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Nachdenkliches sowie Grundlagen der CD/DVD Technik

Was wurde uns so ab 1983 alles von der Laser-Abtastung der CD versprochen, jedenfalls von allen möglichen selbster- nannten Gurus, die alles wissen "würden". Dazu gehörten auch die damaligen Schreiberlinge der hochglänzenden Hochglanz- magazine.

Die "Ehrlichen" (und auch die Kundigen) unter den Schreibern und Redakteuren - das waren ja fast nur die Zeitschriften Klangbild und die Hifi-Stereophonie sowie ab 1991 die schweizer Hifi-Scene (von 1991-2000) - waren damals bereits Geschichte.
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Es war 1983 ...... (und es war nicht die Wahrheit) .....
Das neue Weltwunder - die CD lebt ewig, verschleißt nicht usw.

CDP 101 - ein ehemals teures edles Gerät
CDP 557 - der hier auch für 3.500.-DM

Sowohl diese Aussage über die CD war nicht fundiert und über die Lebensdauer der Abspiel-Geräte machte sich fast niemand der neuen CD-Fans Sorgen - außer vielleicht den Entwicklern, die damals bereits funkel nagelneue defekte Laserdioden auf dem (Labor-) Tisch hatten.

In 2019 - etwa 40 Jahre später - sind wir Gläubigen geläutert. Es gibt jede Menge an defekten CDs und es gibt tausende von irreparablen CD-Spielern. Vor allem, die ersten Player (der SONY CDP 101) kosteten damals richtiges Geld. Meine 3.500.- DM (in 1989) für einen edlen SONY CDP 557 ESD waren und sind nun mal kein Pappenstiel.

Also beides verschleißt oder altert, sowohl die Laserdiode als auch das Medium "Silber- scheibe". Es geht zwar sehr unterschiedlich schnell, manche CDs mit echten Digitalaufnahmen von vor und um 1980 !! (produziert etwa 1984) sind nach wie vor einwandfrei, doch vor allem die selbst- "gebrannten" (beschriebenen) CDs haben schon Probleme. Schlimmer ist es inzwischen bei den teuren Abspiel-Geräten, den sogenanten Edel-Playern.
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Die Laserdiode im CD-Spieler und die Abtastung der Spur

"sie" ist unter der Linse
Die Laserdiode = rot, das Signal = grün, der Spiegel im Kreis
  • Anmerkung : In der Literatur wie auch hier sind verschiedene Begriffe oder Bezeichnungen oft "gemixt", und das ist unglücklich :

  • (1) Die "Sende-Diode" ist eine "Laser-Diode"
  • (2) Die "Empfangs-Dioden" sind "Photo-Dioden"
  • (3) Der sogenannte Laser-Strahl ist immer ein "kohärentes" fast paralleles oder leicht divergentes Strahlenbündel (die Erklärung für Kohärent folgt später)

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Vieles in diesem und den folgenden Absätzen hier ist physikalisch nicht ganz korrekt
, soll aber mit der beschreibenden Form dem Verständnis derer dienen, die nicht Physik studiert hatten, aber einen irreparablen defekten - ehemals sehr teuren - CD-Spieler mit Tränen in den Augen zum Sondermüll bringen müssen oder sollen.

Wie der CD-Player im Prinzip funktioniert, ist simpel. Ein fokussiertes Laserstrahlenbündel leuchtet (stahlt) konstant auf die versilberte Datenspur auf der Daten- Seite der Silberscheibe, auf der die Spiral-Spur mit den Pits (das sind die kleinen "Huppeln"bzw. Grübchen) eingebrannt sind und eine Empfangsdiode ließt die Unterbrechungen des reflektierten Strahls und wandelt diese (digitalen) Signale in Datenströme um. Der "Digital/Analog"-Wandler macht dann die Musik draus, die wir hören. Das ist natürlich sehr stark vereinfacht erklärt.

So weit so gut,
Strahlenbündel doch wenn die gewellte oder verbogene CD auch nur ganz leicht schwankt, stimmt der Abstand (der Focus) nicht mehr und das ist nicht mehr scharf auf die extrem schmale Spurmitte fokussiert und die Informationen sind teilweise unbrauchbar. Auch wenn die CD "eiert", also unrund dreht, wäre der Fokus ja nie optimal in der Mitte der Spur. Dann käme beim D/A-Wandler nur noch "digitaler Mist" an und er kann daraus keine Musik mehr "machen".
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Die im CD-Player eingebaute "Korrektur-Intelligenz"

nach rechts gedrückt
nach links gedrückt

Das wird mit einer ganz kleinen leichten und vor allem zwei- dimensional beweglichen Kunststoff- Zentrier-Linse korrigiert. Es gibt da nicht nur eine (1) Photodiode, es gibt da 4 oder sogar 6 "Dioden- flächen", die den von der Spur reflektierten Laser-Strahl empfangen. Ist der Laser-Strahl genau in der Mitte der 4 Flächen, ist alles in Ordnung.

Empfängt eine Fläche mehr als die anderen drei, wird (mit dem Steuerungs- Prozessor) die bewegliche Linse und damit der Laserstrahl etwas abgelenkt und quasi (wieder zurück) auf Spur-Mitte "gezwungen" (= gesteuert). Auch der Schlitten mit der Lasereinheit wird nachgesteuert, der ist aber durch sein Eigengewicht viel träger und damit langsamer.

Diese den Laserstrahl zentrierende (Fokussier-) Linse ist nicht nur sehr leicht, sondern auch sehr weich aufgehängt und wird mit zwei sogenannten Linearmotoren nahezu trägheitslos bewegt, vor allem sehr sehr schnell.

Der Musik-Hörer bekommt davon gar nichts mit, außer, wenn die Fehler so extrem kraß und häufig sind, daß diese optische Korrektur der Spurmitte aus dem Ruder läuft und die Musik stockt oder abbricht.
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Das zweite grössere Problem tritt auf, wenn das Laserslicht immer schwächer wird .....

die Laser-Sende-Diode von hinten
ein Muster einer Laser-Diode
der Schaltplan der Sende-Diode mit Einstell-Poti - die Pfeile in der Zeichnung sind scheinbar falsch

Die Sende-Diode, die den "Laserstrahl" aussendet, (also korrekt das Laserlicht) muß unbedingt eine gewisse Lichtstärke (Lichtleistung in Milliwatt) haben, damit die Empfangs-Dioden genügend deutliche Unterschiede zwischen den Unterbrechungen des empfangenen Laserstrahls erkennen können. Dennoch darf sie auch nicht zu hell strahlen, damit die Empfangs-Dioden nicht durch Streulicht verwirrt werden.

Jetzt ist nicht jede einzelne Laser-Diode geich der nächsten, vor allem nicht bei hunderttausenden oder Millionen von Stück. Somit wird die Strahlstärke der Sende-Diode bei vielen CD-Spielern elektronisch auf einen Nennwert eingestellt und über eine Regelung kontrolliert stabil gehalten.

Wird die Strahlstärke der Diode langsam schwächer (das kommt unweigerlich durch die thermische Alterung), wird der Strom durch die Laser-Diode automatisch erhöht, bis er irgendwann dann nicht mehr zu erhöhen geht.

Und dann ist die Sende-Diode am Ende ihres Lebens und der Player ist (erstmal) hin. Einige Hersteller betreiben die Sende-Dioden angeblich (oder sowieso) von Anfang an mit der vollen möglichen Leistung und nehmen damit in Kauf, daß die Leistung irgendwann noch viel stärker abfällt und viele CDs ganz plötzlich nicht mehr gelesen werden können. Sie als Musik-Hörer bekommen immer mehr Aussetzer mitten in der Musik, bis der CD-Spieler gar nicht mehr funktioniert.

Angeblich sei das gerade beim Marktführer SONY der Fall (stimmt aber nicht). In vielen Audio- CD-Spielern der ersten und zweiten Generation wurde der Strahlstrom mit einem kleinen Trimm-Potentiometer (siehe Schaltung der monitor-Diode) direkt an der Lasereinheit eingestellt und ist (wäre) somit von Hand noch etwas zu erhöhen.

An der Alterung der Laserdioden an sich ändert das aber gar nichts, die kommt garantiert und ganz im Gegensatz zu den (damaligen) üppigen Versprechungen der Hersteller - ein CD-Laufwerk sei unverwüstlich und lebe ewig - damals immer mit Bezug auf die schwarzen Vinylplatten und deren Abtastdiamanten.
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Den Laser (die Sende-Diode) im CD Spieler prüfen

Mit dem Wissen, daß die Sende-Diode eine Mindest-Leistung senden muß, kann man das "relativ" leicht messen. Beim Einschalten eines jeden CD-Players versucht die eingebaute Intelligenz, das Inhalts-Verzeichnis der eingelegten CD abzufragen (sofern überhaupt eine in der Schublade liegt). Die Laser-Diode ist sofort voll an und sendet auch mit voller Leistung.

Mit einem speziellen und gar nicht so teuren UV-Licht Messgerät (Bild rechts) kann man den Sensor direkt über oder unter die Linse der Abtasteinheit des Schlittens legen oder halten und die abgestrahlte Energie (rudimentär) messen, wie in nebenstehenden Bildern gezeigt.

Ein Service-Profi mit Erfahrung möchte da gerne den Zeiger bei der 0.7 sehen, das machen über 90% der neuen Player. Schlägt er - wie bei uns - nur bis zu 0.2 aus, ist etwas faul oder diese Laserdiode ist bereits "End of Live" und eventuell nicht mehr verbesserungsfähig.

Und jetzt kommt raus, die Hersteller (auch SONY) haben die ganzen teuren und superteuren CD Laufwerke bereits alle "abgeschrieben" (nach 30 Jahren) und es gibt überwiegend keine Ersatz-Teile mehr.

Das wäre in unserer verkorksten und vermüllten Welt eigentlich ein Muß, damit nicht alles weggeworfen werden muss. Diese Laserdioden wurden im jeweiligen Werk extrem geschickt in die Halterungen eingeklebt und sind angeblich nicht ersetzbar, jedenfalls angeblich.

EIn Beispiel sind zum Beispiel die ganzen weißen PVC- Zahnrädchen der Grundig Cassettenlaufwerke, die alle zerbröselt sind und inzwischen mit einem 3D-Drucker nahezu spielend erzeugt werden können. Auch die Einbauschablone für den Revox Plattenspieler ist solch ein absolut positives Beispiel.

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  • Anmerkung : Das mit dem obigen Messergebnis und der qualifizierten Aussage stimmt natürlich nicht so ganz. "Rudimentär" bedeutet nämlich, "so in etwa". Der Laserstrahl wird ja durch die bewegliche Fokussier-Linse fortlaufend in der Höhe und zusätzlich mit einer seitlichen Bewegung "fokussiert", damit er die extrem schmale Spur haargenau auf der Mitte trifft. SONY zum Beispiel spezifiziert bei dem CDP 557 ESD einen Meßabstand des Meßsensors von der Linse von etwa 1,7 oder 2,5 Millimetern. Und dazu muß bei diesem Spieler ein Teil der oberen Abdeckung über dem Spindel-Motor entfernt werden. Die wirkliche und genaue Intensität müsste eigentlich genau im Fokus des Strahles gemessen werden, genau an der Stelle, an der er die CD abtasten würde. Dort wäre die gemessene Referenz-Helligkeit optimal. Der Meßwertaufnehmer summiert aber die gemessene Strahlungsenergie über die Fläche insgesamt.

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Ein Hinweis aus dem Service-Manual des SONY CDP 557 ESD von 1988 (der Augenabstand)

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Eine weitere Prüfung - die Spurnachführung

Jetzt könnte ja die Linse oder der oder die Spiegel verschmutzt sein. Auch könnte von den 4 Empfangsdioden eine defekt sein. Auch das kann man prüfen, denn es funktioniert weitgehend nach demselben Prinzip.

Jede der 4 Empfangsdiodenflächen liefert ein Siganl an den Nachführprozessor und dieses zusammengeführte Signal ist bei 99% aller CD-Spieler auf einer der Platinen an einem Test-Punkt abgreifbar. Mit einem ganz normalen Oszilloskop- Tastkopf kann der Techniker im offenen Gerät den Test-Point Pin suchen (oder im Service Manual vorher nachschaun) und dort dieses Signal auf seinem grünen Bildschirm anschaun.

Im Bild rechts sehen Sie das sichtbare Signal, wobei immer nach 4 Linien sofort die nächsten 4 kommen, ununterbrochen. Fehlt eine solche Linie bzw. ein solcher Haken, ist etwas an dieser Diode defekt und die Regelung stockt, der Player setzt aus.

Diese ganze Technik ist bereits nichts mehr für Hobby-Elektroniker, denn es kommt ja noch viel mehr hinzu.
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Ein Einblick auf solch eine Lasereinheit (von oben)

Bei dieser neuen Lasereinheit hat sich sogar einer der beiden Magnete in Pulver aufgelöst und damit ist diese Einheit hin.

Mein Gastgeber in Montabaur hatte über 20 Jahre solche CD- (und auch DVD-) Laufwerke repriert, als es noch Ersatzteile gab. Um mir die Leistung einer neuen Diode aus einer Lasereinheit vorzuführen, hat er eine neue und noch ungebrauchte SONY Laser- Einheit aus dem Schrank geholt und wir haben Erstaunliches festgestellt.

Der Linearmotor
, der fürs waagrechte Tracking zuständig ist, besteht aus zwei kleinen aber sehr starken Magneten links und rechts von der jeweiligen Spule.

Erst bei genauerem Hinsehen (roter Pfeil) wird erkennbar, der rechte Magnet hat sich wieder zu "Eisen-Staub" zurück "verwandelt" und konnte mit einer Büroklammer ganz einfach aus dem Zwischenraum herausgekratzt werden. Der andere linke (immer noch) silbern glänzende Magnet ist dort unverrückbar felsenfest angeklebt und noch intakt. Denoch ist diese neue Lasereinheit dadurch absolut unbrauchbar und kann "schmerzfrei" entsorgt werden.
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Es geht bald weiter

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