Компакт-диск

Компакт-диск (англ. Compact Disc, CD) — оптический носитель информации в виде пластикового диска с центральным отверстием, предназначенный для хранения цифровых данных (аудио, видео, программного обеспечения и других файлов). Информация считывается с помощью лазерного луча, отражающегося от поверхности диска. Стандартный компакт-диск имеет диаметр 120 мм, толщину 1,2 мм и вмещает до 700 мегабайт (МБ) данных или до 80 минут звукозаписи в формате Audio CD.

История

Разработка и предпосылки

Идея создания оптического носителя для массового потребителя возникла в конце 1960-х годов. В 1969 году голландская компания Philips начала исследования в области оптической записи звука. Параллельно японская корпорация Sony разрабатывала методы цифровой обработки сигналов. В 1979 году компании объединили усилия, создав совместный консорциум для стандартизации формата. Первый прототип компакт-диска был продемонстрирован в 1980 году.

Первые коммерческие образцы

17 августа 1982 года на заводе Philips в Лангенхагене (Германия) был выпущен первый в мире компакт-диск. Им стал альбом шведской группы ABBA «The Visitors». 1 октября 1982 года в Японии поступил в продажу первый CD-плеер Sony CDP-101. Массовое производство дисков и проигрывателей началось в 1983 году.

Стандартизация и распространение

В 1980 году был опубликован стандарт «Красная книга» (Red Book), определяющий физические параметры и формат записи Audio CD. В 1983 году появился стандарт «Жёлтая книга» (Yellow Book) для хранения компьютерных данных (CD-ROM). В 1988 году был разработан формат CD-R (однократная запись), а в 1996 году — CD-RW (перезаписываемый). К середине 1990-х годов компакт-диски вытеснили виниловые пластинки и компакт-кассеты на рынке аудионосителей.

Закат эры компакт-дисков

С начала 2000-х годов популярность CD стала снижаться из-за распространения цифрового аудио (MP3), флеш-накопителей и стриминговых сервисов. К 2010-м годам продажи компакт-дисков сократились в несколько раз. Тем не менее, они продолжают использоваться в нишевых областях: архивирование данных, автомобильные аудиосистемы, коллекционирование.

Устройство и принцип работы

Физическая структура

Компакт-диск состоит из трёх основных слоёв:

• Поликарбонатная подложка — прозрачный пластиковый диск толщиной 1,2 мм, обеспечивающий механическую прочность и защиту записывающего слоя.
• Отражающий слой — тонкая плёнка из алюминия (реже серебра или золота), нанесённая методом напыления. На этом слое формируются питы (углубления) и ленды (плоские участки), кодирующие информацию.
• Защитный слой — прозрачный лак, предохраняющий отражающий слой от царапин и окисления. На него наносится этикетка.

Принцип считывания

Лазерный луч (длина волны 780 нм) фокусируется на отражающем слое через поликарбонатную подложку. При попадании на пит луч рассеивается, на ленд — отражается. Фотодетектор регистрирует изменения интенсивности отражённого света, преобразуя их в цифровой сигнал (биты). Скорость вращения диска варьируется от 200 до 500 об/мин в зависимости от зоны считывания.

Кодирование и коррекция ошибок

Для защиты от повреждений и пыли используется система коррекции ошибок CIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code). Данные записываются с избыточностью: на каждые 24 байта полезной информации добавляется 8 байт служебных кодов. Это позволяет восстанавливать до 4000 последовательных битовых ошибок.

Классификация

По типу записи

• CD-Audio (Audio CD) — стандартный формат для хранения звука в несжатом виде (16 бит, 44,1 кГц).
• CD-ROM — носитель для компьютерных данных (программы, игры, базы данных).
• CD-R (Compact Disc Recordable) — диск однократной записи. Пользователь может записать данные с помощью лазера, изменяющего структуру органического красителя.
• CD-RW (Compact Disc ReWritable) — перезаписываемый диск. Использует фазовый переход материала (сплав серебра-индия-сурьмы-теллура) для многократной записи и стирания.

По формату

• CD-ROM Mode 1 — стандартный формат для хранения компьютерных данных с максимальной коррекцией ошибок.
• CD-ROM/XA — расширенный формат для хранения аудио и видео (например, Video CD).
• Mixed Mode CD — диск, содержащий как аудиотреки, так и компьютерные данные.
• Enhanced CD — гибридный формат, где первые треки — аудио, а последний — данные (дополнительные материалы).

Применение

Аудионоситель

Компакт-диск стал основным носителем для музыкальной индустрии в 1980–2000-х годах. Он обеспечивал высокое качество звука (динамический диапазон до 96 дБ, отношение сигнал/шум более 90 дБ) и долговечность (срок службы до 50–100 лет при правильном хранении). Альбомы выпускались на CD в стереоформате, а позднее — в многоканальном (SACD, DVD-Audio).

Хранение компьютерных данных

CD-ROM использовался для распространения программного обеспечения, игр, энциклопедий и мультимедийных проектов. Ёмкость в 700 МБ позволяла хранить около 200 000 страниц текста или 1 час видео низкого разрешения. С появлением DVD (4,7 ГБ) и Blu-ray (25 ГБ) компакт-диски утратили роль основного носителя для видео.

Архивное хранение

Благодаря долговечности и устойчивости к магнитным полям, CD-R и CD-RW применяются для резервного копирования документов, фотографий и научных данных. Однако срок службы зависит от качества диска и условий хранения (температура, влажность, воздействие света).

Промышленное использование

Компакт-диски используются в автомобильных навигационных системах, медицинском оборудовании (хранение рентгеновских снимков), а также в качестве носителей для интерактивных учебных материалов.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокое качество звука и данных без потерь.
• Устойчивость к магнитным полям и механическим воздействиям (по сравнению с магнитными лентами).
• Долгий срок хранения (до 50 лет для качественных дисков).
• Низкая стоимость производства при массовом тиражировании.

Недостатки

• Ограниченная ёмкость (700 МБ) по сравнению с современными носителями (DVD, Blu-ray, флеш-накопители).
• Уязвимость к царапинам, пыли и отпечаткам пальцев на рабочей поверхности.
• Относительно медленная скорость чтения/записи (до 52x для CD-ROM, что соответствует 7,8 МБ/с).
• Необходимость в специальном приводе для чтения/записи.

Интересные факты

• Первый компакт-диск, выпущенный в СССР, был записан в 1988 году — это был альбом группы «Кино» «Группа крови».
• Максимальная ёмкость стандартного CD составляет 900 МБ (99 минут звука), но такие диски редко встречаются из-за несовместимости с некоторыми приводами.
• В 2005 году компания Philips выпустила «золотой» компакт-диск из чистого золота, предназначенный для архивного хранения — его срок службы оценивается в 1000 лет.
• В 2010-х годах в России и других странах появились «виниловые» CD — диски с имитацией треска и шумов виниловой пластинки для любителей ретро-звучания.

Критика

Компакт-диски критиковались за недостаточную защиту от копирования. В 1990-х годах музыкальные лейблы внедряли системы защиты (например, Copy Control), которые делали диски нечитаемыми на некоторых проигрывателях, что вызывало недовольство потребителей. Также отмечалась экологическая проблема: миллионы выброшенных CD разлагаются в течение сотен лет, выделяя токсичные вещества.

Источники

• «Compact Disc: A History of the World’s Most Popular Music Format» — J. S. Smith, 2012.
• «The Red Book: Standard for Compact Disc Digital Audio» — Philips/Sony, 1980.
• «Optical Disc Technology» — K. H. Kim, 2005.
• «История звукозаписи» — В. А. Соколов, 2008.
• Данные производителей (Philips, Sony, TDK).