Compact disc

Sur cette page, nous allons principalement parler d'un aspect technique primordial: le suivi de la piste. Notez que cette méthode n'est pas neuve, elle était déjà utilisée dans les laserdiscs antérieurs.

Le compact disc se compose d'une surface réfléchissante entre deux couches de plastique. La surface de lecture est donc protégée: c'est un des grands avantages du CD par rapport aux disques classiques.

La piste à suivre est purement optique, il n'y a pas de système mécanique pour guider le lecteur (comme avec un microsillon). Il faut donc prévoir un système pour suivre la piste (ce système est décrit plus loin). La piste se compose de creux, les uns à la suite des autres.

Tout le disque est réfléchissant, il n'y a pas d'interruption. Mais comment peut-on alors lire la piste? La profondeur de chaque creux est d'exactement 1/4 de la longueur d'onde (125nm): il y a ainsi interférence destructive qui neutralise le rayon en retour. Dans la tête optique le rayon qui tombe sur un plateau est combiné au rayon qui tombe sur un creux. On peut ainsi lire le signal.

Ce même système d'interférence destructive, une des caractéristiques de la lumière et de toutes les ondes est également utilisé dans le coating des optiques pour en améliorer le rendement.

La piste est située près de la couche qui contient le texte. Une griffe du coté texte a plus de chances d'endommager la couche réfléchissante qu'une griffe du coté lecture. Ce n'est donc pas une bonne idée de déposer les CDs sur le coté texte pour éviter d'endommager le disque!

Une caractéristique très importante est que le rayon est relativement large quand il pénètre dans le disque (environ 1mm): ainsi les griffres et autres marques n'ont que peu d'effets sur la lecture.

La piste est extrèmement fine, la distance entre deux pistes est d'environ 1.6µm. La piste forme un serpentin qui va du centre jusqu'à l'extérieur du disque: les pistes ne sont donc pas concentriques comme c'est le cas avec les disques durs.

La spirale a une longueur d'environ 6km et est lue à une vitesse constante de 1.25m/seconde, permettant en théorie 80 minutes de musique (en pratique un peu moins, car le disque contient une table des matières en début de piste).

L'agencement des creux permet d'extraire un signal d'horloge qui est comparé à une oscillateur à quartz local: la fréquence de lecture est donc parfaitement stable. La vitesse de lecture linéaire peut elle varier entre 1.2 et 1.4m/s (déterminée lors de l'enregistrement), mais les données sont toujours écrites et lues à la même fréquence. La vitesse angulaire est de 500 tours/minutes au centre du disque et de 200 tours/minutes quand le lecteur lit l'extérieur du disque.

Lecteur optique

La partie optique du lecteur est fabriquée en une pièce. Elle se compose (de bas en haut):

Le laser qui va émettre un rayon cohérent. Nous avons besoin d'un rayon laser, car il est plus facile à diriger. La source lumineuse est pratiquement un point (contrairement à une autre source de lumière). La lumière est monochromatique (une seule fréquence), ce qui fait que le rayon peut être concentré plus aisément.
La cellule photo-électrique se compose de 4 ou 6 photo diodes qui vont lire le signal en retour.
Le prisme qui va séparer le rayon émis du laser du rayon en retour. Il se compose en pratique d'un miroir semi-transparent. Les solutions plus complexes mais donnant un meilleur rendement (prisme de Wollaston) ne sont souvent pas utilisées. Si votre CD saute de piste et ne peut pas lire certains disques, c'est parce que le fabricant a utilisé un système meilleur marché mais moins bon.
Deux lentilles, une fixe et une mobile. La lentille mobile peut bouger de bas en haut pour la mise au point (focus) et de gauche à droite pour le suivi de la piste (tracking).

Fonctionnement du lecteur optique

Agencement des diodes Un détecteur en pratique

Quand un disque est placé dans le lecteur, la tête va se positionner en début de piste (au centre) et faire la mise au point. La tête va monter et descendre jusqu'au moment où le signal réfléchi est bien net. La boucle d'asservissement "focus" est fermée et restera fermée tant que la piste peut être suivie.

Ensuite, le disque est mis en rotation et la boucle d'asservissement "tracking" est fermée. Le servo se fixe sur la première piste rencontrée. Le suivi de piste est assuré par la lentille qui se déplace de gauche à droite. Le déplacement latéral est pratiquement nul, sauf avec des disques bon marché où le trou au milieu du CD ne correspond pas exactement avec le centre des spires.

Pour suivre la piste pendant que la spire grandit, un petit moteur déplace lentement tout le lecteur du centre vers l'extérieur.

Quand il faut sauter vers une autre partie, le système débranche momentanément l'asservissement tracking, déplace latéralement la tête et compte le nombre de pistes travarsées. Une fois le bon nombre de pistes atteint, la bouche d'asservissement tracking est à nouveau fermée.

Mais comment le système sait-il que la mise au point est correcte et que la piste est bien suivie?

Une tête de lecture se compose de 4 ou 6 diodes, ABCD dans le pavé central et E + F à l'extérieur. Les diodes E et F ne sont pas présentes dans tous les systèmes.

Le rayon a une caractéristique interessante, quand il perd son focus, il ne devient pas simplement flou, mais il devient flou dans dans une ou l'autre direction selon que la mise au point est trop proche ou trop éloignée. Un petit dessin vous explique tout.

Quand la mise au point est correcte, les quatre diodes recoivent un signal identique. Quand la mise au point est trop éloignée, les diodes B et C sur le dessin recoivent un signal plus important que les diodes A et D.

Le signal d'asservissement pour la mise au point est donc calculé très simplement: (B + C) - (A + D).

Pour le suivi de piste on peut également utiliser la différence de signal entre les diodes de détection: le signal de suivi de piste est simplement calculé C - B.

Le suivi de piste avec 4 diodes n'est possible qu'avec des têtes de lecture fabriquées très précisément. Les lentilles doivent être en verre et non en plastique. Il n'y avait que les lecteurs Philips qui utilisaient de telles têtes de lecture à haute précision. N'oubliez pas que le système du CD a été développé en Belgique, à Hasselt. Les têtes de lecture plus récentes (CDM12.4 / VAM1202/12) étaient en plastoc et nécessitaient deux diodes supplémentaires.

Les têtes de lecture des appareils les plus anciens tiennent encore le coup (par exemple le CDM/4), tandis que les têtes récentes fonctionnent au mieux deux ans.

Quand on utilise des systèmes de lecture optique dont les tolérances sont moins bonnes, il faut utiliser deux diodes supplémentaires pour le suivi de la piste.

Quand le tracking est bon, les deux diodes E et F recoivent une partie identique du signal. Quand le tracking n'est plus bon, une des diodes reçoit plus de signal que l'autre. Le signal d'asservissement est calculé par la formule E - F.

Le signal effectif (celui qui va servir pour extraire la musique) est produit par la formule A + B + C + D (quel que soit le type de lecteur).

L'encodage des données est similaire à celui utilisé avec les disques durs. Il faut en effet stocker le plus de données sur une surface la plus petite possible, tout en évitant la perte de synchronisation ou la perte de la piste (trop de 0 qui se suivent).

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