии" – разсъждавал Ръсел. Той срещнал разбиране от институцията си работодател - Pacific Northwest Laboratory в Ричланд – където му разрешили да работи над личния си проект да трансформиране на дотогава традиционно аналоговия сигнал в цифров.

На 1. септември 1966 г. Ръсел получил от Службата за патенти и търговски марки на САЩ патент US3501586 A за своята "аналого-цифрово-оптична система" за запис и възпроизвеждане на информация. Технологията записвала данни във вид на светли и тъмни оптични "дупки" (битовете) с диаметър 1 μm всяка, нанасяни върху твърд светлочувствителен диск. Лазерен лъч прочитал двоичния код, компютърът преобразувал данните в електронен сигнал, а след това било лесно той да бъде конвертиран в звуков, а сетне и картинен сигнал. След това изобретателят продължил да усъвършенства технологията, опитвайки се да я приспособи към работа с други видове данни.



Както много други изобретения, изпреварили времето си, оптичният запис първоначало не привлякъл инвеститорски интерес. През 1971 г. обаче рисковият инвеститор Ели Джейкъбс (Eli Jacobs) основал компанията Optical Recording и поканил Ръсел в екипа, натоварен с разработката на видеодиск. Идеята била праобраз на днешните видеоархиви в сайтовете на телевизиите: тв предавания се записват на лазерни носители и се разпращат по пощата на предварително заявили желанието си потребители, за да могат те във всеки момент да гледат изпуснат епизод на любимото си предаване. През 1974 г. на изложение в Чикаго компанията представила "оптоцифрова телевизионна машина за запис и възпроизвеждане", но тя не впечатлила никого.

През 1975 г. лабораторията на Ръсел била посетена от представители на Philips, които обаче не оценили работата му особено високо. Преди това – през 1972 г. – Philips вече са демонстрирали първия в света оптичен диск за аналогов видеоплейър, а продажбите му започват през 1978 г. (т.н. Laserdisc - по-късно при него се появява и възможност за цифрово кодиране на аудиосигнала чрез импулсно-кодова модулация).

Феновете на теориите на конспирацията веднага ще заявят, че двете големи компании просто са ограбили интелектуалния труд на физика изобретател, но историята не свършва дотук. Коректността изисква да се напомни, че инженерите на Philips започват работа над съхранението на информация чрез лазерна технология още през 1970 г., но при представения две години по-късно Laserdisc записването и възпроизвеждането на сигнала в началото е изцяло аналогово. А още през 1969 г. сътрудникът на Philips Клаас Компаан (Klaas Compaan) провеждал опити за запис и четене на информация чрез лазер, но носителят бил стъклен.

Самият Ръсел, въпреки получения патент, не монополизира правата си върху технологията. "Трудно е да се каже дали те са осъществили замисъла сами, независимо от мен. Напълно е възможно на две места да е работено по една и съща идея, това се е случвало и друг път в историята на техниката. Но във всеки случай те след това заплатиха за всичко" - казва той в едно по-късно интервю.

Действително, след началото на масовата продажба на CD плейъри Sony и Philips започнали да изплащат на института Battelle Memorial и компанията Optical Recording лицензни такси, тъй като неин служител е носител на патента. През 1992 г. Time Warner и някои други компании от комуникационния и развлекателния бизнес били принудени да заплатят на Optical Recording 30 милиона долара за патентни нарушения, тъй като съдът постановил, че корпорацията на Джейкъбс има изключителни права върху CD технологията. Друг е въпросът, че от тези патентни такси Ръсел не получил нито цент, тъй като за правоприемник на неговия патент била посочена корпорацията Battelle Development.

Тази версия е много популярна в САЩ, макар че някои я обясняват с желанието на американците да приписват на себе си изобретяването на всички най-употребявани и важни неща. Но независимо от това аз намерих за нужно да я представя.

Технология

Самият носител (жарг. подложка) представлява кръгла поликарбонатна плоскост с дебелина 1,2 мм. Отразяващият четящия лазерен лъч слой е от алуминий (в началото е бил златен), а над него има 5-10 μm дебел филм защитен лак. Върху него обикновено се поставя етикет. Форматът на запис на данните е патент на Philips и е известен като Червена книга (Red Book), но няма нищо общо с понятието от фауната и флората. Той позволява записа на звук в два канала с 16-битова импулсно-кодова модулация (Pulse-code modulation (PCM). Използва се технология за корекция на грешките CIRC (Cross Interleaved Reed Solomon Code). Кодът на Рийд-Соломон (Reed-Solomon code) е недвоичен цикличен код, който - най-общо казано - позволява при запис да се коригират грешките от изпаднали или неправилно предадени битове.

Питове и лендове върху компактдиск

Записващият лазерен лъч се движи спирално от центъра на диска към периферията. Той издълбава върху поликарбонатната плоскост т.н. питове (оптични "дупки", "ямички") с размери напр. 125 nm дълбочина и 500 nm ширина, в резултат на което теренът става "пресечен" (горната илюстрация). Равните области без вдлъбнатини се наричат площадки (англ. land). Дължината им е между 850 nm и 3,5 µm, а разстоянието между една пътечка и съседната й варира между 1,5 µm и 1,7 µm при Audio CD.

Четящият лазерен лъч е с дължина на вълната 780 nm и преминава през поликарбоната, отразява се от алуминиевия слой и след това се улавя от фотодиода на устройството. Тъй като дискът се чете от долната страна, всяка оптична вдлъбнатина за лазера изглежда като възвишение. Ако светлината на четящия лазерен лъч попадне на равно място, тя се отразява и фотодиодът регистрира максимален сигнал.

Ако обаче попадне на изнесена точка, се получава интерференчен ефект и фотодиодът регистрира много по-малко отражение

Питовете и лендовете сами по себе си не представляват единици и нули. Използва се инвертирано кодиране без връщане до нулата (Non-Return to Zero Inverted (NRZI) Coding). Смяната пит-ленд или ленд-пит означава единица, а отсъствието на смяна означава серия от нули.

Необходимо е да има най-малко две и не повече от десет нули между всяка единица, което се определя от дължината на пита. На тази основа се четат оптично записаните данни.

Производство

Производството на фабричен компактдиск (с предварителен запис) се разделя на следните стъпки:

  • мастеринг – подготовка на информацията за сериен запис. От първичния изходен материал се създава еталонен екземпляр
  • фотолитография – производство на щампата. На стъклен диск се нанася филм фоторезист и се записва информацията (за фоторезиста вж. по-подробно тук - Фоторезисти в електрониката - видове, свойства, характеристики)
  • запис – извършва се чрез лазерен лъч. За създаване на питовете мощността на лазера се повишава, което води до нарушаване на химичната връзка между молекулите на фоторезиста
  • проявяване - повърхността на фоторезиста се обработва (с киселина, плазма...), при което се отстраняват тези области на фоторезиста, които не са били експонирани с лазерен лъч
  • галванопластика – проявеният стъклен мастер-диск се потапя в галванична вана, където се покрива с тънък слой никел. В резултат на това се получава никелиран мастер диск.
  • отпечатване на дисковете-копия чрез леене под налягане и пресоване
  • нанасяне на отразяващ слой (алуминий и т.н.) върху информационния
  • нанасяне на защитен лак
  • нанасяне на графично изображение – етикет, лейбъл

Запис и презапис

При дисковете, предназначени за запис в домашни условия, най-популярното разделение е на CD-R и CD-RW (за еднократен и многократен запис). Във вторите се използва по-различен активен материал – при CD-R той е органичен, а при CD-RW – неорганичен.

Слоеве на CD-RW диск

При записа на органичен активен материал лазерният лъч разрушава химическите връзки на материала, което води до потъмняването му (промяна на коефициента на отражение на материала). Получава се редуване на тъмни и светли петна, които се тълкуват като питове и лендове. При използването на неорганичен активен материал записът се осъществява чрез промяна на коефициента на отражение на материала в резултат на прехода му от аморфно агрегатно състояние в кристално и обратно. И в двата случая записът се извършва чрез модулиране мощността на лазера.

Антон Оруш, Sandacite.bg – http://www.sandacite.bg

Източници:

Analog to digital to optical photographic recording and playback system - https://www.google.com/patents/US3501586?hl=bg

High Speed Re-Writing Format - http://www.cdrinfo.com/Sections/Reviews/Print.aspx?ArticleId=6082

New and emerging video technologies: A status report - http://www.dlib.indiana.edu/~brancoli/videostatus.html

Philips celebrates 25th anniversary of the Compact Disc - http://www.newscenter.philips.com/main/standard/about/news/press/20070816_25th_anniversary_cd.wpd

Ключови думи: 


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Разни
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.