Historisch
CD speler
CD
Servers » TechTalk » Historisch perspectief » Audio » CD » Compact disc

We gaan het hier vooral hebben over een technisch aspect van de CD speler: hoe wordt het spoor gevolgd. Hetzelfde systeem van spoorvolging werd trouwens reeds toegepast bij de laserdisc.
-

-

Een CD plaatje bestaat uit een reflecterende laag waarop de informatie gegraveerd is en twee doorzichtige plastieklagen. De informatielaag is zodus beschermd. Dit is een grote voordeel ten opzichte van de klassieke fonoplaten.

Het spoor dat gevolgd moet worden is zuiver optisch, er is geen enkel mechanisch systeem om de laser op het spoor te houden. Men moet dus een systeem ontwerpen zodat de laser het spoor kan volgen (dit wordt verder op de pagina uitgelegd.

De volledige oppervlakte van de schijf is reflekterend, zowel de putjes als de basislaag. Er moet een speciale truc toegepast worden om de putjes te kunnen "zien". De putjes hebben een diepte van precies 1/4 van de golflengte (125nm), waardoor er is destructieve interferentie ontstaat die het weergekaatst licht onderdrukt. Zo kan met de opgeslagen data lezen, al is de volledige laag weerkaatsend.

Eenzelfde systeem van destructieve interferentie wordt gebruikt bij de coating van een lens om het rendement van de optiek te verbeteren.

Het spoor is gelegen dichter bij de kant waar de label geplaatst wordt. Een kras aan de kant van de tekstlaag heeft meer kans om het plaatje onleesbaar te maken dan een kras aan de leeskant. Het is dus geen goed idee om het plaatje neer te leggen op de tekstkant om zogezegd de datalaag te beschermen.

Een eigenschap van de straal is dat die relatief breed is als die het schijfje raakt (ongeveer 1mm): krassen en andere sporen hebben dus relatief weinig invloed op het lezen van het plaatje.


Het spoor is bijzonder dun, ongeveer 1.6µm tussen twee sporen. Het spoor vormt een spiraal van het binnenkant tot de buitenkant. De sporen lopen dus niet concentrisch zoals bij een harde schijf.

De spiraal heeft een lengte van ongeveer 6km en wordt aan een constante snelheid gelezen van 1.25m/sec, zodat er in theorie 80 minuten muziek opgenomen kan worden (in de praktijk een beetje minder want de schijf bevat ook een inhoudstabel aan het begin van de schijf).

De opeenvolging van de putjes maakt het mogelijk het kloksignaal te detecteren en te vergelijken met de frekwentie van een kristal. De aftastfrekwentie kan zo perfekt stabiel zijn. De lineaire aftastsnelheid kan veranderen tussen 1.2 en 1.4m/s. De hoeksnelheid verandert van 500 omwentelingen/minuut aan de binnenkant naar 200 omwentelingen/minuut aan de buitenkant.

Optische lezer

De leeseenheid vormt één geheel en bestaat uit:
  • De laser zal een coherente lichtstraal uitzenden. We hebben een laserstraal nodig, omdat die gemakkelijker geconcentreerd kan worden. De lichtbron is eigenlijk een puntbron (in tegenstelling met een ander soort lichtbron). Het licht is monochromatisch (één kleur), wat het samenbundelen van het licht gemakkelijker maakt.

  • De fotocellen bestaat uit 4 of 6 elementen. Hoe het licht op de cellen valt bepaalt hoe de laser het spoor zal volgen.

  • Een prisma splitst het heengaande en terugkerende straal. Tegenwoordig gebruikt men vaak een half-doorzichtige spiegel. Andere oplossingen zoals een Wollaston prisma zijn duurder, maar geven vaak een betere signaal/ruisverhouding. Indien je CD speler bepaalde plaatjes niet kan lezen, dan kan dit veroorzaakt worden door het feit dat er bespaard werd op de gebruikte laser.

  • Twee lensjes, één vast en een beweegelijk. De beweeglijke lens kan op en neer bewegen om de focus te volgen, en van links naar rechts gaan om het spoort te volgen (tracking).

Werking van de laser-eenheid


Plaatsing van de fotodiodes


Een detector in de praktijk

Als een plaatje afgespeeld moet worden, dan zal de leeskop eerst naar het begin van het plaatje gaan (binnenste sporen). De kop zal op en neer bewogen worden om een focuspunt te vinden. De focus servolus wordt dan gesloten, en zal gesloten blijven tot op het einde.

Dan wordt de draaimotor van de plaat ingeschakeld en de tracking lus wordt gesloten. De tracking gaat locken op de eerste spoor die tegengekomen wordt. Het spoorvolgen gebeurt door de lens die lateraal beweegt. De laterale beweging is normaal bijna nul, behalve bij goedkope plaatjes die hun gat niet mooi in het midden hebben.

Om het spoor te volgen terwijl de spiraal groter en groter wordt is er een motor die de lasereenheid langzaam naar de buitenkant van het plaatje beweegt.

Als een andere track afgespeeld moet worden, dan wordt de tracking servo tijdelijk uitgeschakeld, en wordt de lasereenheid naar de juiste plaats bewogen. De kop telt het aantal sporen die overgestoken moeten worden. Eenmaal het juist aantal sporen bereikt wordt de tacking servo lus opnieuw gesloten.

Maar hoe weet het systeem dat de focus en tracking juist zijn?

Een leeskop bestaat uit 4 of 6 fotodiodes, ABCD in het centrale gedeelte en E + F aan de rand. De E F fotodioden zijn niet in alle systemen aanwezig.

De lichtstraal heeft een interessante eigenschap, als die buiten focus is, wordt die niet zomaar onscherp, maar enkel onscherp in de ene of andere richting naargelang dat de scherpstelling te dicht of te ver is. Zie de figuur voor meer uitleg.



Als de scherpstelling juist is, dan ontvangen de 4 fotodioden een identiek signaal. Als er te ver scherpsgesteld wordt, dan krijgen de diodes B en C een sterker signaal dan de fotodiodes A en D.

Het servo focus signaal kan dus heel eenvoudig berekend worden: (B + C) - (A + D).

Voor de spoorvolging kan hetzelfde systeem toegepast worden: het servo tracking signaal wordt aldus C - B.

De spoorvolging met 4 fotodiodes is enkel mogelijk met leeskoppen die nauwkeurig gebouwd zijn. De lensjes moeten uit glas en niet uit plastiek gemaakt zijn. Er waren enkel bepaalde Philips eenheden die uitgerust waren met dergelijke leeskoppen. Vergeet niet dat het Compact Disc in België ontworpen is geweest (Hasselt). Recentere Philips leeskoppen zoals de CDM12.4 / VAM1202/12 zijn minderwaardige produkten die twee extra fotodiodes nodig hebben voor de tracking.

Oude leeskoppen houden het nog steeds vol (CDM/4), terwijl recentere lasers al na twee jaar versleten zijn.

Als men lasereenheden gebruikt waarvan de fabriekstoleranties minder nauwkeurig zijn, dan heeft men twee extra fotodiodes nodig voor het spoorvolgen.

Als de tracking correct is, dan krijgen de fotodiodes E en F een identiek signaal. Als de tacking verloopt, dan krijgt één van de fotodiodes een sterker signaal. Het servo tracking signaal wordt berekend door E - F.

Het signaal dat gebruikt wordt om de data af te leiden is het totaal signaal van de centrale fotodiodes, dus A + B + C + D (ongeacht het type laser eenheid).

Het coderen van de data zodat er voldoende putjes zijn om het spoor te kunnen volgen is een systeem dat ook toegepast wordt bij harde schijven. De bedoeling is een zo grote hoeveelheid gegevens te kunnen opslaan op een zo klein mogelijke oppervlakte, zonder dat de spoorvolging of de synchronisatie verloren gaat.

Links to relevant pages - Liens vers d'autres pages au contenu similaire - Links naar gelijkaardige pagina's

-