История оптических компакт-дисков

В общем доступе оптические компакт-диски появились в 1982 году, прототип увидел свет еще раньше — в 1979. Изначально компакты разрабатывали в качестве замены виниловым дискам, как более качественный и надежный носитель. Считается, что лазерные диски являются результатом совместной работы команд двух технологических корпораций — японской Sony и голландской Philips.

По иронии судьбы разработка первого лазерного проигрывателя в СССР начиналась в городе, который обеспечивал страну аудиокассетами. Именно Таллинский завод музыкальных кассет сотрудничал с BASF и был лидером советского кассетного производства. На фото лазерный проигрыватель компакт-дисков "Эстония ЛП-001" Стерео 1988 года. Выпускал Таллинский завод "Пунане РЭТ" (всего выпущено 2454 экземпляра).

При этом базовая технология «холодных лазеров», которая и сделала возможной появление лазерных дисков, была разработана советскими учеными Александром Прохоровым и Николаем Басовым. За свое изобретение они были удостоены Нобелевской премии. В дальнейшем технология развивалась, и в 70-х годах Philips разработала способ записи компакт-дисков, который и положил начало CD. Сначала инженеры компании создали ALP (audio long play) в качестве альтернативы виниловым пластинкам.

Диаметр ALP-дисков составлял примерно 30 сантиметров. Чуть позже инженеры уменьшили диаметр дисков, время проигрывания при этом снизилось до 1 часа. Лазерные диски и воспроизводящее устройство для них впервые были продемонстрированы Philips в 1979 году. После этого компания стала искать партнера для дальнейшей работы над проектом — технология виделась разработчикам как международная, а развить ее до необходимого уровня и популяризовать своими силами было сложно.

Начало всего

Руководство приняло решение попробовать установить контакты с технологическими компаниями из Японии, в то время эта страна находилась на острие hi-end технологий. Для этого в страну отправились делегаты Philips, им удалось встретиться с президентом Sony, который заинтересовался технологией.

Почти сразу была сформирована команда инженеров Philips-Sony, они и разработали первые спецификации технологии. Вице-президент Sony настоял на увеличении объема диска, ему хотелось, чтобы компакт мог вместить девятую симфонию Бетховена, для чего объем диска расшили с 1 часа до 74 минут (есть и мнение, что это просто красивая маркетинговая история). Объем данных, которые умещаются на такой диск, составил 640 Мбайт. Инженеры разработали и параметры качества звука. Например, частота выборки стереосигналов регламентировалась на уровне 44,1 кГц (для одного канала 22,05 кГц) c разрядностью каждого в 16 бит. Так появился стандарт Red Book.

Название новой технологии появилось не вдруг — его выбрали из нескольких вариантов, включая Minirack, Mini Disc, Compact Rack. В итоге разработчики совместили два названия, получив гибридное Compact Disc. Не в последнюю очередь это название было выбрано из-за растущей популярности аудиокассет (технология Compact Cassette).

Philips и Sony также сыграли важнейшую роль в разработке спецификации первых цифровых компакт-дисков, которая получила название Yellow Book или CD-ROM. Новая спецификация дала возможность хранить на дисках уже не только аудио, но и текстовые и графические данные. Определение типа диска производилось в автоматическом режиме при чтении заголовка. Проблема была в том, что компакт-диск, соответствующий стандарту Yellow Book, мог работать только с определенным типом накопителей, которые не были универсальными.

17 августа 1982 года на фабрике Philips в немецком Городе Лангенхаген был выпущен первый CD. На нем был записан альбом The Visitors группы ABBA. Стоит отметить, что лаковое покрытие первых дисков было не слишком качественным, так что покупатели компактов часто их портили. С течением времени качество дисков улучшилось. Первые несколько лет они использовались исключительно в hi-fi аппаратуре, их использовали в качестве замены виниловым пластинкам и кассетам.

Начиная с 2000 года в продаже стали появляться диски объёмом 700 Мбайт, которые давали возможность записывать аудио с общей продолжительностью до 80 минут. Они полностью вытеснили с рынка диски объемом 650 Мбайт. Есть и носители объемом в 800 МБ, но они подходили не для всех приводов, так что такие диски не получили особого распространения. Увеличить объем доступного для хранения данных пространства удалось благодаря снижению расстояния между дорожками. Так, к примеру, у дисков емкостью в 650 МБ расстояние между дорожками равно 1,7 мкм, а у 800 МБ дисков этот показатель снижен до 1,5 мкм. Также у первых скорость составляет 1,41 м/с, а у вторых 1,39 м/с.

Как это работает

Диск состоит из нескольких слоев. Подложка — поликарбонатная, ее толщина 1,2 мм, диаметр — 120 мм. На подложке размещается еще один слой — металл (это может быть золото, серебро или, чаще всего — алюминий). Далее металлический слой защищается при помощи лака, на который наносится графика. Подложка надежно защищает металлический слой, так что считыванию мешают уж очень глубокие царапины. Диаметр отверстия в диске — 15 мм.

Формат хранения данных для дисков — Red Book (о нем говорилось выше). Ошибки при считывании корректируются при помощи кода Рида-Соломона, так что легкие царапины не снижают читаемость диска.
Данные на диск записываются в виде спиральной дорожки из так называемых питов (углублений), которые выдавливаются в поликарбонатной основе. Глубина каждого пита составляет примерно 100 нм, ширина — 500 нм. Длина пита от 850 нм до 3,5 мкм. Питы рассеивают или поглощают свет, подложка — отражает. Таким образом, записанный диск является отличным примером отражательной дифракционной решетки.

Считывается диск при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, который излучается полупроводниковым лазером. Принцип считывания заключается в регистрации изменения интенсивности отраженного света. Так, лазерный луч сходится на информационном слое, диаметр светового пятна в этом случае составляет 1,2 мкм. Максимальный сигнал регистрируется между питами. В случае попадания на пит регистрируется меньшая интенсивность света. Изменения интенсивности преобразуются в электрический сигнал, с которым и работает аппаратура.

А что насчет CD-RW?

CD-RW представляет собой разновидность компакт-диска, которая появилась в 1997 году. Изначально стандарт назывался CD-Erasable (CD-E, стираемый компакт-диск).

Это был настоящий прорыв в сфере записи и хранения информации. Ведь получить недорогой и емкий носитель информации было мечтой тысяч инженеров и пользователей. CD-RW похож по структуре и принципу действия на обычный CD, но вот записывающий слой другой — это специализированный сплав халькогенидов. Чаще всего используется серебро-индий-сурьма-теллур. При нагреве выше температуры плавления такой сплав переходит из кристаллического состояния в аморфное.

Фазовый переход в данном случае обратим, что является основой для процесса перезаписи. Толщина активного слоя диска составляет всего 0,1 мкм, так что лазером легко воздействовать на вещество. Процесс записи происходит при воздействии лазерного луча, активный слой в этом случае переходит в расплав (те его области, на которые подействовал лазер). Далее тепло диффундирует в подложку, и расплав переходит в аморфное состояние. У аморфных отрезков меняются такие характеристики, как диэлектрическая проницаемость, коэффициент отражения и, следовательно, интенсивность отраженного света. Она несет информацию о записи на диске. Считывание производится при помощи лазера меньшей мощности, который не может оказать влияния на активный слой. При записи активный слой нагревается до 200 градусов Цельсия, что позволяет ему снова совершить фазовый переход в кристаллическое состояние.

Многократное использование CD-RW приводит к механической усталости рабочего слоя. Поэтому инженеры, разрабатывавшие технологию, использовали вещества с низким коэффициентом накопления усталости. CD-RW может выдержать около тысячи циклов перезаписи.

DVD — еще больше емкости!

Первые DVD появились в Японии в 1996 году, они появились как ответ на запрос пользователей и бизнеса, которым нужны были все более емкие носители. Изначально диски высокой емкости разрабатывались сразу несколькими компаниями. Появилось два независимых направления разработки: Multimedia Compact Disc (Philips и Sony), — Super Disc (8 крупных корпораций, включая Toshiba и Time Warner). Чуть позже оба направления слились в одно под влиянием корпорации IBM. Она убедила партнеров не повторять события времен «войны форматов», когда шла битва за приоритет между стандартами видеокассет «Video Home System» и «Бетамакс».

Технология была анонсирована в сентябре 1995 года, в том же году разработчики опубликовали спецификации. Первый пишущий DVD-привод увидел свет в 1997 году.

Увеличить емкость записи при сохранении прежних размеров удалось за счет использования красного лазера с длиной волны 650 нм. Шаг дорожки при этом в два раза меньше, чем у CD и составляет 0,74 мкм.

Blu-Ray — самый современный оптический носитель

Еще одна разновидность оптического носителя с гораздо более высокой плотностью записи данных, чем у CD или DVD. Стандарт был разработан международным консорциумом BDA. Первый прототип появился в октябре 2000 года.
Технология предусматривает использование коротковолнового лазера (длина волны 405 нм), откуда и произошло название. Букву «е» убрали, поскольку выражение blue ray является общеупотребительным в английском языке и не может быть запатентовано. Использование синего (сине-фиолетового) лазера дало возможность сузить дорожку до 0,32 мкм, увеличив плотность записи данных. Скорость считывания носителя увеличена до 432 Мбит/с.

UDF — универсальный дисковый формат

UDF — это спецификация формата файловой системы, которая не зависит от ОС. Она разработана для хранения файлов на оптических носителях — как СD, так и DVD и Blu-Ray. У UDF нет ограничения в 2 и 4 ГБ для записываемых файлов, так что этот формат идеально подходит для дисков повышенной емкости — DVD и Blu-Ray.

Оптические диски и интернет

Технологические компании продолжают совершенствовать оптические диски. Так, Sony и Panasonic еще в 2016 году смогли увеличить емкость оптических носителей до 3,3 ТБ. При этом работоспособность дисков сохраняется, по словам представителей Sony, вплоть до 100 лет.
Тем не менее, все типы оптических дисков постепенно теряют популярность — с развитием интернета пропадает потребность для пользователей в накоплении данных на дисках. Информацию можно хранить в облаке, что гораздо удобнее (насколько это безопаснее — другой вопрос). Компакт-диски уже далеко не так популярны, как несколько лет назад, но полное забвение (как в случае аудиокассет) им, скорее всего, не грозит — их будут использовать для создания архивов важной для бизнеса информации.

Если терабайтные оптические диски пойдут в серию, то их применение будет ограничено — может быть, с их помощью будут распространять фильмы в 4К и современные игры с набором самых разных бонусов. Но активнее всего они будут использоваться для создания бэкапов. И если в Sony говорят правду о вековой сохранности записанных данных, то бизнес будет использовать новую технологию весьма активно.

Источник

СССР был уникальной страной, в которой тотальный дефицит товаров народного потребления мог соседствовать с уникальными техническими разработками. 

Первые лазерные проигрыватели в Союзе появились раньше, чем начали официально издаваться компакт-диски. При этом население стояло в очередях за кассетами и виниловыми пластиками, которые доставались с огромным трудом, как и качественная аппаратура для их воспроизведения. Не считая винилов с речами советских вождей и советскую эстраду, которые присутствовали на полках музыкальных магазинов в относительном изобилии. 

При этом такой формат как CD в мире существовал с 1979-го года, а проигрыватели и диски успели переродиться из предметов роскоши в относительно доступную аппаратуру для среднего класса. В СССР, напротив, на протяжении всех этих лет широкие массы попросту не знали о существовании такого формата. Единицы тех, у кого была возможность купить CD-проигрыватель за пределами необъятной Родины, как правило, не использовали этот шанс. В разы чаще покупались магнитофоны и LP-проигрыватели. Ибо дисков в СССР в продаже не было даже у «фарцовщиков», а если и появлялись – стоили безумных денег. Ситуация изменилась в 1987-м году. 

Луч лазера в тёмном царстве горбачёвской эпохи 

По иронии судьбы разработка первого лазерного проигрывателя в СССР начиналась в городе, который обеспечивал страну аудиокассетами. Именно Таллинский завод музыкальных кассет сотрудничал с BASF и был лидером советского кассетного производства. Но речь сейчас не о нём. 

Инициатива создания советского CD-проигрывателя принадлежала уникальному для позднего СССР учреждению «Управление организацией фирменной торговли, изучения спроса и рекламы «Орбита». Умные люди из этого маркетологического ведомства, имена которых история не сохранила в доступных для меня источниках, в 1985-м году настояли на том, чтобы Министерство Промышленности Средств Связи озаботилось выпуском столь необходимой для советских людей вещи. 

Важно, что в 80-е технологическое отставание советских предприятий от западных (особенно на потребительском рынке) было настолько сильным, что у населения возникал резонный вопрос об эффективности советской системы хозяйствования. Перестройка и гласность, свалившиеся на головы советских людей с приходом Горбачева, повысили градус общественного недовольства. 

В то время многим казалось, что появление на прилавках новых высокотехнологичных товаров и их доступность в торговой сети может существенно ослабить протестные настроения. Не последняя роль в этой попытке доказать советским людям, что разваливающийся Союз «еще способен догнать и перегнать…» отводилась звуковоспроизводящей аппаратуре. 

Без палок в колёсах всегда легче 

Насколько можно судить по разрозненным воспоминаниям сотрудников Таллинского завода «Пунане РЭТ», никаких проблем организационного плана и вопросов с необходимостью разработки в то время не возникало. Это были уже не 70-е, когда Лихницкому и Ко приходилось убеждать застойно-брежневское начальство в том, что стране нужны «Бриги» и «Корветы». Интересно, что, как и в случае с легендарными усилителями, первый CD-проигрыватель разрабатывался на предприятии, основным профилем которого являлись заказы для ВПК. Непосредственное руководство проектом было поручено 30-летнему инженеру Владимиру Макарчуку. 

Гибрид Philips и Sharp, а также первые микросхемы Intel в советской технике 

Как и в случае с другой техникой высокой верности воспроизведения, за основу взяли уже существующие западные образцы. Им оказались популярные в Германии и Франции CD-проигрыватели корпорации Philips. На основе нескольких моделей Philips (главным образом Philips-100) была создана компоновочная схема проигрывателя. Характерной особенностью этих образцов была крышка, открывавшаяся вверх, как у многих магнитофонов того времени. При этом заимствовали концепцию дизайна у японской компании SHARP. Плагиат такого рода был характерен для всей аудиотехники, выпускавшейся под торговой маркой «Эстония». 

Philips-100 

Нельзя сказать, что опытные образцы копировались полностью, но многие технические решения заимствовались, так как опыта создания подобной техники просто не было. К концу 1986-го года стало понятно, что в короткие сроки невозможно и нерационально создавать собственный привод для CD и ЦАП. Подобные самостоятельные разработки и даже копирование существующих предполагали выделение неимоверного количества ресурсов, как человеческих и материальных, так и временных. При этом заказ «партии и правительства» (тм) на советский лазерный проигрыватель должен был быть реализован к выставке машиностроения, посвящённой 70-летию Великого Октября. 

В результате изысканий, проведенных таллинскими специалистами, в качестве базового привода для советского устройства был выбран Philips CDM-2, ЦАПом стал Philips 2Х TDA 1540P. Схемотехника во многом повторяла западные аналоги, однако, была адаптирована для использования советских комплектующих. 

Сотрудники конструкторского бюро завода «Пунане РЭТ», разрабатывавшее проигрыватель, одними из первых внедрили микропроцессорное управление в CD-проигрывателе. Были использованы два 8-ми битных микропроцессора Intel. Многие также утверждают, что надёжность системы питания советского проигрывателя многократно превосходила оригинал от Philips. 

Эстония ЛП-010 Стерео 

Так появился проигрыватель Эстония ЛП-010 Стерео, который заслуженно считается первым устройством такого типа, созданным в СССР. По поводу количества этих устройств существуют совершенно разные данные. В одних источниках указывается, что они серийно выпускались в течение 2-х лет и их было более 2500, в других пишут, что их были считанные единицы (50 штук), а также, что было только мелкосерийное производство и количество не превысило 200 штук на союз. 

Так или иначе существует достаточно достоверное свидетельство, что по крайней мере один проигрыватель «Эстония ЛП-010» попал в розничную сеть и продавался в ГУМе за 1100 советских рублей. Сюжет с выставки, на которой было продемонстрировано советское чудо техники попал в программу «Время». 

Однако, большинству советских людей не стало от этого легче. Компакт-диски в СССР не производились (с 1990-го года выпускались малыми партиями, в основном для экспорта), да и стоимость устройства была эквивалентна стоимости нового автомобиля. 

Уже в 1988-м году в СССР принимают 2 новых ГОСТа, которые описывают компакт-диски, — ГОСТ 27667-88 «Система цифровая звуковая „Компакт-диск“. Параметры» и ГОСТ 28376-89 «Компакт-диск. Параметры и размеры». 

Появляются также сведения, что устройство было выпущено раньше, в 1984-м – 1985-м, а в 1987-м году просто попало на выставку и было продемонстрировано широкой общественности. А также, что инженер Макарчук, просто сотрудник завода «Пунане РЭТ», поехавший на выставку, а разработкой занимались другие люди (мол молод ещё был в 1984-м). Подтверждений ни первой, ни второй версии нет, остается лишь факт, что в середине 80-х был разработан первый советский CD-проигрыватель. 

Филипс и Эстония — близнецы братья 

Вторым (а по утверждению многих – первым) серийным проигрывателем в СССР, стала Эстония ЛП-001, пущенная в серию в 1989-м году. Схемотехнически и конструктивно это была практически точная копия Philips CD204. В отличие от предыдущей разработки, была заимствована практически вся элементная база. Кроме корпуса, фольгированного стеклотекстолита для плат, пластиковых деталей, вакуумно-люминесцентного табло, резисторов, проводов и элементов крепления, все детали устройства были импортными. Из характерных особенностей, существенно отличавших его от первого, можно выделить выдвижной лоток для диска, вместо крышки. 

Philips CD204 

Эстония ЛП-001 

«Тираж» устройства по большинству источников, которые можно считать достоверными не превысил 2500. Достать этот аппарат было немного проще, чем описанный выше, но купить в магазине было практически невозможно. В то время для того, чтобы что-то достать существовали специальные люди. Комиссионные этих «полезных» людей составляли около 100 % от стоимости доставаемого дефицитного товара. 

До развала союза было выпущено еще несколько советских CD-дек, которые, к несчастью, не могли существенно изменить ситуацию, в силу как острой нехватки носителей, так и малых серий выпуска. 

Советский CD 

Отечественный выпуск компакт-дисков начался только в 1990-м году. Известно, что наиболее рьяным сторонником собственного выпуска CD в Союзе был ведущий специалист Управления ВФГ «Мелодия» Вадим Васильевич Смирнов. Он слыл экспертом в цифровых носителях и убеждал руководство всесоюзной фирмы грамзаписи закупить оборудование, а не выпускать за бугром. 

Этот человек определил, какое необходимо оборудование и подготовил почву для её закупки. 

Выпуску первых CD в СССР предшествовала 2-летняя стажировка сотрудников «Мелодии» на западных предприятиях, где они подробно изучали технологии записи и производства дисков. Обученные спецы не подкачали, и в 1989-м появился первый советский CD с записью «Стихира на тысячелетие Крещения Руси», композитора Родиона Щедрина. 

Итог 

Все мы знаем, что усилия инженеров и чиновников от промышленности пошли прахом в августе 1991 года. Серийному выпуску новорожденных советских лазерных проигрывателей и компакт-дисков было не суждено просуществовать более 4-х лет. Социально-экономическое безумие 90-х и повальная приватизация развалили промышленность, раздробившегося колосса. Предприятие, на котором начинался выпуск первых советских CD-проигрывателей, вообще оказался в другой стране. Но это уже совсем другая история… 

Источник