033_CDHerste

Info: Herstellung einer CD
ad 1. Herstellung einer CD (1)
Analoge Schwingungen werten digitalisiert. Ein Abtastimpuls dauert 1/44.100 Sekunde.
Man macht sich dabei zunutze, dass ein Ton von 20.000 Hz auch dann noch unverfälscht wahr
genommen wird, wenn zwei Messwerte für ihn vorliegen.
ad 2. Herstellung einer CD (2)
Die Signalspannung wird mit einer konstanten Rampenspannung abgetastet.
Dabei werden um so mehr Takte während der 1/44.100 s gezählt, je höher die Signalspannung
ist.
ad 3. Herstellung einer CD (3)
Im A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler) werden die so gezählten Takte über Flip-Flops in ein
digitales Signal umgewandelt.
ad 4. Herstellung einer CD (4)
Dargestellt ist ein 3-Bit-D/A-Wandler, der dreistellige Binärzahlen in Spannungssignale
umwandelt.
Im CD- bzw. DVD-Player ist in der Regel ein 16-Bit-Wandler eingebaut, der natürlich mit
Transistoren statt der dargestellten Schaltung arbeitet.
Das Eingangssignal ist rechts angelegt und liefert je nach Zustand – 1 entspricht 12 V, 0
entspricht 0 V – eine entsprechende Spannung an die 2 R-Widerstände.
Die dargestellte Schaltung lässt sich mit 1 k-Widerständen und den üblichen Wechselschaltern
aufbauen. Geht man die Schalterstellungen durch, die den Binärzahlen 000 bis 111 entsprechen,
also den Dezimalzahlen 0 bis 7, erhält man am Analogausgang Spannungswerte von 0 bis 7 V.
ad 5. Herstellung einer CD (5)
Auf einer dünnen, kreisförmigen Scheibe läuft eine von oben eingepresste, verspiegelte Spur aus
„Stegen“ und 0,00011 mm tiefen „Pits“ in etwa 20000 Umrundungen spiralförmig von innen
nach außen. Die Spur ist nur 0,0005 mm breit! Trotzdem sind in ihr alle Zahlen verborgen, die
bei der A/D-Wandlung der Musikaufnahme entstanden sind. Das Pitmuster wird bei der
Wiedergabe von unten durch einen Laserstrahl abgetastet.
Eine weitere Folie zu diesem Thema findet sich in der Datei ‚Info – CD und DVD’.
ad 6. Herstellung einer CD (6)
Der Abtastvorgang beruht auf der Tatsache, dass Pits (schwächer) und Stege (stärker) das
Laserlicht unterschiedlich gut reflektieren.
Diese Helligkeitsschwankungen werden in Spannungsschwankungen umgewandelt.
Ein Staubkorn erweist sich bei diesem Abtastvorgang als so relativ klein, dass es den
Abtastvorgang in keiner Weise stört.
ad 7. Herstellung einer CD (7)
Würde man die Stege als ‚1’ interpretieren, bestünde durch Verschmutzung die Gefahr, dass das
Abtastsystem nur noch Pits, d.h. ‚0’ sähe.
Man liest daher die Übergängen zwischen Pits und Stegen (in beiden Richtungen) als ‚1’.
Da zu viele nebeneinander liegende ‚0’ bzw. ‚1’ ebenfalls ein Problem darstellen, werden die
Informationen ‚übersetzt’.
16-Bit-Zahlen werden in 8-Bit-Wörter übersetzt und diese dann – um den immer noch
vorhandenen obigen Effekt zu minimieren - nochmals in 14-Bit-Fremdwörter übertragen.
Die Fremdwörter sind in einem speziellen ‚Wörterbuch’ im CD- bzw. DVD-Player gespeichert.
Das auf der CD bzw. DVD erkennbare Muster ist kein direktes Abbild der 16-Bit-Zahlen mehr.
ad 8. Herstellung einer CD (8)
In einer Informationseinheit werden zwölf solcher Fremdwörter, hergeleitet aus sechs 16-BitZahlen, zusammen gefasst. Hinzu kommen Kontrollwörter.
Außerdem wird jede Informationseinheit mit einem immer gleich aussehenden 24-BitSynchronsierunsimpuls begonnen.
Die angegebene Zeit von 1/7350 s ergibt sich, wenn man bedenkt, dass während der Impulsdauer
von 1/44.100 s jeweils eine 16-Bit-Zahl ermittelt wird. Sechs solcher Umwandlungen beim
Schreiben benötigen daher die sechsfache Zeit, also 1/7350 s.
Beim Lesen einer Informationseinheit müssen die sechs 16-Bit-Zahlen wieder entschlüsselt
werden.
Die Synchronisierungsimpulse sorgen dafür, dass die CD bzw. DVD stets mit der richtigen
Geschwindigkeit rotiert.
Herstellung einer CD (1)
t
0001110
0001111
0001001
0001110
U
t
Digitalisierung der analogen Schwingung
 t = 1 / 44100 s
Herstellung einer CD (2)
U
Rampenspannung
Signalspannung
t
Takt
Error!s
Je höher die momentane Signalspannung ist,
desto mehr Takte werden gezählt.
Herstellung einer CD (3)
1 2 3 4
5 6 7
Q1
Q2
Q2
Q3
Q3
t
Flip-Flops haben 6 Takte gezählt
A/D-Wandler
0
Q1
1
T
1
T
Herstellung einer CD (4)
Digitaleingang
Analogausgang 12 V
1
0
S3
S2
S1
2R
2R
2R
C
2R
1
R
B
R
12 V
A
2R
(RCB)
M
3-Bit-D/A-Wandler
Herstellung einer CD (5)
Pits
Steg
0,5 m
„Pits“ und „Stege“
in einer nur 0,0005 mm breiten Spur
Herstellung einer CD (6)
metallische
Schicht
Pit
Steg
Transparentschicht
Linse als Objektiv
ViertelwellenPlatte
Detektor
PolarisationsStrahlteiler
Linse als Kollimator
Laser-Diode
20°
30°
1 mm
Abtastsystem,
durch ein Staubkörnchen nicht gestört!
Herstellung einer CD (7)
16 - Bit - Zahl
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0
8 - Bit - Wort
0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 1 0
14 - Bit - "Fremdwort"
0 0 0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0
Pit
Steeg
Von der 16-Bit-Zahl
zu Pits und Stegen
Pit
Steeg
Herstellung einer CD (8)
588 - Bit - Paket
24 12 Fremdwörter + Kontrollwörter 24
Synchronimpulse werden gelesen
und mit fester Zeit verglichen
Error!s
Je 588 Bits bilden eine Informationseinheit.
Die ersten 24 Bits liefern den Synchronisierungsimpuls.