Il compact disc (CD) è un supporto di memorizzazione ottico che utilizza la tecnologia laser per leggere e scrivere dati digitali su un disco in policarbonato. Questo formato di supporto di memorizzazione è stato introdotto sul mercato nei primi anni ’80 ed è stato un successo immediato, sostituendo gradualmente i vecchi dischi in vinile.
Struttura fisica del CD
Un CD è realizzato in policarbonato spesso 1,2 millimetri e pesa dai 14 ai 33 grammi. La superficie del disco è resa riflettente grazie ad uno strato sottile di alluminio o, meno frequentemente, di oro, su cui viene depositato lo strato in policarbonato contenente i dati.
A: strato in policarbonato contenente i dati;
B: sottile strato riflettente;
C: sottile strato di lacca protettiva;
D: parte superiore del disco contenente la (eventuale) grafica;
E: raggio laser, che viene riflesso dal CD su un sensore (fotodiodo), che produce un segnale elettrico.
I dati sul CD sono rappresentati da minuscole rientranze, o fori (note come pits), distribuite in una traccia a spirale sulla superficie inferiore del disco. Ogni foro ha una profondità di circa 100 nanometri, una larghezza di 500 nanometri e una lunghezza che varia da 850 nanometri a 3,5 micrometri. La distanza tra le tracce (cioè fra le linee della spirale) è di 1,6 micrometri.
Durante la riproduzione di un CD audio, il disco viene fatto girare a una velocità tangenziale costante (nella zona in cui il laser punta la traccia audio, come vedremo nella parte successiva) di 1,2 – 1,4 metri al secondo, equivalente a circa 500 giri al minuto quando il laser punta la zona centrale del disco e 200 giri al minuto quando il laser punta il bordo esterno. La traccia inizia dal centro del disco e si sviluppa a spirale verso l’esterno. La zona dati del CD ha un’area di 86,05 cm² e la lunghezza della spirale è di 5,38 chilometri, il che significa che il tempo di riproduzione di un classico CD è di 74 minuti.
Funzionamento del CD
Un CD viene letto grazie a un laser a semiconduttore con lunghezza d’onda di 780 nanometri (vicino infrarosso) che viene puntato attraverso la superficie inferiore di policarbonato. La variazione di altezza tra i fori e le zone piatte (senza fori) sullo strato in policarbonato si traduce in una differenza nel modo in cui la luce laser viene riflessa dallo strato riflettente.
Più nel dettaglio, i fori causano una leggera diffrazione della luce e la variazione nell’intensità del segnale viene misurata da un fotodiodo. Tale variazione di intensità è proporzionale alla profondità e alla forma dei fori che insieme costituiscono l’informazione sulla traccia audio.
Il segnale elettrico
Il segnale elettrico generato dal fotodiodo è un segnale analogico, che deve essere decodificato e convertito in dati digitali. Per fare ciò, il segnale viene amplificato e inviato ad un convertitore analogico-digitale, che converte il segnale in una serie di numeri binari. Questi numeri binari possono poi essere utilizzati per riprodurre l’audio del CD musicale (o i dati digitali contenuti sul CD-ROM).
Conclusioni
In sintesi, il funzionamento dei CD si basa sull’utilizzo di un laser per la lettura della traccia costituita da minuscoli fori incisi sulla superficie del disco. Il fascio di luce del laser viene riflesso in modo diverso dai fori e il segnale misurato dal fotodiodo viene convertito in un segnale elettrico analogico. Questo segnale viene poi decodificato e convertito in dati digitali, che possono essere utilizzati per riprodurre l’audio contenuto sul CD.
Inoltre, grazie all’utilizzo di tecniche di correzione degli errori, i dati sul disco possono essere letti anche in presenza di piccoli graffi o sporco sulla superficie del disco.
Grazie alla sua alta fedeltà e alla sua robustezza, il CD ha rivoluzionato il modo in cui ascoltiamo la musica e ha dato il via alla diffusione di molte altre tecnologie di supporto di memorizzazione digitale, come il DVD e il Blu-ray.
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