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Compact disc e suono digitale

Introduzione

Il compact disc (CD) e il relativo giradischi CD o compact disc player o lettore CD rappresentano il primo mezzo digitale di diffusione della musica e il relativo componente hi-fi preposto alla lettura. Quindi nell'ambito dell'alta fedeltà un lettore CD è un dispositivo elettronico in grado di leggere un Compact Disc. Il Compact Disc è utilizzato anche come supporto per l'informatica, nella distribuzione del software e nel salvataggio dei dati. Si tratta di un supporto ottico atto alla memorizzazione di informazioni in formato digitale.

Attualmente (nel 2014) questo supporto ha già da tempo imboccato la strada dell'estinzione in favore delle chiavette USB e dei dischi USB esterni che come supporto di memoria e per la musica "liquida" si prestano maggiormente avendo una capienza superiore rispetto al CD di decine e centinaia di volte. Di questi tempi anche lo smartphone più scarso ha una capacità di memorizzazione di gran lunga superiore a quella di un CD. In un disco USB esterno da 1TB (e ci sono fino a 3) ci stanno più di 1000 CD in formato non compresso.

Il compact Disc audio (supporto)

Si tratta di un supporto in policarbonato con un lato metallizzato messo in commercio all'inizio degli anni '80.
E' il frutto della collaborazione fra Philips e Dupont (ditta che si è ritirata nelle fasi iniziali dello sviluppo di detto supporto) e poi Philips e Sony.
Si tratta di un disco non troppo dissimile da quelli in vinile, le informazioni sono disposte lungo una spirale che parte dalla parte interna per arrivare alla periferia del disco (i dischi in vinile partono dalla periferia).
Questo per rendere più facile la lettura di formati diversi di CD (più piccoli dello standard) che hanno il punto di partenza nello stesso esatto posto.
La larghezza di una traccia è di circa 0,6 micron. La velocità del disco è variabile in modo da mantenere costante la velocità relativa della testina di lettura rispetto al disco.
In pratica durante la lettura della parte interna il disco gira più velocemente mentre rallenta quando viene letta la periferia. La lettura avviene tramite un laser focalizzato da una lente sulla traccia.
Il dato è codificato in 16 bit stereo con un campionamento di 44,1Khz.
Quindi il flusso di dati è (16/8)x2x44100 byte/sec.
In pratica ogni dato è composto da 2 byte moltiplicato per il numero dei canali (2 per lo stereo) moltiplicato per il numero dei campioni al secondo.
Quindi 176.400 byte/secondo. Si tratta di un flusso di dati a velocità abbastanza bassa se rapportato ai moderni lettori di CD-ROM (Dati) che non di rado vanno a velocità di 40 volte superiori ma che all'epoca rappresentava un traguardo di non poco conto. Quando si valuta questa tecnologia occorre tenere conto che è nata in un periodo in cui l'informatica e l'elettronica stavano facendo passi da gigante, ma la prima era ancora agli albori della diffusione di massa.

Compact Disc Rescrivibile, l'ultimo nato della famiglia dei CD. Compact Disc Rescrivibile, l'ultimo nato della famiglia dei CD.

In alto a titolo di esempio la fotografia di un compact disc TDK del tipo rescrivibile con le dimensioni riportate sullo stesso. Il compact disc rescrivibile è un supporto nato per l'informatica ma letto ormai da tutti i lettori, anche quelli audio.

Principali Differenze fra Compact Disc e Disco in Vinile
Caratteristica
Compact Disc
Disco in Vinile
Supporto
Policarbonato con una faccia metallizzata protetta in genere da un rivestimento plastico
Vinile (cloruro di polivinile)
Tipo di Dato
Digitale (2 tracce, 16bit, 44.100 campioni/secondo)
Analogico (2 tracce sui bordi del solco)
Lettura
Ottica (laser)
Meccanica (stilo o puntina in diamante)
Tipo di supporto
Disco standard diametro da 120mm, mini-CD 80mm
Disco vari formati e velocità di rotazione
Distribuzione del dato sul supporto
Spirale con inizio dal centro verso la periferia
Spirale con inizio dalla periferia verso il centro
Velocità del supporto
Velocità della testina rispetto al disco costante. Questo implica una differente velocità di rotazione del disco in funzione della posizione della testina.
Velocità angolare costante
Correzione automatica errori
Si se possibile (dati di parità fruibili e supporto non troppo danneggiato)
No
Regolazione Velocità di rotazione
Regolata dal supporto/Quarzo
Regolata dal giradischi (taratura in qualche caso manuale con lo stroboscopio)
Ingerenza delle vibrazioni esterne
Salto di traccia nei primi, quasi nulla attualmente con l'implementazioni di buffer di memoria
Possibile feedback con i diffusori
Durata del supporto
In funzione delle specifiche costruttive (durata fisica del supporto in quanto non vi è usura meccanica)
In funzione del numero di letture, del tipo di stelo e di giradischi. Lo stelo opera una usura di tipo meccanico strisciando sul disco.
Rumori introdotti dal supporto/sistema di lettura
Nessuno
Polvere, elettricità statica, rugosità del vinile

Vita utile di un Compact Disc

Questo tipo di supporto non essendo soggetto ad usura meccanica ha un tempo di vita utile che va da qualche anno ad un secolo e più se tenuto con cura. I primi compact disc erano di scarsa qualità ed ora a distanza di 30 e più anni sono rari quelli che funzionano ancora bene. Per avere una idea dello stato del supporto basta collocarlo davanti ad una fonte di luce e guardarlo in trasparenza per vedere se ci sono delle zone in cui la luce filtra con più facilità. I supporti attualmente in vendita se di marca hanno una durata veramente notevole.

Il lettore CD. Principali Elementi costitutivi

A destra per sommi capi è raffigurato lo schema logico su cui funziona un comune lettore di compact disc.
La parte analogica di tutta la catena di trattazione del suono è limitata al filtraggio e alla preamplificazione che rappresentano l'ultimo stadio di tutta la catena.
In questo schema è stato omesso il microprocessore che sovraintende a tutte le operazioni come ad esempio il posizionamento della testina, la ricerca delle tracce, l'interfaccia utente e dove è presente la gestione del telecomando.
Nei migliori CD Player la logica di controllo e tutto quello che non è essenziale in genere viene evitato, con lo scopo di preservare il suono da rumori indesiderati.

Schema a blocchi che descrive il funzionamento di un lettore di compact disc
Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 con coperchio aperto Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 con coperchio aperto Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 con coperchio aperto

Nelle foto sopra è ritratto un compact disc player privato del coperchio superiore per metter in mostra l'elettronica e la meccanica interna.
Nella foto a destra sono evidenziate le sezioni più facilmente identificabili.
Come potete vedere l'elettronica ha una certa complessità, superata nei modelli più recenti dalla progressiva nascita di integrati dedicati e ad alta integrazione per tutte le funzioni più comuni.
E' stato in questo modo possibile costruire delle versioni portatili dei compact disc player grandi quanto il dischetto stesso (o poco più). Progressivamente l'evoluzione dei lettori ha portato anche ad un peggioramento del prodotto medio.
I primi lettori erano fatti per conquistare il mercato quindi dovevano funzionare bene e non dare problemi, quindi i costruttori non lesinavano sulla qualità dei materiali.
Con il passare del tempo una volta raggiunto l'obbiettivo di conquistare il mercato, si sono affermate due diverse filosofie nella costruzione degli stessi: da una parte il mercato consumer, quindi prodotti fatti per costare poco con tutti i compromessi del caso, dall'altra macchine destinate ad abbienti audiofili dal costo quasi proibitivo.

Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 con coperchio aperto Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 con coperchio aperto Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 con coperchio aperto

Nelle foto sopra è ritratto un compact disc player della Hitachi, il DA-501 (1985-1986) come esempio di riproduttore di fascia media. Tenendo conto che il primo CD commercializzato, il CD-100 delle Philips è stato messo in commercio nel 1983, si può affermare che questo modello appartiene al primo periodo di commercializzazione dei CD Player. Come vedete l'elettronica è abbastanza complessa, anche tenendo conto del telecomando e dell'amplificatore per cuffia presente all'interno. La meccanica di tutti i CD è di costruzione Philips ed è abbastanza semplice. La costruzione dal punto di vista della qualità non è delle migliori ma neanche delle peggiori. Si tratta tutto sommato di una buona macchina.

Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 con coperchio aperto Giradischi CD - Compact disc player hitachi da-501 particolare del display

Il lettore CD del computer

Si tratta di lettori di CD destinati a contenere dei dati e dei programmi atti a essere letti da un computer. In qualche caso, specie nelle prime serie era presente all'interno del lettore anche tutta la parte di conversione D/A, la parte filtro e preamplificatore di BF. Come si vede nell'esempio sotto vi è anche l'uscita per la cuffia e la regolazione del volume della stessa sulla parte anteriore del lettore. Sovente la meccanica utilizzata in questi lettori era la stessa di alcuni lettori audio commerciali.

Lettore di CD per computer
Lettore di CD per computer
Immagini di un CDROM
Meccanica di un CDROM Particolare della testina di lettura di un CDROM con la lente che focalizza il laser sulla traccia da leggere
Apertura di un lettore di CD rom Lente e motore giradischi di un lettore di cd Rom

Modifiche per migliorare le caratteristiche del compact disc player

Per migliorare le caratteristiche di un riproduttore CD si possono percorrere diverse strade, a prescindere dal modello. Fermo restando che migliore è la qualità del riproduttore sottoposto alla cura migliore sarà il risultato finale. Per alcune modifiche occorre spazio libero all'interno del cabinet del riproduttore. Voi vi chiederete perché non nascono già con le modifiche belle e fatte, la risposta potrebbe essere perché le soluzioni migliorative costano in genere care e farebbero salire troppo il costo di dette macchine. Poi in realtà molte delle modifiche elencate di seguito sono state anche implementate in riproduttori CD di fascia alta, quindi prima di decidere di fare dello modifiche documentatevi sulla macchina che intendete modificare.

Scopo delle Modifiche alla parte digitale: Questo tipo di modifiche migliorano la precisione della temporizzazione utilizzata per la conversione. Oltre a questo tipo di intervento è possibile intervenire anche sulla logica di controllo del movimento della testina e della focalizzazione della stessa sulla superficie del disco.

Modifiche alla parte digitale:

  • Montare un generatore di clock migliore di quello installato con una maggior precisione e con delle onde quadre prodotte esenti da disturbi e con fronti di commutazione netti. Esistono diversi kit per i vari CD Player.
  • Usare un convertitore D/A esterno di qualità migliore collegato con un cavo a fibra ottica (qualora il riproduttore di CD sia provvisto di tale uscita) il più corto possibile.

Modifiche alla parte analogica: questa tipologia di intervento è quella in cui il maggior numero di preparatori si è sbizzarrito e ci sono molteplici possibilità.

  • Cambiare i circuiti integrati operazionali con integrati analoghi ma di caratteristiche migliori.
  • Sostituire gli operazionali della parte analogica (amplificazione, filtri) con una scheda con componenti discreti.
  • Mettere dopo gli integrati operazionali della parte analogica (amplificazione, filtri) una sezione di bufferaggio a valvole termoioniche.
  • Rimpiazzare la parte analogica con una nuova a valvole termoioniche.

Modifiche che migliorano l'alimentazione:

  • Cambiare il trasformatore con uno toroidale.
  • Cambiare i condensatori di stabilizzazione con altri aventi caratteristiche migliori.
  • Modificare il circuito per ridurre i disturbi di alimentazione dovuti al ripple e ai disturbi di commutazione dei diodi rettificatori.
  • Spostare l'alimentatore fuori dal mobile (in un mobile a parte per evitare disturbi di natura elettromagnetica dovuti al trasformatore).
  • Modificare l'alimentazione per alimentare il tutto a batteria.

Uso di piattelli stabilizzatori da porre sopra il compact disc durante la riproduzione: si tratta di piattelli di vari materiali atti ad aumentare l'inerzia del compact disc e, quindi, stabilizzarne il moto rotatorio. Ce ne sono in commercio di vari materiali. Lo spessore deve essere compatibile con la meccanica del riproduttore per non interferire con il caricamento del disco.

Modifiche per il cabinet del riproduttore di CD: si tratta di modifiche che evitano vibrazioni del cabinet del CD Player che potrebbero propagarsi alla testina di lettura provocando degli errori di lettura. Può avere senso se si ascolta musica ad alto volume e il CD Player è in prossimità delle casse. Nel lettori moderni il problema è meno sentito perché hanno un buffer di memoria che permette di stoccare i dati letti dalla testina e nel caso di un errori di rileggere i dati utilizzando nel contempo quello immagazzinati nel buffer (in pratica la testina legge sempre dei dati molto successivi a quelli impiegati nella riproduzione in modo da avere il tempo in caso di errore di rileggere la traccia senza interrompere la riproduzione).

  • Piedini di disaccoppiamento con il piano di appoggio.
  • Appesantimento del cabinet.

Modifiche che migliorano il CD (supporto): tralasciamo la pulitura che è una parte essenziale della manutenzione del supporto, questo tipo di modifiche puntano ad evitare riflessioni del raggio laser sul bordo esterno del disco.
In altre parole il disco si comporta come una guida d'onda, il raggio laser si propaga in essa e viene riflesso dal bordo esterno verso la testina di lettura del CD Player. Questo peggiora la lettura in quanto peggiora il rapporto fra segnale e rumore che giunge alla testina di lettura e provoca più sovente l'intervento del sistema di correzione dell'errore presente nel CD Player. Quanto siano efficaci queste tecniche non ci è dato sapere. Dal punto di vista teorico hanno una giustificazione. Abbiamo provato ma non siamo sicuri del risultato.

  • Smussare il bordo esterno del CD. Vi sono in commercio delle frese al carburo di tungsteno che servono per smussare il bordo esterno del CD per evitare riflessioni del raggio laser.
  • Colorare il bordo esterno del CD. Il risultato ricercato è lo stesso dello smussare il bordo esterno del CD. Per evitare la riflessione in questo caso si lavora sull'assorbimento del raggio laser da parte della vernice adoperata per colorare il bordo. La vernice più utilizzata è nera, ma anche verde. Questa tecnica a volte è unita alla precedente.
Riflessione del raggio laser sul compact disc

Leggende Metropolitane ??

Siamo in una società in cui ognuno cerca di vendere il proprio prodotto, una mera questione di sopravvivenza. In questa ottica bisogna sempre pesare attentamente quello che ci viene detto e capire se quello che cercano di venderci serve a noi o a chi lo vende. In questa sezione abbiamo messo quelle modifiche che a nostro avviso non hanno nessun fondamento scientifico e se ce l'hanno non ci è noto quindi da prendere con il beneficio del dubbio magari facendo prove di persona.

Led a luce verde puntati sul pozzetto del compact disc player (dove viene caricato e fatto girare il compact disc): Penso che il miglior beneficio di tutto ciò sia di rendere più bello il riproduttore, con la luce verde che trafila all'esterno e illumina quando si apre il vano di caricamento. E' anche una modifica che costa poco. Tanto vale farla. Il costruttore Krell (Krell Industries Inc) pare che l' abbia implementata allo scopo di migliorare la lettura del compact disk e ridurre gli errori di lettura, unitamente alla schermatura del tutto dalla luce esterna.

Surgelamento del CD: una pratica che ha avuto un certo seguito fra gli audiofili consiste nel mettere il Compact Disc nel freezer per tutta la notte. Una volta sola. Poi estrarlo, farlo ritornare a temperatura ambiente. Questa operazione a detta di alcuni modifica la struttura atomica del policarbonato di cui è composto il compact disc favorendo la lettura dello stesso da parte del CD player. Francamente non abbiamo mai provato.

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