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Heute wissen wir es natürlich besser, aber damals im März 1979 war das mit der Compact-Disc absolute Zukunftsmusik.

In der Hifi-Stereophonie 1979 - stehen mehrere Artikel zu der Presse-Vorstellung der Compact Disc, die damals noch Compact-Schallplatte hieß.

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Aus der Hifi-Stereophonie Heft 6/1979:
Chefredakteur Dipl. Phys. Karl Breh schreibt über die Vorstellung der CD am 8.3.1979

Wie im Nachrichtenteil von HiFi-Stereophonie 5/79 schon kurz gemeldet, hat Philips am 8. März in Eindhoven eine internationale Pressekonferenz abgehalten, auf der die Kompakt-Platte und der dazugehörige Plattenspieler nicht nur vorgestellt und erläutert, sondern unter Einbeziehung einer leistungsstarken HiFi-Anlage auch klanglich vorgeführt wurden. Unser Bild unten zeigt eine „Compact Disc" sowie den Plattenspieler, zusammen mit einer konventionellen Schallplatte zum Größenvergleich.

Das Cover-Bild des Artikels
Bild 1: Zerlegung eines Analog- signals in ein entsprechendes Digitalsignal. Die Zuordnung von Amplitude und Binärwort erfolgt 44.330mal in der Sekunde, d. h. alle 2,25 • 10~5 Sekunden. Zur Erfassung der Amplitude stehen 16.383 Stufen zur Verfügung

Wie funktioniert Compact Disc?

Das Analogsignal, also dasjenige Signal, das man auf einem Oszillographenschirm beobachtet, wenn man das, das ein Mikrophon aufnimmt, auf den Eingang des Oszillographen gibt, wird nach der Methode der Pulsbreitenmodulation in ein digitales Signal umgewandelt. Betrachten wir hierzu Bild 1.

Das Analogsignal wird mit der Schaltfrequenz Fs - im Fall der Kompaktplatte 44.330 mal je Sekunde - abgetastet. Die dabei jeweils festgestellte Amplitudenhöhe wird in eine binäre Zahl, ein binäres Wort, umgewandelt, das nur noch aus einer Folge der Ziffern 1 und 0 besteht. Eine Informationseinheit in diesem System nennt man „bit".

Bei der Kompaktplatte werden 14 bit verwendet. Das ergibt 214 Stufen im Raster zur Erfassung der Amplitudenhöhe und ihres Vorzeichens.

Die Theorie besagt, daß die bei diesem Verfahren übertragbare Bandbreite höchstens halb so groß sein kann wie die Frequenz der das Analogsignal zerlegenden Abtastfrequenz Fs.

Daten auf spiraligen Lochspuren

Bild 2 Schematische Darstellung der Signalverarbeitung vom optischen Abtasten des in der Kompaktplatte aufgezeichneten Signals bis zur Wiederherstellung des Analogsignals, dessen Treppenstruktur hochfrequenter Natur ist und durch ein Tiefpaßfilter beseitigt wird, bis zur Verstärkung und Wiedergabe mittels Lautsprecher
Bild 3 Moduliertes Ausgangssignal der Fotodiode
Bild 4 Die auf der Kompaktplatte aufgezeichneten Lochspuren in rund 5.500facher Vergrößerung

Tatsächlich steckt beim Philips-PCM-Verfahren die Information über die Amplitude in der Impulsbreite (Bild 2).

Auf der Kompaktplatte aufgezeichnet sind in spiraliger Aufwicklung von innen nach außen Lochspuren. Die Länge der Löcher entspricht der Impulsbreite des Digitalsignals.

Aber auch die Länge der Nichtlöcher zwischen zwei aufeinanderfolgenden Löchern entspricht einer Impulsbreite, aber entgegengesetzten Vorzeichens (Bild 3).


Was auf der Kompaktplatte aufgezeichnet ist, sieht in ca. 5.500facher Vergrößerung so aus wie Bild 4.

Bild 5 zeigt dies schematisch. Der Abstand zwischen zwei Spuren beträgt 1,66um (mü), der mittlere Abstand zweier aufeinanderfolgender Löcher 1,6um.

Der die Information abtastende Lichtspot hat einen Durchmesser von 1,87um.

Dies ergibt eine Informations- oder Speicherdichte von 0,77 Mbit/mm2.

Eine Kompaktschallplatte mit 60 Minuten Spieldauer enthält knapp 6 Milliarden bit.

Bild 6 Der optische Abtaster der Kompaktplatte

Berührungslose Abtastung

Die Lochspuren werden berührungslos durch das Licht eines Miniatur-Halbleiterlasers abgetastet. Wir betrachten Bild 6.

Das von einem Miniaturlaser ausgehende Licht wird zunächst parallel gemacht (gebündelt) und dann durch eine zweite Linse auf die Lochspuren fokussiert. Diese Lochspuren befinden sich jedoch nicht ungeschützt an der Oberfläche der Schallplatte, sondern sind durch eine transparente Schutzschicht von 1,1mm Dicke abgedeckt.

Befinden sich Staub oder Fingerabdrücke auf der Oberfläche der Platte, so werden sie vom Laserstrahl nicht registriert, weil er dort nicht fokussiert ist (Bild 7).

Bild 7 Schematische Darstellung des Abtastvorgangs. Der Laserstrahl ist nicht auf die Plattenoberfläche fokussiert und kann daher dort vorhandenen Staub oder Fingerabdrücke nicht registrieren

Allerdings muß dafür gesorgt werden, daß der Laserstrahl immer — auch wenn die Platte kleine Welligkeiten aufweist — auf die nur 0,16um tiefen Löcher fokussiert bleibt. Dies besorgt eine Servoregelung, die davon ausgeht, daß der Laserstrahl eine beginnende Defokussierung selbst meldet, so daß durch ein schwingspulenähnliches System (Anmerkung: Linearmotor) die obere Optik nachgeführt wird, d.h. im Endeffekt nachschwingen kann.
(Anmerkung: da darf nichts schwingen, diese Beschreibung ist hier sehr mißverständlich. Die Optik wird in nahezu Echtzeit "nachgeführt".)

Über die Oberfläche der "Schallplatte"

Die Oberfläche der Schallplatte, die die Lochspuren trägt, wird nach dem Preßvorgang während der Herstellung mit einer dünnen reflektierenden Aluminiumschicht vermutlich bedampft. Dann wird in einem zweiten Arbeitsgang die Schutzschicht aufgebracht. An Stellen, an denen sich Löcher befinden, wird das Laserlicht anders reflektiert als an den Stellen, an denen keine Löcher sind. Das reflektierte Licht wird an einem Halbspiegel abgelenkt, so daß es auf eine Fotodiode fällt.

Zuvor wird der Lichtstrahl durch ein Prisma in zwei Teilstrahlen aufgespalten, was zur Steuerung der Fokussierung benutzt wird. Der in der Fotodiode fließende Strom wird durch das reflektierte Licht des Laserstrahls moduliert, dann nach Durchlaufen einer Elektronik für Zeitkorrektur und Dropout-Kompensation einem Digital-Analog-Konverter zugeführt, so daß der Plattenspieler direkt an den hochpegeligen Eingang eines konventionellen HiFi-Verstärkers angeschlossen werden kann (Bild 8).
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  • Bild 8 Blockdiagramm der Motorsteuerung, der Servoregelungen und der Signalverarbeitung im Kompaktplattenspieler. Die gesamte hierzu erforderliche Elektronik läßt sich durch die Verwendung von ICs in dem kleinen Plattenspieler unterbringen. Für die Pressekonferenz war die Elektronik noch unter dem Tisch diskret aufgebaut. ICs kann man erst machen lassen, wenn die Standardisierung festliegt und die Serie aufgelegt werden soll.

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Bild 9 Blockdiagramm des Servo- und Steuersystems des Kompaktplattenspielers

Über die Abtast-Geschwindigkeit

Die Abtastung erfolgt bei konstanter Tangentialgeschwindigkeit (Anmerkung: das sit die Geschwindigkeit des Lasers auf der Bit-Spur), das heißt, die Winkelgeschwindigkeit der Platte hängt von der Position des Laserstrahls ab.

Der Laserstrahl entnimmt die Information über die korrekte Winkelgeschwindigkeit dem aufgezeichneten Signal selbst. Diese automatische Nachführung und Geschwindigkeitssteuerung umfaßt auch eine Servoregelung zur Vermeidung radialer Ablesefehler.

Das Blockdiagramm des Servo-und Steuersystem des Kompaktplattenspielers ist in Bild 9 dargestellt.


Das Schema des angewandten Codiersystems und Informationsmusters ist Bild 10 zu entnehmen. Wie man sieht, werden die beiden Kanäle wechselweise nacheinander abgetastet, so daß die Übersprechdämpfung extrem hoch und nicht länger mehr Gegenstand der Betrachtung ist. In den mit „syncw" bezeichneten binären Wörtern können Texte zur Programmidentifikation gespeichert und auf einem Display während des Abspielens sichtbar gemacht werden.

Bild 10 Codierungssystem und Informationsmuster bei der Aufbereitung des Analogsignals und dessen Verwandlung in ein entsprechendes Digitalsignal, wie es auf die Kompaktplatte aufgezeichnet wird

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Die Herstellung der Kompaktplatte

Natürlich weicht der Herstellungsprozeß der Kompaktplatte in einigen Punkten von dem der konventionellen Platte ab. Das Analogsignal wird vor der Überspielung in das beschriebene Digitalsignal umgewandelt. Die Lackfolie wird durch eine Glasplatte ersetzt, die mit einer fotoempfindlichen Schicht überzogen ist. Das Digitalsignal moduliert nun einen Laserstrahl, der die Fotoschicht auf der Glasplatte belichtet.

Nach erfolgter Entwicklung zeigt die Glasplatte dann das Muster der Lochspuren, von dem aus auf galvanischem Wege Preßmatrizen gewonnen werden. Damit werden die Kompaktplatten gepreßt, auf der Informationsseite aluminiumbedampft und mit einer transparenten Schutzschicht versiegelt. Die Kompaktplatte hat demnach mit der konventionellen Schallplatte eine wichtige Gemeinsamkeit: die Fertigung in Massenproduktion.

Klangdemonstration

Philips führte auf der Pressekonferenz die Kompaktplatte und den Plattenspieler vor. Dieser war an einen Philips-Vorverstärker konventioneller Bauart angeschlossen, der seinerseits zwei große MFB-Boxen je Kanal ansteuerte.

Das Ergebnis war überwältigend: kein Knistern, kein Knacken, kein Rumpeln und Rauschen, dafür aber ein gewaltiger Dynamikumfang und bisher ungehörte Transparenz, wohl als Folge extrem geringer Verzerrungen und hoher Übersprechdämpfung.

Der Qualitätsschallträger der Zukunft

Es kann wohl kaum ein Zweifel daran bestehen, daß dies der Qualitätsschallträger der Zukunft sein wird. Denn abgesehen von ihrer Klangqualität, die von der Perfektion wohl nur noch infinitesimal entfernt ist, bietet die Kompaktplatte den Vorteil der konventionellen Schallplatte, nämlich den zweidimensionalen und damit sofortigen Zugriff, und dies bei einem Volumen, das nur noch den 6,45ten Teil (mit Tasche) der Analogplatte ausmacht. Eine Schallplattensammlung mit Kompaktplatten schrumpft auf weniger als ein Sechstel des Platzbedarfs zusammen.

Der Compact-Disc Plattenspieler

Der Plattenspieler ist so klein, daß er zu den kleinsten Minikomponenten paßt und auch im Auto anstelle eines Cassettenrecorders untergebracht werden kann. Außer durch rohe Gewalt ist eine Beschädigung der Kompaktplatte nicht möglich. Da eine mechanische Abtastung nicht stattfindet, unterliegen weder die Platte noch der optische „Tonabnehmer" einem Verschleiß. Die Lebensdauer des nur 45mm langen, 12mm im Durchmesser zählenden und nur 14g schweren Minilasers soll 2.000 Stunden betragen. Er ist zudem auswechselbar. Gleichlaufschwankungen existieren nicht, das System arbeitet quarzpräzise.
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  • Anmerkung auch hier: Das waren leider Werbesprüche von 1979. Für die allermeisten CD Spieler auch von Philips gibt es in 2010 schon seit Jahren keine Austauschlaser mehr.

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Wann erfolgt die Markteinführung?

Die Kompaktplatte und das dazugehörige System sind durchentwickelt. Philips bzw. Polygram könnte schon sehr bald damit auf den Markt kommen. Dennoch soll dies nicht vor Mitte der achtziger Jahre geschehen.

Warum diese Zurückhaltung?

Nun, erstens kontrolliert Philips zur Hälfte Polygram, bestehend aus Phonogram und Polydor (Deutsche Grammophon) und Töchtern und damit einen ansehnlichen Produktionsanteil im weltweiten Schallplattengeschäft. Da müssen Systemablösungen schon langfristig geplant werden.

Zum Zweiten ist der Kompaktplatte ein weltweiter und dauerhafter Erfolg nur dann sicher, wenn sie zur Grundlage einer internationalen Standardisierung gemacht wird.

Nun gibt es mehrere andere, ebenfalls potente Firmen, die zwar auch auf die Digitalplatte setzen, aber heute noch davon ausgehen, daß digitale Audioplatten mit Videoplattenspielern, die für das Abspielen von Videoplatten (Farbbild und Ton) geeignet sind, kompatibel sein sollten. Dies bedingt aber Plattendurchmesser von 30cm, höhere Drehzahlen und wegen der weitaus größeren erforderlichen Bandbreite (über 3MHz) einen wesentlich größeren Aufwand, der für eine reine Audioplatte nicht getrieben werden muß, ohne daß damit ein Verlust an Qualität verbunden wäre. Dafür bieten videokompatible Audioplatten je Seite drei Stunden Spieldauer, was ein Marketingproblem für sich darstellt.

Schon aus diesen Gründen spricht vieles für die Kompaktplatte von Philips, zumal die Platte nicht teurer werden soll als die bisherige Analogplatte und der Plattenspieler etwa so viel kosten soll wie ein guter HiFi-Plattenspieler heute.

Wie steht es mit der Quadrophonie?

In einem Punkt jedoch könnten Bedenken aufkommen. Die Spieldauer der Kompaktplatte beträgt bei zweikanaliger Aufzeichnung 60 Minuten. Will man vier Kanäle aufzeichnen, halbiert sich die Spieldauer bei der Philips-Kompaktplatte, so wie sie sich jetzt darstellt. Für viele Werke der E-Musik sind 30 Minuten Spieldauer aber zu wenig.

Die Philips-Sprecher auf der Pressekonferenz ließen klar erkennen, daß im Hause Philips derzeit niemand an Quadrophonie denke. Das mag zwar sein, wäre jedoch kurzsichtig. Denn eines ist ganz sicher: Die Digitalaufzeichnung gestattet perfekte Aufzeichnung und Wiedergabe von drei, vier oder sogar mehr Kanälen ohne Verzerrungen, ohne Rauschen oder Störungen, die auf mangelnde Übersprechdämpfung zurückzuführen wären.

Damit eröffnet sich dem Medium die faszinierende Möglichkeit, jede Musik mit der ihr adäquaten Raumakustik in den privaten Hörraum zu liefern. Niemand wird im Ernst glauben, daß auf diese Möglichkeit auf die Dauer verzichtet werden wird, denn der Innovationszwang wird auch in Zukunft nicht nachlassen.

Nach der Pressekonferenz unter vier Augen darauf nochmals angesprochen, meinte einer der Philips-Experten, daß es z. B. durch Unterbringung von zwei weiteren Kanälen auf einer zweiten Informationsebene der Kompaktplatte durchaus möglich sei, sie auch quadrofähig zu machen. Vielleicht gibt es auch die Möglichkeit, die Kompaktplatte zweiseitig zu bespielen. Wie dem auch sei, eines sollte man bei Philips nicht tun: die Quadrophonie aufgrund der negativen Erfahrungen, die ja nicht aus ihr selbst resultieren, als Zukunftsperspektive in Verbindung mit der Digitalisierung außer Betracht lassen. Dies könnte auch der weltweiten Standardisierung der Philips-Kom-paktplatte abträglich sein. Br.

Die Technische Daten - Stand April 1979 !!

(nach Angaben des Herstellers)
Durchmesser 115 mm
Stärke 1,1 mm
Drehzahl fließend 500 bis 215 U/min
Abstand zwischen den Spuren 1,66 um
Spieldauer bei Stereo und einseitiger Bespielung 60 min
Material Polyvinylchlorid
Aufzeichnungsart digital PCM (Pulsbreitenmodulation)
Quantisierung 14 bit linear codiert
Schaltfrequenz 44,33 kHz
Zahl der Kanäle 2 (oder mehr)
Preemphasis 50 us
Dynamikumfang 85dB
Signal-Fremdspannung-Abstand 85dB
Klirrgrad 0,05% - Bandbreite 20 Hz bis 20 kHz
Kanalmodulation : spezielle Art von Verzögerungsmodulation

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