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Articulo de referencia

disco compacto

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El disco compacto ( CD ) es un formato de almacenamiento de datos en disco óptico digital desarrollado conjuntamente por Philips y Sony para almacenar y reproducir grabaciones de audio digital . Emplea el estándar Compact Disc Digital Audio (CD-DA) y es capaz de almacenar audio estéreo sin comprimir . Lanzado por primera vez en Japón en octubre de 1982, el CD fue el segundo formato de disco óptico en llegar al mercado, después del LaserDisc (LD), de mayor tamaño. Posteriormente, la tecnología se adaptó para el almacenamiento de datos informáticos como CD-ROM y, más tarde, se expandió a diversos formatos grabables y multimedia. A partir de 2007Se habían vendido más de 200 mil millones de CD (incluidos CD de audio, CD-ROM y CD-R ) en todo el mundo.

Los CD estándar tienen un diámetro de 120 mm (4,7 pulgadas) y normalmente contienen hasta 74 minutos de audio o aproximadamente  650 MiB ( 681.574.400 bytes) de datos. Esto se extendió posteriormente de forma regular a 80 minutos o 700 MiB ( 734.003.200 bytes) reduciendo el espacio entre las pistas de datos, con algunos discos que alcanzan extraoficialmente hasta 99 minutos o 870 MiB ( 912.261.120 bytes) , lo que queda fuera de las especificaciones establecidas. Las variantes más pequeñas, como el Mini CD , tienen un diámetro de entre 60 y 80 mm (2,4 a 3,1 pulgadas) y se han utilizado para sencillos en CD o para distribuir controladores de dispositivos y software.   

El CD alcanzó gran popularidad a finales de la década de 1980 y principios de la de 1990. En 1991, superó en ventas al disco de vinilo y al casete en Estados Unidos , convirtiéndose en el formato de audio físico dominante. En el año 2000, los CD representaban el 92,3 % de la cuota de mercado musical estadounidense. [ 2 ] El CD es considerado por muchos como el último formato dominante de la era del álbum , antes de que el auge del MP3 , las descargas digitales y las plataformas de streaming a mediados de la década de 2000 provocaran su declive. [ 3 ]

Más allá de la reproducción de audio, el disco compacto se adaptó para el almacenamiento de datos de propósito general bajo el formato CD-ROM , que inicialmente ofrecía más capacidad que las unidades de disco duro de las computadoras personales contemporáneas . Otros formatos derivados incluyen discos de escritura única ( CD-R ), soportes regrabables ( CD-RW ) y aplicaciones multimedia como Video CD (VCD), Super Video CD (SVCD), Photo CD , Picture CD , Compact Disc Interactive (CD-i), Enhanced Music CD y Super Audio CD (SACD), este último puede incluir una capa CD-DA estándar para compatibilidad con versiones anteriores .

Historia

El optófono , presentado por primera vez en 1913, fue un dispositivo primitivo que utilizaba luz tanto para grabar como para reproducir señales de sonido en una fotografía transparente . [ 4 ] Más de treinta años después, se le atribuye al inventor estadounidense James T. Russell la invención del primer sistema para grabar medios digitales en una placa fotosensible. La solicitud de patente de Russell se presentó en 1966 y se le concedió la patente en 1970. [ 5 ] Tras un litigio, Sony y Philips licenciaron las patentes de Russell para grabación en 1988. [ 6 ] [ 7 ] Es discutible si los conceptos, patentes y prototipos de Russell impulsaron y, en cierta medida, influyeron en el diseño del disco compacto. [ 8 ]

El disco compacto es una evolución de la tecnología LaserDisc , [ 9 ] donde se utiliza un haz láser enfocado que permite la alta densidad de información necesaria para señales de audio digital de alta calidad. A diferencia de la técnica anterior de Optophonie y James Russell, la información del disco se lee desde una capa reflectante utilizando un láser como fuente de luz a través de un sustrato protector. Philips y Sony desarrollaron prototipos de forma independiente a finales de la década de 1970. [ 10 ] Aunque inicialmente la dirección de Philips Research lo descartó como una tarea trivial, [ 11 ] el CD se convirtió en el principal objetivo de Philips a medida que el formato LaserDisc tenía dificultades. [ 12 ]

En 1979, Sony y Philips crearon un grupo de trabajo conjunto de ingenieros para diseñar un nuevo disco de audio digital. El grupo de expertos analizó cada detalle del sistema de CD propuesto y se reunió cada dos meses, alternando entre Eindhoven y Tokio, para debatir. En cada reunión, se discutieron los experimentos realizados y se seleccionó la mejor solución entre los prototipos desarrollados por Sony y Philips. Tras la experimentación, el grupo decidió adoptar el sistema de corrección de errores de Sony, CIRC. Immink , en pocos meses, desarrolló el código de grabación denominado modulación de ocho a catorce (EFM). EFM aumenta el tiempo de reproducción en más de un 30 % en comparación con el código utilizado en el prototipo de Philips, sin causar problemas de seguimiento. Sony y Philips decidieron incluir EFM en el estándar oficial de CD de Philips/Sony. [ 11 ] EFM y el código de corrección de errores de Sony, CIRC, son las únicas patentes esenciales estándar (SEP) del disco compacto.

Tras un año de experimentación y debate, el estándar CD-DA del Libro Rojo se publicó en 1980. Tras su lanzamiento comercial en 1982, los discos compactos y sus reproductores gozaron de una enorme popularidad. A pesar de costar hasta 1000 dólares, se vendieron más de 400 000 reproductores de CD en Estados Unidos entre 1983 y 1984. [ 13 ] En 1988, las ventas de CD en Estados Unidos superaron a las de los discos de vinilo, y en 1992, superaron a las de las cintas de casete con música pregrabada. [ 14 ] [ 15 ] El éxito del disco compacto se atribuye a la colaboración entre Philips y Sony, que acordaron y desarrollaron conjuntamente hardware compatible. El diseño unificado del disco compacto permitió a los consumidores adquirir cualquier disco o reproductor de cualquier marca y permitió que el CD dominara el mercado de la música doméstica sin competencia. [ 16 ]

prototipos de discos láser de audio digital

En 1974, Lou Ottens, director de la división de audio de Philips, creó un pequeño grupo para desarrollar un disco de audio óptico analógico con un diámetro de 20  cm (7,9  pulgadas) y una calidad de sonido superior a la del disco de vinilo. [ 17 ] Sin embargo, debido al rendimiento insatisfactorio del formato analógico, dos ingenieros de investigación de Philips recomendaron un formato digital en marzo de 1974. En 1977, Philips estableció un laboratorio con la misión de crear un disco de audio digital. El diámetro del prototipo de disco compacto de Philips se fijó en 11,5  cm (4,5  pulgadas), la diagonal de un casete de audio. [ 9 ] [ 18 ]

Heitaro Nakajima , quien desarrolló una de las primeras grabadoras de audio digital dentro de la organización nacional de radiodifusión pública de Japón, NHK , en 1970, se convirtió en gerente general del departamento de audio de Sony en 1971. En 1973, su equipo desarrolló un adaptador PCM digital que permitía realizar grabaciones de audio utilizando una grabadora de video Betamax . Posteriormente, en 1974, el salto al almacenamiento de audio digital en un disco óptico se realizó fácilmente. [ 19 ] Sony presentó públicamente por primera vez un disco de audio digital óptico en septiembre de 1976. Un año después, en septiembre de 1977, Sony mostró a la prensa un disco de 30  cm (12  pulgadas) que podía reproducir una hora de audio digital (  frecuencia de muestreo de 44.100 Hz y resolución de 16 bits) utilizando codificación de modulación de frecuencia modificada . [ 20 ]

En septiembre de 1978, Sony presentó un disco de audio digital óptico con un diámetro de 30  cm (12  pulgadas) con un tiempo de reproducción de 150 minutos,  una frecuencia de muestreo de 44.056 Hz, una resolución lineal de 16 bits y un código de corrección de errores de codificación Reed-Solomon entrelazada cruzada (CIRC), especificaciones similares a las que posteriormente se establecieron para el formato estándar de disco compacto en 1980. Los detalles técnicos del disco de audio digital de Sony se presentaron durante la 62.ª Convención de la AES , celebrada del 13 al 16 de marzo de 1979 en Bruselas . [ 21 ] El documento técnico de Sony para la AES se publicó el 1 de marzo de 1979. Una semana después, el 8 de marzo, Philips presentó públicamente un prototipo de un disco de audio digital óptico en una conferencia de prensa llamada "Philips presenta el disco compacto" [ 22 ] en Eindhoven , Países Bajos. [ 23 ] El ejecutivo de Sony, Norio Ohga , quien más tarde sería director ejecutivo y presidente de Sony, y Heitaro Nakajima estaban convencidos del potencial comercial del formato e impulsaron su desarrollo a pesar del escepticismo generalizado. [ 24 ]

Colaboración y estandarización

El inventor holandés y jefe de ingeniería de Philips, Kees Schouhamer Immink, formó parte del equipo que produjo el disco compacto estándar en 1980.

En 1979, Sony y Philips crearon un grupo de trabajo conjunto de ingenieros para diseñar un nuevo disco de audio digital. Liderada por los ingenieros Kees Schouhamer Immink y Toshitada Doi , la investigación impulsó la tecnología de discos ópticos y láser . [ 25 ] Tras un año de experimentación y debate, el grupo de trabajo elaboró ​​el estándar CD-DA del Libro Rojo . Publicado por primera vez en 1980, el estándar fue adoptado formalmente por la IEC como estándar internacional en 1987, y diversas enmiendas se incorporaron al estándar en 1996.

Philips acuñó el término disco compacto en consonancia con otro producto de audio, el casete compacto , [ 26 ] y contribuyó con el proceso general de fabricación , basado en la tecnología de vídeo LaserDisc. Philips también aportó la modulación de ocho a catorce (EFM), mientras que Sony contribuyó con el método de corrección de errores , CIRC, que ofrece resistencia a defectos como arañazos y huellas dactilares.

El libro «La historia del disco compacto» , [ 27 ] narrado por un antiguo miembro del grupo de trabajo, ofrece información de contexto sobre las numerosas decisiones técnicas tomadas, incluyendo la elección de la frecuencia de muestreo, el tiempo de reproducción y el diámetro del disco. El grupo de trabajo estaba compuesto por unas seis personas, [ 11 ] [ 28 ] aunque, según Philips, el disco compacto fue «inventado colectivamente por un gran grupo de personas que trabajaban en equipo». [ 29 ]

Lanzamiento inicial y adopción

Entre los primeros hitos en el lanzamiento y la adopción del formato se incluyen:

El primer artista en vender un millón de copias en CD fue Dire Straits , con su álbum de 1985 Brothers in Arms . [ 39 ] Uno de los primeros mercados de CD se dedicó a reeditar música popular cuyo potencial comercial ya estaba probado. El primer artista importante en tener todo su catálogo convertido a CD fue David Bowie , cuyos primeros catorce álbumes de estudio (hasta Scary Monsters (and Super Creeps) ) de (entonces) dieciséis fueron puestos a disposición por RCA Records en febrero de 1985, junto con cuatro álbumes de grandes éxitos; sus álbumes decimoquinto y decimosexto ( Let's Dance y Tonight , respectivamente) ya habían sido publicados en CD por EMI Records en 1983 y 1984, respectivamente. [ 40 ] El 26 de febrero de 1987, los primeros cuatro álbumes británicos de los Beatles fueron lanzados en mono en disco compacto. [ 41 ]

La creciente aceptación del CD en 1983 marcó el comienzo de la revolución del audio digital popular. [ 42 ] Fue recibido con entusiasmo, especialmente en las comunidades de música clásica y audiófilas que lo adoptaron tempranamente , y su calidad de manejo recibió elogios particulares. A medida que el precio de los reproductores disminuyó gradualmente, y con la introducción del Discman portátil, el CD comenzó a ganar popularidad en los mercados más grandes de música popular y rock. Con el aumento de las ventas de CD, las ventas de cintas de casete pregrabadas comenzaron a disminuir a finales de la década de 1980; las ventas de CD superaron a las de casete a principios de la década de 1990. [ 43 ] [ 44 ] En 1988, se fabricaron 400 millones de CD en 50 plantas de prensado en todo el mundo. [ 45 ]

Desarrollo posterior

Reproductor de CD portátil Sony Discman D-E307CK con DAC de 1 bit

Los primeros reproductores de CD empleaban convertidores digital-analógico (DAC) ponderados binariamente , que contenían componentes eléctricos individuales para cada bit del DAC. [ 46 ] Incluso utilizando componentes de alta precisión, este enfoque era propenso a errores de decodificación. [ 46 ] Otro problema era la fluctuación (jitter) , un defecto relacionado con el tiempo. Ante la inestabilidad de los DAC, los fabricantes recurrieron inicialmente a aumentar el número de bits en el DAC y a utilizar varios DAC por canal de audio, promediando sus salidas. [ 46 ] Esto aumentó el costo de los reproductores de CD, pero no resolvió el problema fundamental.

Un avance a finales de la década de 1980 culminó con el desarrollo del DAC de 1 bit , que convierte una señal de entrada digital de baja frecuencia y alta resolución en una señal de alta frecuencia y menor resolución que se asigna a voltajes y luego se suaviza con un filtro analógico. El uso temporal de una señal de menor resolución simplificó el diseño del circuito y mejoró la eficiencia, razón por la cual se convirtió en la técnica dominante en los reproductores de CD a partir de principios de la década de 1990. Philips utilizó una variación de esta técnica llamada modulación por densidad de pulsos (PDM), [ 47 ] mientras que Matsushita (ahora Panasonic ) optó por la modulación por ancho de pulsos (PWM), comercializándola como MASH, un acrónimo derivado de su topología patentada Multi-stAge noiSe-sHaping PWM. [ 46 ]

El CD se concibió inicialmente como el sucesor del disco de vinilo para reproducir música, más que como un medio de almacenamiento de datos. Sin embargo, los CD han evolucionado para abarcar otras aplicaciones. En 1983, tras su introducción, Immink y Joseph Braat presentaron los primeros experimentos con discos compactos borrables durante la 73.ª Convención de la AES . [ 48 ] En junio de 1985, se introdujo el CD-ROM (memoria de solo lectura) legible por ordenador y, en 1990, los discos CD-R grabables. [ a ] ​​Los CD grabables se convirtieron en una alternativa a la cinta para grabar y distribuir música y podían duplicarse sin degradación de la calidad del sonido.

Otros formatos de vídeo más recientes, como el DVD y el Blu-ray , utilizan la misma geometría física que el CD, y la mayoría de los reproductores de DVD y Blu-ray son compatibles con versiones anteriores de CD de audio.

Cima

Las ventas de CD en Estados Unidos alcanzaron su punto máximo en el año 2000. [ 49 ] A principios de la década de 2000, el reproductor de CD había reemplazado en gran medida al reproductor de casetes de audio como equipamiento estándar en los automóviles nuevos, siendo 2010 el último año modelo en que algún automóvil en Estados Unidos tuvo un reproductor de casetes instalado de fábrica. [ 50 ]

En la década de 2000 se comercializaron dos nuevos formatos, diseñados como sucesores del CD: el Super Audio CD (SACD) y el DVD-Audio . Sin embargo, ninguno de ellos se adoptó, en parte debido a la creciente popularidad de las descargas de música y a la aparente falta de mejoras audibles en la calidad del audio para la mayoría de los oídos humanos. [ 51 ] Esto, en efecto, prolongó la vida útil del CD en el mercado musical. [ 52 ]

Rechazar

Con la llegada y popularidad de la distribución de archivos por Internet en formatos de audio comprimidos con pérdida , como el MP3 , las ventas de CD comenzaron a disminuir en la década de 2000. Por ejemplo, entre 2000 y 2008, a pesar del crecimiento general de las ventas de música y un año atípico de aumento, las ventas de CD de las principales discográficas disminuyeron en general un 20 %. [ 53 ] A pesar de la rápida disminución de las ventas año tras año, la omnipresencia de la tecnología persistió durante un tiempo, y las empresas colocaron CD en farmacias, supermercados y tiendas de conveniencia de gasolineras para llegar a compradores con menos probabilidades de poder utilizar la distribución por Internet. [ 12 ]

En 2012, los CD y DVD representaron solo el 34% de las ventas de música en Estados Unidos. [ 54 ] Para 2015, solo el 24% de la música en Estados Unidos se compró en soportes físicos, dos tercios de los cuales consistían en CD; [ 55 ] sin embargo, en el mismo año en Japón, más del 80% de la música se compró en CD y otros formatos físicos. [ 56 ] En 2018, las ventas de CD en EE. UU. fueron de 52 millones de unidades, menos del 6% del volumen máximo de ventas en 2000. [ 49 ] En el Reino Unido,  se vendieron 32 millones de unidades, casi 100  millones menos que en 2008. [ 57 ] En 2018, Best Buy anunció planes para disminuir su enfoque en las ventas de CD, sin embargo, mientras continuaba vendiendo discos, cuyas ventas están creciendo durante el resurgimiento del vinilo . [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]

Durante la década de 2010, la creciente popularidad de los medios de estado sólido y los servicios de transmisión de música provocó que los fabricantes de automóviles eliminaran los reproductores de CD en favor de entradas auxiliares minijack , conexiones cableadas a dispositivos USB y conexiones inalámbricas Bluetooth . [ 61 ] Los fabricantes de automóviles consideraban que los reproductores de CD ocupaban un valioso espacio y aumentaban el peso, que podía reasignarse a características más populares, como pantallas táctiles grandes. [ 62 ] Para 2021, solo Lexus y General Motors seguían incluyendo reproductores de CD como equipamiento estándar en algunos vehículos. [ 62 ]

Estado actual

Los CD continuaron teniendo una fuerte presencia en algunos mercados, como Japón, donde se produjeron 132 millones de unidades en 2019. [ 63 ]

La disminución de las ventas de CD se ha ralentizado en los últimos años; en 2021, las ventas de CD aumentaron en EE. UU. por primera vez desde 2004, [ 64 ] y Axios atribuyó su aumento a "jóvenes que están descubriendo que les gustan las copias físicas de música en la era digital". [ 65 ] Esto ocurrió al mismo tiempo que tanto el vinilo como el casete alcanzaron niveles de ventas no vistos en 30 años. [ 66 ] La RIAA informó que los ingresos por CD cayeron en 2022, antes de aumentar nuevamente en 2023 y superaron a las descargas por primera vez en más de una década. [ 67 ]

En Estados Unidos, se vendieron 33,4 millones de álbumes en CD en el año 2022. [ 68 ] En Francia , en 2023, se vendieron 10,5 millones de CD, casi el doble que los vinilos, pero ambos representaron el 12% de los ingresos de la industria musical francesa. [ 69 ]

Premios y reconocimientos

Sony y Philips recibieron elogios de organizaciones profesionales por el desarrollo del disco compacto. Entre estos premios se incluyen:

  • Premio Grammy Técnico para Sony y Philips, 1998. [ 70 ]
  • Premio IEEE Milestone, 2009, otorgado exclusivamente a Philips con la siguiente mención: «El 8 de marzo de 1979, NV Philips' Gloeilampenfabrieken presentó a la prensa internacional un reproductor de CD de audio. La demostración mostró que, mediante la grabación y reproducción óptica digital, es posible reproducir señales de audio con una calidad estéreo excepcional. Esta investigación de Philips estableció el estándar técnico para los sistemas de grabación óptica digital». [ 71 ]

Detalles físicos

Diagrama de las capas de un CD
  1. La capa del disco de policarbonato tiene los datos codificados mediante protuberancias.
  2. Una capa brillante refleja el láser.
  3. Una capa de laca protege la capa brillante.
  4. El diseño está serigrafiado en la parte superior del disco.
  5. Un rayo láser se refleja en el CD y llega a un sensor, que lo convierte en datos electrónicos.

Un CD está hecho de plástico de policarbonato de 1,2 milímetros (0,047 pulgadas) de espesor y pesa entre 14 y 33 gramos. [ 72 ] Desde el centro hacia afuera, los componentes son: el orificio central del eje (15 mm), el área de primera transición (anillo de sujeción), el área de sujeción (anillo de apilamiento), el área de segunda transición (banda de espejo), el área de programa (datos) y el borde. El área de programa interior ocupa un radio de 25 a 58 mm.   

Se aplica una fina capa de aluminio o, más raramente, de oro a la superficie, lo que la hace reflectante . El metal se protege con una película de laca, normalmente aplicada mediante centrifugación directamente sobre la capa reflectante. La etiqueta se imprime sobre la capa de laca, generalmente mediante serigrafía o impresión offset .

Planos y surcos de un disco compacto bajo el microscopio

Los datos de CD se representan como pequeñas hendiduras conocidas como pozos , codificadas en una pista espiral moldeada en la parte superior de la capa de policarbonato . Las áreas entre los pozos se conocen como tierras . Cada pozo tiene aproximadamente 100 nm de profundidad por 500 nm de ancho, y varía de 850 nm a 3,5 μm de longitud. [ 73 ] La distancia entre los devanados (el paso ) es de 1,6 μm (medida de centro a centro, no entre los bordes). [ 74 ] [ 75 ] [ 76 ]     

Las cavidades individuales son visibles a escala micrométrica.

Al reproducir un CD de audio, un motor dentro del reproductor hace girar el disco a una velocidad de escaneo de 1,2–1,4  m/s ( velocidad lineal constante , VLC), equivalente a aproximadamente 500 RPM en el interior del disco y aproximadamente 200 RPM en el borde exterior. [ 77 ] La pista del CD comienza en el interior y se extiende en espiral hacia afuera, por lo que un disco reproducido de principio a fin disminuye su velocidad de rotación durante la reproducción.

Comparación de diversos soportes de almacenamiento óptico

El área del programa es de 86,05 cm²  y la longitud de la espiral grabable es de 86,05 cm² / 1,6 μm = 5,38 km. Con una velocidad de escaneo de 1,2 m/s, el tiempo de reproducción es de 74 minutos o 650 MiB de datos en un CD-ROM. Un disco con datos empaquetados ligeramente más densos es tolerado por la mayoría de los reproductores (aunque algunos antiguos fallan). Usando una velocidad lineal de 1,2 m/s y un paso de pista más estrecho de 1,5 μm aumenta el tiempo de reproducción a 80 minutos y la capacidad de datos a 700 MiB. Incluso son posibles pistas más densas, con discos semiestándar de 90 minutos/800 MiB que tienen 1,33 μm, y 99 minutos/870 MiB que tienen 1,26 μm, [ 78 ] pero la compatibilidad se ve afectada a medida que aumenta la densidad.           

Esta es una microfotografía de las cavidades en el borde interior de un CD-ROM; exposición de 2 segundos bajo luz fluorescente visible.
Los surcos en un CD tienen 500 nm de ancho, entre 830 nm y 3000 nm de largo y 150 nm de profundidad.

Un CD se lee enfocando un láser semiconductor  de 780 nm de longitud de onda ( infrarrojo cercano ) (los primeros reproductores usaban láseres de He - Ne [ 79 ] ) a través de la parte inferior de la capa de policarbonato. El cambio de altura entre los surcos y las superficies planas produce una diferencia en la forma en que se refleja la luz. Debido a que los surcos están hundidos en la capa superior del disco y se leen a través de la base transparente de policarbonato, los surcos forman protuberancias al leerse. [ 80 ] El láser incide sobre el disco, proyectando un círculo de luz más ancho que la pista espiral modulada que se refleja parcialmente en las superficies planas y parcialmente en la parte superior de cualquier protuberancia donde estén presentes. Cuando el láser pasa sobre un surco (protuberancia), su altura hace que la trayectoria de ida y vuelta de la luz reflejada desde su cima esté desfasada 1/2 longitud de onda con respecto a la luz reflejada desde la superficie plana que lo rodea. Esto se debe a que la altura de una protuberancia es aproximadamente 1/4 de la longitud de onda de la luz utilizada, por lo que la luz cae desfasada 1/4 de longitud de onda antes de la reflexión y desfasada otro 1/4 de longitud de onda después de la reflexión. Esto provoca una cancelación parcial de la reflexión del láser en la superficie. Al medir el cambio de intensidad reflejada con un fotodiodo , se obtiene una señal modulada del disco. [ 77 ]

Para adaptarse al patrón espiral de datos, el láser se coloca sobre un mecanismo móvil dentro de la bandeja del disco de cualquier reproductor de CD. Este mecanismo suele tener la forma de un carro que se mueve a lo largo de un riel. El carro puede ser accionado por un engranaje helicoidal o un motor lineal . Cuando se utiliza un engranaje helicoidal, un segundo motor lineal de menor recorrido, en forma de bobina e imán, realiza ajustes de posición precisos para seguir las excentricidades del disco a alta velocidad. Algunas unidades de CD (en particular las fabricadas por Philips durante las décadas de 1980 y principios de 1990) utilizan un brazo oscilante similar al de un gramófono.

Unidad de CD Philips CDM210

Los pozos y las tierras no representan directamente los 0 y 1 de los datos binarios . En su lugar, se utiliza una codificación invertida sin retorno a cero : un cambio de pozo a tierra o de tierra a pozo indica un 1, mientras que la ausencia de cambio indica una serie de 0. Debe haber al menos dos y no más de diez 0 entre cada 1, lo cual está definido por la longitud del pozo. Esto, a su vez, se decodifica invirtiendo la modulación de ocho a catorce utilizada en la masterización del disco, y luego invirtiendo la codificación Reed-Solomon entrelazada cruzada , revelando finalmente los datos brutos almacenados en el disco. Estas técnicas de codificación (definidas en el Libro Rojo ) fueron diseñadas originalmente para CD de audio digital , pero posteriormente se convirtieron en un estándar para casi todos los formatos de CD (como el CD-ROM ).

Integridad

Daños microscópicos en la capa reflectante de un CD a 200 aumentos.

Los CD son susceptibles a sufrir daños durante su manipulación y por la exposición ambiental. Las hendiduras están mucho más cerca del lado de la etiqueta del disco, lo que permite que los defectos y contaminantes del lado transparente se desenfoquen durante la reproducción. En consecuencia, los CD son más propensos a sufrir daños en el lado de la etiqueta. Los arañazos en el lado transparente se pueden reparar rellenándolos con un plástico refractivo similar o mediante un pulido cuidadoso. Los bordes de los CD a veces no están completamente sellados, lo que permite que gases y líquidos entren en el CD y corroan la capa reflectante de metal y/o interfieran con el enfoque del láser en las hendiduras, una condición conocida como deterioro del disco . [ 81 ] Se ha descubierto que el hongo Geotrichum candidum , en condiciones de calor y humedad elevados, consume el plástico de policarbonato y el aluminio presentes en los CD. [ 82 ] [ 83 ]

La integridad de los datos de los discos compactos se puede medir mediante el escaneo de errores de superficie , que puede medir las tasas de diferentes tipos de errores de datos, conocidos como C1 , C2 , CU y mediciones de errores extendidas (de grano más fino) conocidas como E11 , E12 , E21 , E22 , E31 y E32 , de las cuales tasas más altas indican una superficie de datos posiblemente dañada o sucia, baja calidad del soporte, soporte deteriorado y soporte grabable escrito por una grabadora de CD defectuosa .

El escaneo de errores puede predecir de forma fiable las pérdidas de datos causadas por el deterioro del medio. La compatibilidad con el escaneo de errores difiere entre los proveedores y los modelos de unidades de disco óptico , y el escaneo de errores extendido (conocido como "escaneo de errores avanzado" en Nero DiscSpeed ), que informa de los seis errores de tipo E mencionados anteriormente, solo ha estado disponible hasta ahora en las unidades ópticas Plextor y algunas BenQ , a fecha de 2020. [ 84 ] [ 85 ]

Formas y diámetros de los discos

Comparación de varios formatos de almacenamiento en disco que muestran las pistas (sin escala); el verde indica el inicio y el rojo el final. * Algunas grabadoras de CD-R(W) y DVD-R(W)/DVD+R(W) funcionan en modo ZCLV, CAA o CAV.

Los datos digitales en un CD comienzan en el interior, cerca del orificio central, y se extienden en espiral hacia el borde en una sola pista. Esta espiral permite la adaptación a discos de diferentes tamaños. Los CD estándar están disponibles en dos tamaños. El más común, con diferencia, tiene un diámetro de 120 milímetros (4,7 pulgadas) , una capacidad de audio de 74, 80, 90 o 99 minutos y una capacidad de datos de 650, 700, 800 u 870 MiB (737.280.000 bytes). Los discos tienen un grosor de 1,2 milímetros (0,047 pulgadas) y un orificio central de 15 milímetros (0,59 pulgadas) . El tamaño del orificio fue elegido por Joop Sinjou y se basó en una moneda holandesa de 10 céntimos: un dubbeltje . [ 86 ] Philips/Sony patentó las dimensiones físicas. [ 87 ]    

La historia oficial de Philips dice que la capacidad fue especificada por el ejecutivo de Sony Norio Ohga para poder contener la Novena Sinfonía de Beethoven completa en un disco. [ 88 ] Según el ingeniero jefe de Philips, Kees Immink , esto es un mito, [ 89 ] ya que el formato de código EFM aún no se había decidido en diciembre de 1979, cuando  se adoptó el tamaño de 120 mm. La adopción de EFM en junio de 1980 permitió un 30 por ciento más de tiempo de reproducción que habría resultado en 97 minutos para  un diámetro de 120 mm o 74 minutos para un disco tan pequeño como 100 milímetros (3,9 pulgadas) . En cambio, la densidad de información se redujo en un 30 por ciento para mantener el tiempo de reproducción en 74 minutos. [ 90 ] [ 91 ] El diámetro de 120 mm ha sido adoptado por formatos posteriores, incluidos Super Audio CD , DVD , HD DVD y Blu-ray Disc. Los discos de 80 milímetros (3,1 pulgadas) de diámetro (" Mini CDs ") pueden almacenar hasta 24 minutos de música o 210 MiB.    

SHM-CD

Logotipo utilizado para SHM-CDs

SHM-CD (abreviatura de Super High Material Compact Disc ) es una variante del disco compacto que sustituye la base de policarbonato por un material patentado. Este material fue creado durante una investigación conjunta entre Universal Music Japan y JVC para la fabricación de pantallas de cristal líquido de alta claridad .

Los SHM-CD son totalmente compatibles con todos los reproductores de CD, ya que la diferencia en la refracción de la luz no se detecta como un error. JVC afirma que la mayor fluidez y claridad del material utilizado para los SHM-CD se traduce en una mayor precisión de lectura y una mejor calidad de sonido. [ 92 ] Sin embargo, dado que el formato CD-Audio contiene corrección de errores inherente , no está claro si una reducción en los errores de lectura sería suficiente para producir una mejor calidad de sonido.

Formato lógico

CD de audio

El Sony CDP-101 de 1982 fue el primer reproductor de CD lanzado comercialmente para consumidores.
Philips CD100 de 1983, el primer reproductor de CD lanzado comercialmente en EE. UU. y Europa.

El formato lógico de un CD de audio (oficialmente Compact Disc Digital Audio o CD-DA) se describe en un documento producido en 1980 por los creadores conjuntos del formato, Sony y Philips. [ 93 ] El documento se conoce coloquialmente como el CD-DA del Libro Rojo por el color de su portada. El formato es una codificación PCM de dos canales y 16 bits con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz por canal. El sonido de cuatro canales iba a ser una opción permitida dentro del formato del Libro Rojo , pero nunca se ha implementado. El audio mono no tiene un estándar existente en un CD del Libro Rojo ; por lo tanto, el material fuente mono generalmente se presenta como dos canales idénticos en una pista estéreo estándar del Libro Rojo (es decir, mono reflejado ); un CD MP3 puede tener formatos de archivo de audio con sonido mono. 

CD-Text es una extensión de la especificación Red Book para CD de audio que permite almacenar información de texto adicional (por ejemplo, nombre del álbum, nombre de la canción, artista) en un CD de audio que cumpla con los estándares. Esta información se almacena en la zona de introducción del CD, donde hay aproximadamente cinco kilobytes de espacio disponible, o en los subcanales R a W del disco, que pueden almacenar alrededor de 31 megabytes.

El CD+G es un disco compacto de audio especial que contiene datos gráficos además de los datos de audio. Se puede reproducir en un reproductor de CD convencional, pero al reproducirlo en un reproductor CD+G especial, emite una señal gráfica (normalmente, el reproductor CD+G se conecta a un televisor o a un monitor de ordenador). Estos gráficos se utilizan casi exclusivamente para mostrar las letras de las canciones en la televisión, para que los cantantes de karaoke puedan cantar. El formato CD+G aprovecha los canales R a W. Estos seis bits almacenan la información gráfica.

El CD + Gráficos Extendidos (CD+EG, también conocido como CD+XG) es una variante mejorada del formato Disco Compacto + Gráficos (CD+G). Al igual que el CD+G, el CD+EG utiliza las funciones básicas de un CD-ROM para mostrar texto e información de vídeo, además de la música que se reproduce. Estos datos adicionales se almacenan en los subcanales RW. Se han publicado muy pocos discos CD+EG.

Super Audio CD

El Super Audio CD (SACD) es un formato de disco de audio óptico de solo lectura y alta resolución, diseñado para ofrecer una reproducción de audio digital de mayor fidelidad que el formato Red Book . Introducido en 1999, fue desarrollado por Sony y Philips, las mismas compañías que crearon el Red Book . El SACD compitió con el DVD-Audio , pero ninguno de los dos ha logrado reemplazar a los CD de audio. El estándar SACD se conoce como el estándar Scarlet Book .

Los títulos en formato SACD pueden publicarse como discos híbridos; estos discos contienen la pista de audio SACD, así como una capa de audio estándar de CD que se puede reproducir en reproductores de CD estándar, lo que los hace compatibles con versiones anteriores.

CD-MIDI

CD- MIDI es un formato utilizado para almacenar datos de interpretación musical, que al reproducirse son interpretados por instrumentos electrónicos que sintetizan el audio. Por lo tanto, a diferencia del CD-DA original del Libro Rojo , estas grabaciones no son grabaciones de audio muestreadas digitalmente. El formato CD-MIDI se define como una extensión del Libro Rojo original .

CD-ROM

Durante los primeros años de su existencia, el CD fue un soporte utilizado exclusivamente para audio. En 1988, Sony y Philips establecieron el estándar CD-ROM Yellow Book , que definía un medio de almacenamiento de datos óptico no volátil para ordenadores, con el mismo formato físico que los discos compactos de audio y legible por un ordenador con unidad de CD-ROM.

Video CD

El Video CD (VCD, View CD y Compact Disc) es un formato digital estándar para almacenar contenido de vídeo en un CD. Los VCD se pueden reproducir en reproductores de VCD específicos, la mayoría de los reproductores de DVD-Vídeo modernos , ordenadores personales y algunas consolas de videojuegos. El estándar VCD fue creado en 1993 por Sony, Philips, Matsushita y JVC , y se conoce como el estándar del Libro Blanco .

La calidad de imagen general pretende ser comparable a la del vídeo VHS . El vídeo VCD con baja compresión a veces puede tener una calidad inferior a la del vídeo VHS, pero el VCD presenta artefactos de bloques en lugar de ruido analógico y no se deteriora con cada uso. Se eligió una resolución de 352×240 (o SIF ) porque es la mitad de la resolución vertical y la mitad de la horizontal del vídeo NTSC. 352×288 es una resolución similar, equivalente a un cuarto de la resolución PAL/SECAM. Esto se aproxima a la resolución (general) de una cinta VHS analógica, que, aunque tiene el doble de líneas de exploración (verticales), tiene una resolución horizontal mucho menor.

Super Video CD

El Super Video CD (o SVCD) es un formato utilizado para almacenar contenido de vídeo en discos compactos estándar. El SVCD se concibió como sucesor del VCD y como alternativa al DVD-Video, situándose en un punto intermedio entre ambos en cuanto a capacidad técnica y calidad de imagen.

El formato SVCD tiene dos tercios de la resolución de un DVD y más de 2,7 veces la de un VCD. Un disco CD-R puede almacenar hasta 60 minutos de vídeo en formato SVCD de calidad estándar. Si bien la especificación no impone un límite específico para la duración del vídeo SVCD, es necesario reducir la tasa de bits del vídeo y, por lo tanto, la calidad, para reproducir vídeos muy largos. Generalmente, es difícil grabar más de 100 minutos de vídeo en un SVCD sin una pérdida significativa de calidad, y muchos reproductores no pueden reproducir vídeos con una tasa de bits instantánea inferior a 300 o 600 kilobits por segundo.

Foto CD

El Photo CD es un sistema diseñado por Kodak para digitalizar y almacenar fotos en un CD. Lanzado en 1992, estos discos fueron diseñados para almacenar casi 100 imágenes de alta calidad, copias escaneadas y diapositivas mediante una codificación especial patentada. Los Photo CD se definen en el Libro Beige y cumplen con las especificaciones CD-ROM XA y CD-i Bridge. Están diseñados para reproducirse en reproductores de CD-i, reproductores de Photo CD y cualquier computadora con el software adecuado (independientemente del sistema operativo ). Las imágenes también se pueden imprimir en papel fotográfico con una máquina Kodak especial. Este formato no debe confundirse con el Kodak Picture CD , que es un producto de consumo en formato CD-ROM.

CD-i

El Libro Verde de Philips especifica un estándar para discos compactos multimedia interactivos diseñados para reproductores CD-i (1993). Los discos CD-i pueden contener pistas de audio que se pueden reproducir en reproductores de CD convencionales , pero no son compatibles con la mayoría de las unidades y programas de CD-ROM . Posteriormente, se creó la especificación CD-i Ready para mejorar la compatibilidad con reproductores de CD de audio, y se añadió la especificación CD-i Bridge para crear discos compatibles con CD-i a los que se puede acceder mediante unidades de CD-ROM convencionales.

Listo para CD-i

Philips definió un formato similar al CD-i llamado CD-i Ready , que coloca el software y los datos del CD-i en el espacio previo a la pista 1. Se suponía que este formato sería más compatible con los reproductores de CD de audio más antiguos.

CD de música mejorado (CD+)

El formato Enhanced Music CD, también conocido como CD Extra o CD Plus, combina pistas de audio y de datos en un mismo disco, colocando las pistas de audio en una primera sesión y los datos en una segunda. Fue desarrollado por Philips y Sony, y se define en el Libro Azul .

Disco de vinilo

VinylDisc es un híbrido entre un CD de audio estándar y un disco de vinilo . La capa de vinilo en la cara de la etiqueta del disco puede almacenar aproximadamente tres minutos de música.

Fabricación, coste y precios

En 1995, los costos de los materiales eran de 30 centavos para la caja de la joya y de 10 a 15 centavos para el CD. El costo mayorista de los CD era de $0.75 a $1.15, mientras que el precio minorista típico de un CD de música pregrabada era de $16.98. [ 94 ] En promedio, la tienda recibía el 35 por ciento del precio minorista, la compañía discográfica el 27 por ciento, el artista el 16 por ciento, el fabricante el 13 por ciento y el distribuidor el 9 por ciento. [ 94 ] Cuando se introdujeron los cartuchos de 8 pistas , los casetes compactos y los CD, cada uno se comercializó a un precio más alto que el formato al que reemplazaron, aunque el costo de producir el soporte se redujo. Esto se hizo porque el valor percibido aumentó. Esto continuó desde los discos de vinilo hasta los CD, pero se rompió cuando Apple comercializó MP3 por $0.99 y álbumes por $9.99. Sin embargo, el costo incremental para producir un MP3 es insignificante. [ 95 ]

discos compactos grabables

CD grabable

CD-R de 700 MiB junto a un portaminas para comparar el tamaño. 

Los discos compactos grabables ( CD-R ) se fabrican mediante moldeo por inyección con una espiral de datos en blanco. Posteriormente, se aplica un tinte fotosensible, tras lo cual los discos se metalizan y se recubren con laca. El láser de escritura de la grabadora de CD cambia el color del tinte para que el láser de lectura de un reproductor de CD estándar pueda leer los datos, al igual que con un disco estándar grabado. Los discos resultantes pueden ser leídos por la mayoría de las unidades de CD-ROM y reproducidos en la mayoría de los reproductores de CD de audio. Los CD-R cumplen con el estándar Orange Book .

Las grabaciones en CD-R están diseñadas para ser permanentes. Con el tiempo, las características físicas del tinte pueden cambiar, causando errores de lectura y pérdida de datos hasta que el dispositivo de lectura no pueda recuperarse con métodos de corrección de errores. Los errores se pueden predecir mediante el escaneo de errores de superficie . La vida útil de diseño es de 20 a 100 años, dependiendo de la calidad de los discos, la calidad de la unidad de escritura y las condiciones de almacenamiento. [ 96 ] Las pruebas han demostrado dicha degradación de algunos discos en tan solo 18 meses en condiciones normales de almacenamiento. [ 97 ] [ 98 ] Esta falla se conoce como corrosión del disco , para la cual existen varias razones, principalmente ambientales. [ 99 ]

El CD de audio grabable está diseñado para usarse en una grabadora de CD de audio doméstica. Estas grabadoras utilizan SCMS ( Sistema de Gestión de Copias en Serie ), una forma temprana de gestión de derechos digitales (DRM), para cumplir con la AHRA ( Ley de Grabación de Audio Doméstica ). El CD de audio grabable suele ser algo más caro que el CD-R debido a su menor volumen de producción y a una regalía del 3 % de la AHRA que se utiliza para compensar a la industria musical por la creación de una copia. [ 100 ]

El CD grabable de alta capacidad es un formato de grabación de mayor densidad que puede almacenar un 20 % más de datos que los discos convencionales. [ 101 ] La mayor capacidad es incompatible con algunas grabadoras y software de grabación. [ 102 ]

CD regrabable

El CD-RW es un soporte regrabable que utiliza una aleación metálica en lugar de un tinte. El láser de escritura se utiliza para calentar y modificar las propiedades (amorfas o cristalinas) de la aleación, cambiando así su reflectividad. Un CD-RW no presenta una diferencia de reflectividad tan grande como un CD prensado o un CD-R, por lo que muchos reproductores de CD antiguos no pueden leer discos CD-RW, aunque la mayoría de los reproductores de CD más recientes y los reproductores de DVD independientes sí pueden. Los CD-RW cumplen con el estándar Orange Book .

El CD de audio regrabable está diseñado para usarse en una grabadora de CD de audio doméstica, que no acepta (sin modificaciones) discos CD-RW estándar. Estas grabadoras de CD de audio domésticas utilizan el Sistema de Gestión de Copias en Serie (SCMS), una forma temprana de gestión de derechos digitales (DRM), para cumplir con la Ley de Grabación de Audio Doméstica (AHRA) de los Estados Unidos. El CD de audio regrabable suele ser algo más caro que el CD-R debido a (a) un menor volumen de producción y (b) una regalía del 3 % de la AHRA que se utiliza para compensar a la industria musical por la creación de una copia. [ 100 ]

Protección contra copias

La especificación de audio del Libro Rojo , salvo una simple declaración anticopia en el subcódigo, no incluye ningún mecanismo de protección contra copia . Conocido al menos desde 2001, [ 103 ] las compañías discográficas intentaron comercializar discos compactos no estándar protegidos contra copia , que no se pueden extraer ni copiar a discos duros ni convertir fácilmente a otros formatos (como FLAC , MP3 o Vorbis ). Una desventaja importante de estos discos protegidos contra copia es que la mayoría no se reproducen ni en unidades de CD-ROM de ordenador ni en algunos reproductores de CD independientes que utilizan mecanismos de CD-ROM. Philips ha declarado que dichos discos no pueden llevar el logotipo de marca registrada Compact Disc Digital Audio porque infringen las especificaciones del Libro Rojo . Numerosos sistemas de protección contra copia se han contrarrestado con software fácilmente disponible, a menudo gratuito, o incluso simplemente desactivando la reproducción automática para evitar la ejecución del programa ejecutable DRM .

Véase también

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Lecturas adicionales

  • Ecma International . Norma ECMA-130: Intercambio de datos en discos ópticos de datos de 120 mm de solo lectura  (CD-ROM) , 2.ª edición (junio de 1996).
  • Pohlmann, Kenneth C. (1992). Manual del disco compacto . Middleton, Wisconsin: AR Editions. ISBN 0-89579-300-8.
  • Peek, Hans et al. (2009) Orígenes y sucesores del disco compacto . Springer Science+Business Media BV ISBN 978-1-4020-9552-8.
  • Peek, Hans B., El surgimiento del disco compacto , IEEE Communications Magazine, enero de 2010, págs.  10-17.
  • Nakajima, Heitaro ; Ogawa, Hiroshi (1992) Tecnología del disco compacto , Tokio, Ohmsha Ltd. ISBN 4-274-03347-3.
  • Barry, Robert (2020). Compact Disc (Object Lessons) . Nueva York: Bloomsbury. ISBN 978-1-5013-4851-8.

Notas

  1. ↑ El primer CD-R del mundo fue fabricado por la empresa japonesa Taiyo Yuden Co., Ltd. en 1988 como parte del esfuerzo de desarrollo conjunto de Philips y Sony.
  • Vídeo: Cómo se fabrican los discos compactos
  • Preguntas frecuentes sobre CD grabables: Información básica exhaustiva sobre CD grabables.
  • Historia de Sony, Capítulo 8, ¡Este es el reemplazo del disco Gramophone  ! (第8章 レコードに代わるものはこれだ)  – Sitio web de Sony en japonés
  • Historia popularizada en Soundfountain
  • Historia de los medios de comunicación: el disco compacto (entrevista en podcast de 1 hora)
  • Sorin, Stan (2009), "Estándares y formatos de discos compactos", Orígenes y sucesores del disco compacto , Philips Research, vol.  11, Philips Research , pp. 137–176 , doi : 10.1007/978-1-4020-9553-5_4 , ISBN  978-1-4020-9552-8
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