Disque compact
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Un disque compact ou CD de l'anglais compact disc, est un disque optique utilisé pour stocker des données numériques (suite de 0 et de 1).
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Principe de fonctionnement
Le disque compact repose sur une méthode de lecture optique : un faisceau de lumière cohérente (laser) vient frapper le disque en rotation. Les irrégularités (cavités) dans la surface réfléchissante de celui-ci produisent des variations binaires (suite de 0 et de 1). Le rayon réfléchi est enregistré par un capteur, et l'information binaire est ensuite transformée en un signal analogique par un convertisseur.
Dès son apparition, ce support a été promu par ses inventeurs et les éditeurs musicaux comme offrant une meilleure qualité sonore que les autres supports existants (notamment les disques vinyle). Ces qualités sont aujourd'hui contestées et de nouveaux supports sont apparus (SACD - Super Audio Compact Disc ou le DVD-A - Digital Versatile Disc Audio). On constate par ailleurs un regain de popularité du support vinyle.
Histoire
Le disque compact fut inventé conjointement par les firmes Philips et Sony, pour l'audionumérique (CD audio) en 1980.
Philips développa le processus de fabrication basé sur leur expérience de la technologie du Laserdisc tandis que Sony contribua à la méthode de correction d'erreurs. Les premiers prototypes produits par Philips mesuraient 115 mm de diamètre, avec un codage sur 14 bits et une capacité de 60 minutes. Sony insista pour qu'on adopte un codage sur 16 bits et une durée de 74 minutes, ce qui a augmenté la taille du disque à 120 mm. Selon les rumeurs, la capacité du CD 12 centimètres a été augmentée à 74 minutes pour que la version la plus lente de la 9e symphonie de Beethoven tienne sur un seul CD.
La première production industrielle eut lieu en 1982 à Langenhagen près de Hanovre en Allemagne.
Le disque compact a connu un large succès et s'est rapidement substitué aux disques vinyles comme support musical, notamment grâce aux qualités suivantes :
- l'absence d'usure due à la lecture (la lecture optique supprime le contact mécanique et donc l'altération du support par frottement). Dans la réalité, la durée de vie moyenne réelle des supports est contestée, certains accordant aux disques compacts une espérance de vie de seulement dix ans (les dégradations peuvent être : rayures, oxydation...).
- tailles du support : ses 12 centimètres de diamètre lui confèrent une portabilité que n'avait pas le microsillon. Un deuxième format de 8 centimètres est, lui aussi, normalisé.
- qualité sonore très supérieure aux cassettes audio.
- retour à l'écoute intégrale sans avoir à retourner le support audio dans le lecteur, ce qui ne s'était pas vu depuis la disparition des cassettes 8 pistes. Les cassettes audios et les disques vinyles étaient enregistrés sur deux côtés, on devait donc les retourner à la mi-écoute.
À noter que Compact Disc est une marque déposée par la firme néerlandaise Koninklijke Philips Electronics N.V. et que cette dernière refuse l'utilisation du terme déposé pour tout disque audio protégé contre la copie.
Types de disques
On distingue plusieurs types de disques compacts :
- CD audio : disque compact audio
- CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory), officiellement cédérom en français : support de stockage informatique
- CD-R : Compact Disc Recordable
- CD-RW : Compact Disc Rewritable
- CD-G : Compact Disc + Graphics
Les appareils de lecture pour CD-audio ne sont pas conçus pour lire les CD-ROM ; a contrario, les lecteurs de CD-ROM (couramment présents sur les ordinateurs personnels) peuvent aussi lire les CD-audio. Il existe aussi des CD « hybrides » contenant de l'information audio (lisible par un lecteur audio) et des informations d'autres types (texte, vidéo, images, etc.), lisibles par un lecteur de CD-ROM.
Dernièrement, avec l'arrivée de la technologie MP3, des lecteurs audio pouvant lire des pistes MP3 sur un CD-ROM et les jouer comme un CD audio traditionnel ont été développés. L'intérêt du MP3 est qu'il permet de stocker jusqu'à dix fois plus de musique que sur un CD audio, et ce avec une dégradation pratiquement imperceptible de la qualité sonore.
Détails physiques
Les disques compacts sont constitués d'une galette de polycarbonate de 1,2 millimètre d'épaisseur recouvert d'une fine couche d'aluminium (au début d'une couche d'or et encore actuellement sur les disques à longue durée de vie) protégée par un film de laque. Ce film peut aussi être imprimé pour illustrer le disque. Les techniques d'impression sont l'offset et la sérigraphie. Les informations sur un CD standard sont codées sur une piste d'alvéoles en spirale moulée dans le polycarbonate. Chaque alvéole mesure environ 125 nm (0,00000125 mm) et 500 nm de large et varie entre 850 nm et 3,5 µm en longueur. L'espace entre les pistes est de 1,5 µm. Pour se donner une idée des dimensions, si le disque était mis à l'échelle d'un stade de foot, une alvéole aurait la taille d'un grain de sable. La spirale commence au centre du disque pour se terminer en périphérie, ce qui autorise plusieurs tailles de disques.
Un CD est lu par une diode laser de 780 nm de longueur d'onde à travers la couche de polycarbonate. La différence de profondeur entre une alvéole (creux) et la surface plane (bosse) est d'un quart la longueur d'onde du laser, ce qui permet d'avoir un déphasage d'une demi-longueur d'onde entre une réflexion du laser dans une alvéole et sur la surface plane. L'interférence destructive causée par cette réflexion réduit l'intensité de la lumière réfléchie dans une alvéole comparée à une réflexion sur la surface plane. En mesurant cette intensité avec une photo-diode, on est capable de lire les données sur le disque.
Les creux et les bosses ne représentent pas les 0 et les 1 des informations binaires. C'est le passage d'un creux à une bosse ou d'une bosse à un creux qui indique un 1. S'il n'y a pas de passage bosse-creux, alors il s'agit d'un 0. On appelle cela un front.
Ensuite, ces données passent à la moulinette EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) utilisée lors du codage les données audionumériques en données numériques pour CD audio, pour finalement obtenir les données audionumériques brutes.
Format audio
Le format de données, connu sous le nom de standard Livre Rouge, a été dressé par Dutch Electronics du groupe Philips qui possèdent les droits du CDDA et du logo qui apparaît sur les disques. En termes techniques, il s'agit d'une piste stéréo encodée en PCM à une résolution de 16 bits avec une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz. La technologie Reed-Solomon error correction autorise la lecture d'un disque rayé dans la limite du raisonnable. L'inhabituelle fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz est héritée d'une méthode de conversion numérique d'un signal audio en signal vidéo pour un enregistrement sur cassette vidéo qui était un moyen bien plus abordable pour stocker les données durant l'écriture des spécifications du CD audio. Cette technologie peut stocker 3 échantillons sur une simple ligne horizontale. Un signal vidéo NTSC possède 245 lignes utilisables par champ et 60 champs par seconde qui fonctionne à 44100 échantillons par seconde. De même, un signal vidéo PAL possède 294 lignes et 50 champs qui permet aussi de délivrer 44 100 échantillons par seconde. Ce système pouvait aussi stocker des échantillons de 14 bits avec des corrections d'erreur ou des échantillons de 16 bits sans correction d'erreur. Cela a été au cœur du débat entre des échantillons d'une résolution de 14 ou 16 bits. Quand la décision a été arrêtée sur le 16 bits, un magnétoscope U-Matic modifié Sony PCM-1630 fut la première machine à enregistrer dans ce format.
L'extraction des données audios d'un disque compact (rip) est un procédé relativement complexe, il existe plusieurs methodes:
- Burst
- Secure
Capacité de stockage
Les spécifications du disque compact recommandent une vitesse linéaire de 1,22 m/s et un pas entre les pistes de 1,59 µm. Cela conduit à un CD audio de 74 minutes sur un disque de 120 mm ou environ 650 Mo de données sur un CD-ROM. Néanmoins, afin d'autoriser des variations dans la fabrication des supports, il y a une tolérance dans la densité des pistes. En fabriquant délibérément des disques de plus haute densité, on peut augmenter la capacité et rester très proche des spécifications du CD. En utilisant une vitesse linéaire de 1,1975 m/s et un pas entre les pistes de 1,497µm, on atteint une nouvelle capacité maximale de 79 minutes et 40 secondes ou 702 Mo. Bien que ces disques possèdent une légère variation de fabrication, ils sont très souvent lus par les lecteurs et seul un très faible nombre de lecteurs les rejettent.
Il existe des disques enregistrables de 90 et 99 minutes, cela en augmentant la densité des pistes. Mais d'autres problèmes se présentent. Le premier est que la capacité maximale qu'un disque peut annoncer lui-même, en accord avec les spécifications du CD-R, est inférieure à 80 minutes. Le second est que les marqueurs de temps entre 90 et 99 minutes sur les disques sont normalement réservés pour indiquer au lecteur qu'il lit le début du disque et non la fin. Ces problèmes sont fonction des fabricants de disques, des graveurs et des logiciels de gravure. Cela signifie que les disques de plus de 80 minutes sont réservés à un marché de niche. Une autre technique pour augmenter la capacité d'un disque est d'écrire dans le préambule et dans la fin du disque qui sont normalement prévus pour indiquer la fin du disque. Cela permet d'étendre la capacité d'une ou deux minutes. Cela peut provoquer des problèmes de lecture quand la fin du disque est atteinte.
Voir aussi
Articles connexes
Lien externe
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