Изготовление и тиражирование компакт-дисков

Основной способ изготовления дисков – прессование с матрицы. Оригинал формируется с исходной цифровой мастер-ленты, содержащей уже подготовленный и закодированный цифровой сигнал, специальным высокоточным станком на стеклянном диске, покрытом слоем фоторезиста – материала, изменяющего свою растворимость под воздействием лазерного луча. При обработке записанного оригинала растворителем на стекле возникает требуемый рельеф, который методом гальванопластики переносится на никелевый оригинал (негатив), который может служить матрицей при мелкосерийном производстве, либо основой для снятия позитивных копий, с которых, в свою очередь, снимаются негативы для массового тиражирования.

Штамповка выполняется методом литья под давлением: с негативной матрицы прессуется поликарбонатная подложка с рельефом, сверху напыляется отражающий слой, который покрывается лаком. Поверх защитного слоя обычно наносятся информационные надписи и изображения.

Диски с возможностью записи (CD-R, «болванки») изготавливаются таким же методом, но между основой и отражающим слоем располагается слой органического вещества, темнеющего при нагревании. В исходном состоянии слой прозрачен, при воздействии лазерного луча образуются непрозрачные участки, эквивалентные питам. Для облегчения слежения за дорожкой при записи на диске в процессе изготовления формируется предварительный рельеф (разметка), дорожка которого содержит метки кадров и сигналы синхронизации, записанные со сниженной амплитудой и впоследствии перекрываемые записываемым сигналом.

Записываемые диски за счет наличия органического фиксирующего слоя имеют более низкий коэффициент отражения, чем штампованные, отчего некоторые проигрыватели (Compact Disk Player - CDP), рассчитанные на стандартные алюминиевые диски и не имеющие запаса по надежности чтения, могут воспроизводить диски CD-R менее надежно, чем обычные.

Хотя запись на так называемый мастер-диск осу­ществляется с помощью лазера, этот способ не­пригоден для производства сотен или тысяч копий. Запись одного мастер-диска длится более полутора часов. Кроме того, в качестве основы для мастер-дисков используются материалы, ко­торые недостаточно прочны и надежны. Если надо напечатать небольшой тираж компакт-дисков, с оригинала (мастер-диска) методами хи­мического осаждения и последующей гальвано­пластики снимается металлическая копия (матри­ца). Ее уже можно использовать для печати копий (таким способом штампуются виниловые грампластинки). Но этим методом можно полу­чить лишь небольшое количество экземпляров, поскольку матрица постепенно изнашивается. Процесс массового производства дисков состоит их трех этапов:

· с мастер-диска вышеописанным способом снимается первичная матрица;

· с помощью этой первичной матрицы делают копию мастер-диска, на этот раз из достаточно прочного металла.

· эту копию мастер-диска можно многократ­но использовать для получения вторичных (рабочих) матриц.

При таком способе можно получить множество ра­бочих матриц с одной копии мастер-диска, причем его оригинал сохраняется практически в неприкос­новенности, а в технологическом процессе исполь­зуются относительно недорогие материалы. Те ком­пакт-диски, которые вы покупаете в магазине, от­штампованы на поликарбонатной основе, покрытой алюминием и защитным слоем пластика. Тонкое алюминиевое покрытие повторяет профиль поверх­ности основы, что позволяет по отражению лазер­ного луча от поверхности определить, есть ли на ней углубление или нет (см. далее). Описанная технология используется как при про­изводстве звуковых дисков, так и CD-ROM.

Считывание информации с диска происходит за счет регистрации изменений интенсивности отраженного от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Оно поступает на фотодат­чик, величина электрического сигнала с которо­го зависит от того, отразился ли луч от гладкой поверхности или был рассеян на неоднороднос­ти. Углубления (штрихи), нанесенные на ком­пакт-диск в процессе записи, и представляют из себя такие неоднородности. Более сильный сиг­нал с датчика соответствует ровной поверхности («плато»), более слабый – углублению. При прохождении луча вдоль дорожки записи (а точнее – движении дорожки записи под лучом, поскольку считывающее устройство перемеща­ются вдоль радиуса диска, а вращается сам диск) формируется последовательность импульс­ных электрических сигналов, преобразуемых затем специализированным процессором либо в форму двоичных данных, либо в звук.

Глубина каждого штриха на диске равна 0,12 мкм, ширина – 0,6 мкм. Они расположе­ны вдоль спиральной дорожки, расстояние между соседними витками которой составляет 1,6 мкм. Это означает, что плотность дорожек (а точнее - витков одной дорожки) достигает 16 000 TPI (Tracks Per'Inch – дорожек на дюйм, единица измерения плотности их распо­ложения). Длина штрихов и участков плато вдоль дорожки записи может изменяться в пре­делах от 0,9 до 3,3 мкм. Дорожка начинается на некотором расстоянии от центрального от­верстия диска и заканчивается примерно в 5 мм от его внешнего края (т.е. наоборот, по сравнению с грампластинками, дискетами и т.д.). Общая длина спирали составляет около 5 км.

Если на компакт-диске (звуковом или ин­формационном) надо отыскать место, где запи­саны определенные данные, то его координаты предварительно считываются из оглавления диска, после чего считывающее устройство пере­мещается к нужному витку спирали и ждет по­явления определенной последовательности битов.

Запись и воспроизведение данных с компакт-диска происходит с постоянной линейной ско­ростью перемещения дорожки относительно считывающего устройства. Это означает, что при считывании информации с внутренних вит­ков спирали диск должен вращаться быстрее, а с внешних – медленнее. Этот способ воспроиз­ведения достался накопителям на CD-ROM «в наследство» от звуковых проигрывателей, в ко­торых скорость считывания данных должна была быть строго постоянной. По этой же причине все компакт-диски разбиваются на блоке (секторы), частота следования которых при записи и воспроизведении составляет 75 секторав в секунду, а это означает, что при полном времени «звучания», равном 74 минутам, на диске располагается 333 000 блоков.

На дисках, записанных в формате CD-AD, в каждом блоке содержится 2352 байта данных. На CD-ROM 304 из них используются для синхронизации, идентификации и записи кодов коррекции ошибок (ECC – Error Correction Code), а оставшиеся 2048 байта представляют из себя полезную информацию. Поскольку за секунду считывается 75 блоков, то стандартна скорость передачи данных для дисководов CD-ROM составляет 153600 байт/с, что в точности равно 150 Кбайт/с. Нетрудно подсчитать, что при общем времени «звучания», равном 74 ми­нутам, максимальная емкость CD-ROM составит 650 Мбайт.

Компакт-диски с возможностью записи выпускаются в двух вариантах – на 74 и 63 минуты.