Historia CD się toczy [GN]

Płyty CD tracą popularność. Bo muzykę i oprogramowanie coraz częściej — legalnie — ściąga się z internetu, filmy kupuje na płytach Blu-ray, a do archiwizacji używa wygodniejszych memory sticków i pendrive'ów.

Płytę kompaktową opracowały wspólnymi siłami koncerny Philips i Sony pod koniec lat 70. XX wieku. Ale być może ta historia sięga lat 50. XX wieku, kiedy amerykański noblista, fizyk Richard Feynman, został zaproszony na wykłady do Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. W czasie jednego z nich powiedział słynne zdanie, które po polsku brzmi mniej więcej: gdzieś tam, na dole, jest dużo miejsca. Feynman mówiąc o „dole”, miał na myśli miniaturyzację, a „dużo miejsca” znaczyło pewnie tyle, co niewykorzystany jeszcze potencjał. Anegdota głosi, że w czasie tego samego wykładu ogłosił, że ten, kto wybuduje silnik elektryczny wielkości główki od szpilki, dostanie tysiąc dolarów (za taką cenę można wtedy było kupić dobry samochód). Po niecałym roku Feynman był uboższy o tę kwotę.

Uzgodnione standardy

Feynman wspominał też, że w przyszłości w bardzo małej objętości będzie można zmieścić całą Encyklopedię Britannica, której pełne wydanie z 2004 r. zawiera 120 tys. artykułów, opisanych 44 mln słów. A to znaczy, że — pomijając ilustracje — na jednej płycie CD cała encyklopedia zajmie tylko 40 proc. miejsca. Płyta CD powstała niespełna dwie dekady po słowach Feynmana.

Nad nowym standardem zapisu muzyki pracowały niezależnie od siebie wspomniane dwa koncerny elektroniczne — Philips i Sony. Chodziło o opracowanie czegoś bardziej pojemnego, trwałego i wygodniejszego. Najważniejsze jednak było znalezienie nośnika, na którym będzie można rejestrować muzykę wyższej jakości. W 1979 r. firmy Sony i Philips podpisały porozumienie o uzgodnieniu standardów, wymianie doświadczeń i o wspólnym prowadzeniu dalszych prac. Pierwszą płytę CD zaprezentowano w połowie sierpnia 1982 r.

Analog przy ścianie

Płyty gramofonowe (winylowe) są odtwarzane mechanicznie. W rowku, który jest pofałdowany, na boki przesuwa się igła (w zasadzie igła stoi w miejscu, a płyta z rowkiem się obraca). Igła drgając, zamienia zapis na płycie na impulsy elektryczne, a te zamieniane są na dźwięk. W płytach stereo, czyli takich, w których jedno ucho słyszy co innego niż drugie, oprócz zapisu tzw. wbocznego jest jeszcze zapis wgłębny. Innymi słowy, igła drga na boki i niezależnie od tego drga w osi góra—dół. Jedynym wyjściem, by zwiększyć ilość nagranej na płycie muzyki jest upakowanie rowków gęściej. To nie jest proste, bo wewnątrz rowka płyty wgłębienia muszą być na tyle wyraźne, by igła mogła je „zauważyć”. Gdyby były zbyt subtelne, łatwo ulegałyby też zniszczeniu. W płytach stereofonicznych udało się zmniejszyć szerokość rowka do 40 mikrometrów (0,04 mm), podczas gdy w pierwszych płytach winylowych ta szerokość wynosiła 120 mikrometrów (więcej niż 1/10 mm). Węższe rowki oznaczały konieczność produkcji cieńszych igieł. Najcieńsze miały końcówkę o rozmiarach 15 mikrometrów. Gdy po płycie o wąskich rowkach „przejechała się” gruba igła, płyta nadawała się do wyrzucenia.

Pęd do miniaturyzacji, chęć upakowania jak największej ilości muzyki na jak najmniejszej powierzchni doprowadziły inżynierów do punktu, w którym nie dało się bardziej zwężać rowków na płytach winylowych. Wtedy postanowiono opracować zupełnie nową technologię — cyfrową.

Ostry jak laser

Płyty winylowe z czasem ulegają zniszczeniu. Bo igła przesuwała się po nich, wycierając niewielkie wgłębienia, w których zapisany jest dźwięk. Inżynierowie uznali, że nowa technologia musi być bezkontaktowa. Coś, co ma odczytywać zapisane na płycie informacje, miało nie dotykać miejsca tego zapisu. Powstał pomysł, by zamiast igły zastosować promień lasera. To załatwiało także drugi problem, a mianowicie szerokość rowków i odległości między nimi. Promień lasera jest nieporównywalnie „ostrzejszy” niż najlepsza igła, więc i „rowki” mogą być węższe i gęściej upakowane. A to pozwala na odtwarzanie płyty dużej albo na jej zmniejszenie. Największe płyty winylowe miały średnicę 30 cm i mieściło się na nich około 30 minut muzyki. Gdy pod koniec lat 70. XX wieku Sony chciało wyprodukować płytę CD o takiej samej średnicy, mieściło się na niej 2,5 godziny muzyki. Ostatecznie zdecydowano, że średnica płyty CD będzie wynosiła 12 cm. Na takiej płycie (w standardowym zapisie) mieści się około 80 minut dźwięku (albo ponad 4000 stustronicowych książek).

Muzyka bez końca

Na standardowej płycie CD (o pojemności 700 MB) szerokość rowków wynosi 0,5 mikrometra (0,0005 mm) i jest o 80 razy mniejsza niż na najlepszej płycie winylowej. Na CD rowek to rząd „wgnieceń” (tzw. pitów), którym przypisany jest sygnał „zero”. Brak wgniecenia to sygnał „jeden”. W kombinacji zer i jedynek zakodowana jest informacja, a więc, jak początkowo zakładano, dźwięk. Z czasem, gdy nagrywarki CD stały się powszechnie dostępne, na płytach CD zaczęto nagrywać oprogramowanie, archiwizowano dane firm, urzędów, informacje prywatne.

Pity (a więc „wgniecenia”) praktycznie nie odbijają światła, a przestrzenie między nimi działają jak lustro. Promień lasera skierowany na rządek pitów raz jest odbijany, a raz nie. I tak bezkontaktowo informacja z płyty przekazywana jest urządzeniu generującemu dźwięk (informację). Dźwięk zawsze taki sam, bo użyty do odtwarzania płyty laser (w przeciwieństwie do lasera używanego do zapisywania danych na płycie) ma bardzo małą moc i nie zmienia struktury krążka.

Tradycyjne płyty CD odchodzą w zapomnienie, bo chcemy nagrywać coraz więcej, a to wymaga użycia nowych technologii. Wyprodukowanie pierwszego CD wymagało opracowania czegoś nowego, a dzisiaj mamy do czynienia z ulepszaniem technologii już istniejącej. Najnowsze płyty Blu-ray mogą pomieścić do 400 GB danych, to grubo ponad 500 razy więcej niż płyty CD. W nowej technologii używany jest laser o prawie połowę mniejszej długości fali, a to znaczy, że udało się stworzyć jeszcze ostrzejszą „igłę”, a więc i zapis może być ciaśniejszy. W Blu-ray informacja zapisywana jest też w kilku warstwach. Płyta o pojemności 400 GB firmy Pioneer ma 16 warstw. Gdyby nagrać na niej muzykę, starczyłoby jej do odtwarzania bez przerwy przez 32 dni.

opr. mg/mg