Číslicový záznam zvuku

Doposud podobné záznamy zvuku pracovaly s analogovým spojitým signálem. Nedostatkem těchto záznamů je vznik zkreslení a ovlivňování rušivými signály. Proto se u digitálního záznamu převede pomocí vzorkování analogový signál na soustavu impulsů (PAM) a potom se těmto impulsům v určitých hladinách přidělí číselný kód. Vznikne modulace PCM.

Ve vzorkovacím obvodě VO se ze spojitého signálu vytvoří řada vzorků a každému vzorku se v závislosti na jeho amplitudě a polaritě v obvodu A/Č přidělí číselný kód nejčastěji ve dvojkové soustavě. Bity jsou uspořádány do tzv. slov se stejným počtem bitů. Počet bitů v jednom slově závisí na rozlišovací schopnosti daného zařízení. Např. rozdělíme-li amplitudu na 28 rozlišovacích úrovní, bude mít jedno slovo 8 bitů.
Systém CD
Chceme-li v číselné formě zaznamenat analogový signál v rozsahu 20 kHz, musí být vzorkovací frekvence alespoň dvojnásobná. Za optimální se považuje rozdělení amplitudy na 65000 rozlišovacích úrovní. Tzn. že se jedná o 16 bitové slovo.
Běžný mechanický systém by nebyl schopen záznamu ani snímání takového signálu. Proto se používá optického systému pomocí laseru.

Gramofonová deska systému CD a její výroba
Záznam je vytvořen v tenké Al vrstvě v podobě mikroskopických prohlubní konstantní šířky ale různé délky.

Tyto prohlubně jsou uspořádány stejně jako u klasické desky do spirály. Ta se odvíjí od středu desky směrem k vnějšímu okraji. Odborně se těmto kráterům nebo prohlubním říká “pity”. Hloubka pitu je 100nm. Stoupání spirály je 1,6 mikro metru a délka pitu je 1-3 mikro m. Na CD se vejde 600 záznamových stop. Stopu sleduje laserový paprsek, který je zaostřen v místě dopadu (odrazu) na průměr 780nm. Paprsek nedopadá soustavně, ale jenom v určitých okamžicích (po stopě 800 nm). V případě,že v místě dopadu není pit, nastane úplný odraz. Dopadne-li do pitu, bude odraz velmi slabý. Tím se vyhodnotí při plném odrazu log 1, při slabém odrazu log 0.
CD se vyrábí obdobnou technologií jako klasické desky (tzn. lisováním).

Postup:
Záznam se pomocí záznamového laserového stroje provede na skleněnou desku, na které je nanesena fotocitlivá vrstva. Po vyvolání se tato deska postříbří a galvanoplasticky ponikluje. Získá se tzv. patrice.
Pro hromadnou výrobu se z těchto patric vyrobí matrice a z těchto se vyrobí lisovací nástroj. Desky se lisují z plastické hmoty a pokovuje se vrstvou Al. Proti poškození se ještě nanese ochranná vrstva z průhledného materiálu. Nakonec se deska musí opatřit přesným kruhovým otvorem.

Kódování záznamu
Analogový signál se pomocí filtrů upraví tak, že se odstraní nežádoucí vyšší frekvence a přetransformuje se pomocí PCM na číslicový signál (16 bitů). Signály levého a pravého kanálu se tzv. sloučí (multiplexují). Vzorkovací frekvence 44,1 kHz. Aby byl signál odolný proti poruchám, přidává se ke každému slovu paritní bit pro paritní kontrolu. Signál se dále kóduje speciálním kódem CIRC, který má za úkol zabezpečit CD proti poruchám. Tento kód umí samočinně korigovat poruchy v délce 3,5 tisíce bitů. Pokud by byla porucha delší až do 12000 bitů, nahradí se chybějící signál matematickým odhadem (interpolace). Výsledný zakódovaný signál se doplní dalšími informacemi (tj. sledování stopy a synchronizace toku informací). Dále se přidají identifikační signály, které umožní přehrávání naprogramovaných skladeb. Nakonec se celý signál ještě znovu zakóduje kódem 8 ze 14 a to v modulátoru EFM ze kterého vychází signál vhodný k optickému signálu.

Snímání záznamu
Používá se k tomu optická snímací hlavice, kde zdrojem infračerveného světla s vlnovou délkou 800 nm je polovodičový laser o malém výkonu a toto světlo prochází hranolem do zaostřovací optiky, která paprsek soustředí do ohniska dopadu o průměru 780 nm. Systém se usměrňuje pomocí servomotorů, přičemž jeden servosystém sleduje spirálovou stopu a to od středu k vnějšímu okraji a druhý servosystém stále ovládá zaostření paprsku a to z toho důvodu, aby se vyloučily nerovnoměrnosti desky. Chybové signály se pro tyto servomotory získají dekódováním odraženého laserového paprsku. Zároveň se vyhodnotí binární informace o záznamu zvuku. Celý proces snímání probíhá s konstantní rychlostí (1,2 m/s) a dosáhne se ho tím, že otáčky desky se mění v závislosti na informaci na jakém průměru se právě optický signál nachází (200 - 500 ot./min.).

Výhody CD
- frekvenční pásmo 20 Hz - 20 kHz s poklesem + - 0,5 dB
- dynamický rozsah se pohybuje nad 90 dB
- přeslechy mezi kanály více jak 90 dB (HiFi norma - 60 dB)
- kapacita záznamu 1010 bitů
- nulová opotřebovanost desky

Laser
- vznikl v 50. letech a vyvinuly ho nezávisle na sobě USA a Rusko. Laser je odvozen od počátečních písmen angl. slov - Light Amplifier Stimulator Emise Radiace (zesílení světla při vyvolaném vzniku záření).

Laser se skládá z kapiláry, která je naplněna směsí helia a neonu. Obsahuje dvě studené elektrody, na které je přivedeno U=2KV. Vznikne ionizace plynu a vzniklé elektrony se pohybují směrem k anodě. Naráží přitom na atomy plynu, tím změní energetickou hladinu a vyzářená energie zasáhne atomy neonu. Tím dojde ke změně energetické hladiny a uvolní se světlo. Toto světlo narazí do zrcadla, jedno je částečně propustné a tím se dostává do prostředí.
U dnešních přehrávačů se používá modernějších laserů a to na bázi polovodiče, kde základním materiálem je GA, Al, As. Sníží se tím rozměry laseru a odstraní se nutnost vysokého napětí.
Obdobný princip, jaký se používá pro záznam zvuku se používá i pro tzv. CD-Video desku. První videodesky nesly 6 min. barevného záznamu a nebo 20 min. zvukového záznamu.

Rozměry CD disku
původní - průměr 30 cm (30 min. obrazu a zvuku)
nyní - průměry 20, 12 a 8 cm