CD-Audio

CD-Audio, Audio-CD, CD-DA (ang. Compact Disc Digital Audio) – standard cyfrowego zapisu dźwięku na płycie kompaktowej wykorzystujący kodowanie PCM o częstotliwości próbkowania 44,1 kHz i rozdzielczości 16 bitów na próbkę.

CD-Audio

Typ nośnika	dysk optyczny
Data premiery	1980
Pojemność	standardowo 74 minuty nagrania
Metoda odczytu	laser półprzewodnikowy o długości fali ok. 780 nm
Standard	IEC 60908
Opracowany przez	Sony, Philips
Wykorzystanie	zapis dźwięku

Opis

Płyta CD pozwala na zapis dwóch kanałów (stereo). Muzyka jest podzielona na ścieżki, po których można przeskakiwać bez konieczności przewijania. Jeśli płyta została zapisana w systemie Track-At-Once (TAO) między ścieżkami będzie 2-sekundowa przerwa, można to ominąć nagrywając płytę w systemie Disc-At-Once (DAO).

Dane zapisywane na dysku CD-Audio poddawane są kodowaniu CIRC^[1], służącemu do korekcji błędów, a następnie kodowaniu kanałowemu EFM, zwiększającemu upakowanie danych.

CD-DA zawiera standardowo 74 minuty nagrania podzielonego na maksymalnie 99 części. Przy największym dopuszczalnym zwężeniu rowka (1,497 μm) długość nagrania można zwiększyć do 79 minut i 40 sekund (przy przekroczeniu standardów – nawet do 90 albo 99 minut, przy czym takie płyty powodują dużo problemów z odczytem, szczególnie w starszych odtwarzaczach).

Historia i znaczenie

Pierwsza płyta kompaktowa pojawiła się na rynku w 1982. Początkowo przewidziana wyłącznie na potrzeby przemysłu fonograficznego. Do roli uniwersalnego nośnika danych dla komputerów przystosowano ją dopiero trzy lata później, w 1985 roku.

Wprowadzenie płyty CD-Audio było znaczącym przełomem w fonografii. W przeciwieństwie do stosowanych wcześniej nośników analogowych, płyta CD-Audio umożliwia zapis i odtworzenie dźwięku w sposób idealnie wierny oryginałowi. Jest to możliwe ponieważ wynikająca z zastosowanej częstotliwość próbkowania częstotliwość Nyquista przewyższa górny pułap pasma częstotliwości słyszalnych przez ludzi. Zakres dynamiki wynoszący ok. 96 dB (który można jeszcze rozszerzyć poprzez użycie techniki ditheringu), pokrywa z zapasem rozpiętości dynamiczne jakie realnie występują w muzyce. Trwałość nagrania wydanego na nośniku CD-Audio, w kontekście wielokrotnego odtwarzania, jest teoretycznie nieograniczona - w przeciwieństwie do wcześniejszych nośników analogowych, które po każdorazowym odtworzeniu degradowały się w mniejszym lub większym stopniu.

W końcu roku 1985 na światowym rynku oferowano 6000 tytułów muzycznych płyt CD, z czego 60% stanowiła muzyka pop. Potentatami w produkcji tych płyt były wytwórnie Polygram (RFN) i JVC. Moc produkcyjna każdej z nich dochodziła do 30 milionów płyt rocznie^[2].

Próby wyparcia CD-Audio przez nowsze i jakoby lepsze standardy takie jak SACD i DVD-Audio zakończyły się niepowodzeniem. Jak wykazały liczne testy odsłuchowe przeprowadzane przez rozmaite zespoły profesjonalistów zajmujących się inżynierią dźwięku, dalsze podnoszenie częstotliwości próbkowania i zwiększanie liczby bitów na próbkę nie daje żadnej słyszalnej korzyści. W warunkach podwójnie ślepej próby, przy normalnych poziomach głośności, okazało się, że żaden ze słuchaczy nie był w stanie odróżnić odsłuchiwanych próbek^[3].

Zagrożeniem dla dalszej obecności płyt CD-Audio na rynku może być natomiast dystrybucja nagrań przez sklepy internetowe, w postaci niezwiązanych z materialnym nośnikiem plików.

Czerwona Księga

Wszystkie specyfikacje techniczne dla wszelkich rodzajów płyt kompaktowych są opublikowane w tzw. Tęczowych Księgach. Jest to seria publikacji, gdzie kolorem oznaczono zakres danej specyfikacji. Czerwona Księga opisuje standard CD-Audio.

Pierwsze wydanie Czerwonej Księgi zostało wydane w 1980 roku przez Philips i Sony^[4][5], została ona przyjęta przez „Digital Audio Disc Committee” i ratyfikowana jako IEC 60908 (opublikowany w 1987^[6]). Drugie wydanie IEC 60908, które unieważnia i zastępuje wydanie pierwsze, pierwszą poprawkę (1992) i sprostowanie do pierwszej poprawki, opublikowano w 1999^[7]. Standard nie jest powszechnie dostępny, lecz jest licencjonowany przez firmę Philips.

Podstawy specyfikacji

1. Maksymalny czas nagrania to 79,8 minut^[8]
2. Minimalna długość ścieżki to 4 sekundy (razem z 2 sekundami przerwy)
3. Maksymalna liczba ścieżek to 99
4. Maksymalna liczba indeksowanych pozycji (fragmentów ścieżki) to 99 bez ograniczeń czasowych
5. Powinien być zawarty Międzynarodowy Standardowy Kod Nagrań (ISRC – International Standard Recording Code)

Szczegóły techniczne

Czerwona Księga określa parametry fizyczne i właściwości płyty kompaktowej, parametry „optycznej” igły, odchylenia i poziomy błędów, modulację danych EFM i metodę korekcji błędów (zmodyfikowane kodowanie korekcyjne Reeda-Solomona, CIRC) oraz 8 podkanałów dla cyfrowych danych.

Określa również format cyfrowych danych dźwiękowych:

• 2 kanały
• kwantyzer równomierny 16-bitowy ze znakiem
• próbkowanie z częstotliwością 44,1 kHz.

Powodem wybrania takiej, a nie innej częstotliwości próbkowania było to, że była ona ówcześnie stosowana do zapisu cyfrowych danych dźwiękowych na taśmach wideo^[9]. Na dźwiękowych płytach kompaktowych można zarejestrować częstotliwości do 22,05 kHz – częstotliwości Nyquista dla sygnału próbkowanego z częstotliwością 44,1 kHz. Przepływność audio wynosi 1 411,2 kbit/s (2 kanały × 44 100 próbek na sekundę na kanał × 16 bitów na próbkę = 1 411 200 bit/s = 1 411,2 kbit/s). Każda próbka jest zakodowana jako 16-bitowa liczba całkowita ze znakiem, co daje zakres od -32768 do +32767.

Na płycie, cyfrowe dane dźwiękowe są zorganizowane w klatkach po 2352 bajty, które są odczytywane z prędkością 75 klatek na sekundę. Faktyczna liczba danych jest jednak większa, gdyż zawiera zwielokrotnienie bitów przez modulację EFM, korekcję błędów (CIRC), podkanały i inne dane, które nie są zazwyczaj udostępniane podczas realizacji odczytu dźwięku. Na początku płyty znajduje się „spis treści” w którym, z rozdzielczością do jednego sektora, zawarta jest lista wszystkich ścieżek na płycie. Stąd wynika, że liczba próbek dźwięku na ścieżce jest wielokrotnością liczby 588.

Zobacz też

• odtwarzacz CD
• DVD-Audio
• SACD

Przypisy

1. Co to jest CIRC?. CDRinfo.pl. [dostęp 2022-09-14].
2. Z kraju i ze świata. „Radioelektronik”. 87, s. 1, sierpień 1986. Andrzej Sowiński (red. nacz.).
3. Meyer, E. Brad; Moran, David R: Audibility of a CD-Standard A/DA/A Loop Inserted into High-Resolution Audio Playback. aes.org. [dostęp 2016-04-21]. (ang.).
4. How the CD was developed. BBC News, 17 sierpnia 2007. [dostęp 2007-08-17]. (ang.). Jak opracowano CD.
5. Philips Historical Products – Philips Compact Disc. [dostęp 2016-05-03]. [zarchiwizowane z tego adresu (2016-04-25)]. Historyczne produkty Philips – płyta kompaktowa.
6. IEC 60908 ed 1.0 – wyszukiwarka IEC. [dostęp 2011-07-28].
7. IEC: IEC 60908 ed. 2.0 – preview. [dostęp 2011-07-28].
8. Clifford, Martin (1987). „The Complete Compact Disc Player.” Prentice Hall. s. 57. ISBN 0-13-159294-7.
9. Dlaczego 44,1kHz? Dlaczego nie 48kHz?. (ang.).

Bibliografia

• Piotr Metzger Anatomia PC Wydanie IX, Rok wydania: 2004, Wydawnictwo: Helion, ISBN 83-7361-507-5.