Op deze pagina ...

Op deze pagina zal ik proberen uit te leggen hoe een Compact Disc (CD) werkt. Er is een nieuwe versie van dit artikel geplaatst op Tweaking4All.com! Een uitgebreider artikel m.b.t. hoe audio werkt, en hoe een luidspreker werkt vindt je hier. De werking van een CD geldt in principe voor iedere type CD, dus het maakt niet (zoveel) uit of het een Muziek CD, CD-Recordable, CD-Rom of VideoCD betreft. De basis techniek is hetzelfde. Tevens leg ik op deze pagina uit hoe het proces van analoog naar digitaal en vice-versa werkt.

Overzicht

• Anatomie van een CD
• Werking van de CD
• Geluidsopname: van Analoog naar Digitaal
• Geluidsweergave: van Digitaal naar Analoog

Anatomie van een Compact Disc

Het oppervlak

In principe is een Compact Disc, een CD dus, niet meer als een schijfje plastic (polycarbonaat plastic).
Het schijfje heeft een doorsnede van praktisch 12 centimeter en een dikte van ongeveer 1,2 millimeter (dun dus).

Als we een stukje dwarsdoorsnede van een CD bekijken onder b.v. een microscoop, dan zien we iets dergelijks als dit:

A label laag B bescherm laag C Data laag (reflectie laag) D bescherm laag (transparant) E Logische 0 (bultje) F Logische 1 (putje)

Op een CD kan men een behoorlijke hoeveelheid data kwijt. Maar waarom spreken we eigenlijk over "data"? Op de meeste CD's staat toch muziek, dat is toch niet hetzelfde? Dat komt omdat op een CD, de informatie - de muziek dus - in een digitale vorm is opgeslagen, meer hierover in het geluidsopname en geluidsweergave deel.

Een ding kun je nu misschien zelf al bedenken: de gegevens staan opgelagen in digitale vorm, te weten in 1'en en 0'en. Zie hier waar de putjes (F) en de bultjes (E) in de bovenstaande tekening goed voor zijn.

Het spoor

Een ander kenmerk van een CD is dat op het oppervlak een soort spiraal (helix) staat, het spoor waar de laser langs beweegt. Dit is eigenlijk hetzelfde als de oude platenspeler, de naald volgt een groef (het spoor) tot het einde van deze groef is bereikt.

Dit spoor, genaamd Track of Helix, kan wel 5 kilometer lang zijn. Je snapt natuurlijk dat de afbeelding hierboven een simplistische weergae daarvan is. In de werkelijkheid zit het spoor veel dichter bij elkaar.

Werking van de CD

Draaisnelheid

De lees-kop, eigenlijk de laser en de sensor samen (zie afbeelding hieronder), beweegt van het midden van buiten van de CD.

Omdat de snelheid in de buitenste ring hoger is voor wat betreft het aantal passerende putjes en bultjes, past de CD speler zijn snelheid aan. Als de kop in het centrum is, draait de CD sneller dan als de kop aan de rand van de CD is. Het doel daarbij is de zogenaamde bitrate (het aantal passerende 1-en en 0-en) constant te houden.

Je kunt dit vergelijken met het lopen van een rondje. Naarmate het rondje groter wordt, moet je harder lopen om binnen dezelfde tijd het rondje in zijn geheel rond te lopen. Je legt in principe een grotere afstand af. Zo geldt dat ook voor de CD. Het aantal afgelegde meters, als de CD constant met dezelfde snelheid zou rond draaien, zal in de buitenste ring het grootste zijn.

Lezen

De CD werkt met een laser. Een laser is in principe een bundel geconcentreerd licht. Een eigenschap van licht is dat het steeds rechtdoor gaat, tenzij de richting wordt gebroken door een reflecterend oppervlak, b.v. een spiegel. Bij deze verandering van richting geldt de natuurkundige regel: hoek van inval is gelijk aan de hoek van uitval. M.a.w. Als een licht bundel onder een hoek van 45 graden op een spiegel komt, dan zal de hoek van uitval ook 45 graden zijn. Kijk nu eens naar de volgende afbeeldingen:

Afbeelding 1: de laser mist sensor B	Afbeelding 2: de laser raakt sensor B

In de bovenstaande afbeelding zien we wat er gebeurt als de laser (A), reflecteerd op een bultje (afbeelding 1). In dit geval, mist de gereflecteerde laser de sensor (B), voor de CD-speler de conclusie dat dit een NUL is.

Als de laser echter op een putje (afbeelding 2) reflecteerd, zien we dat de gereflecteerde laser de sensor (B) wel raakt, wat de CD-speler intrepeteerd als een EEN.

Maar wat moet de CD-speler nou met die 1-en en 0-en? Of nog beter: waar komen die van oorsprong vandaan?

Geluidsopname: van Analoog naar Digitaal

Geluid is analoog, dat wil zeggen, er zijn een oneindig aantal stappen (geluiden) tussen twee waarden (geluiden). Denk maar eens aan fluiten, niemand die het voor elkaar krijgt twee keer precies 100% identiek te fluiten - het geluid is altijd net even anders.

Hoe maken we analoog nu digitaal? Digitaal wil immers zeggen dat er tussen twee waarden wel een bekend aantal stappen zitten. Ter verduidelijking, in onderstaande tekening stelt de rode lijn een analoog geluidssignaal voor met het verloop van tijd van links naar rechts.

Voor de conversie van analoog naar digitaal bestaan er zogenaamde AD chips, Analoog Digitaal converters. Je hebt er waarschijnlijk nog nooit van gehoord, maar je hebt ze waarschijnlijk wel in huis. Ze zitten in GSM telefoons (GSM is immers digitaal), in ISDN telefoons en ook in je PC, namelijk in de geluidskaart.

Een AD meet op bepaalde tijdstippen de huidige waarde van het analoge signaal. In de bovenstaande tekening is dat het blauwe trapje, wat de gemeten waarden van de AD weergeeft.

Zie hier, we hebben de informatie nu in digitale vorm, klaar voor gebruik op een CD of in de computer. Althans... we hadden toch alleen maar 1-en en 0-en? Dat klopt, maar met een groepje 1-en en 0-en (bits) kunnen we combineren naar een Byte of Word om een getal mee weer te geven.

Hier bij het gebruik met een CD, gebruiken we 16 bits om een waarde weer te geven, dit wil zeggen 16 posities waar een 1 of een 0 kan staan. Dit wil zeggen dat er waarden van 0 tot 65535 mogelijk zijn. 0 = 0000 0000 0000 0000 en 65535 = 1111 1111 1111 1111.

Nu gebruiken we voor CD kwaliteit minimaal een aftast frequentie van 44100 Hertz (Hz) wat wil zeggen dat we AD 44.100 keer per seconde de waarde van het analoge signaal laten meten. Dat gaat zo snel dat als we dit straks weer afspelen, niet meer kunnen horen dat we met digitale informatie te maken hebben.

Geluidsweergave: van Digitaal naar Analoog

Nu we dan de digitale informatie hebben, en deze in de vorm van putjes en bultjes op een stukje plastic (de CD) hebben gezet, kunnen we gaan kijken hoe dat weer hoorbaar gemaakt kan worden.

Hiervoor moeten we de digitale informatie omzetten naar een analoog signaal. Daarvoor hebben we zogenaamde DA chips, Digitaal Analoog converters.

De digitale informatie die de CD speler via de laser-sensor combinatie waarneemt wordt naar de DA gestuurd, die het signaal vervolgens aan de stereo-installatie (versterker) doorgeeft.

Nu blijven er kleine sporen achter van de conversie slag naar de digitale wereld. Hiervan kan ik alleen maar zeggen dat dit

1. Door de DA zoveel mogelijk opgevangen wordt.
2. Door de bewegingstraagheid van de luidspreken afgerond wordt.
3. Het voor het menselijk oor niet meer hoorbaar is.

Maar, vergeet niet dat de digitale versie nooit 100% de analoge versie kan reproduceren - maar dan moet ik ook zeggen dat jij en ik dat verschil absoluut niet kunnen waarnemen.