Compact Disc-speler

Achtergrond

Een compact disc, ook in de volksmond gewoon bekend als een cd, is een optisch opslagmedium met digitale gegevens die op het oppervlak zijn vastgelegd. Een cd-speler is een apparaat dat de opgenomen gegevens leest door middel van een optische straal en de originele informatie (muziek, afbeeldingen of gegevens) nauwkeurig weergeeft. Doordat de speler de informatie op optische wijze leest, is er geen fysieke slijtage aan de schijf. De basistechnologie die in alle cd-spelers wordt gebruikt, is in wezen hetzelfde, of de speler nu is ontworpen voor audio-, video- of computertoepassingen. Dit artikel gaat over spelers die zijn ontworpen voor audiotoepassingen (met name home-audio).

De geschiedenis van het compact disc-systeem gaat terug tot het begin van de jaren zeventig, toen er een snelle vooruitgang in digitale elektronica, laseroptica en grootschalige integratie (LSI)-technologieën plaatsvond. Veel bedrijven begonnen de mogelijkheid te onderzoeken om audiosignalen in optische vorm op te slaan met behulp van digitale in plaats van analoge middelen. Een praktische methode om de audiosignalen te moduleren werd gevonden met behulp van theorieën die in 1948 werden gepubliceerd door een wetenschapper genaamd Claude E. Shannon. Deze methode, bekend als Pulse Code Modulation (PCM), samplet audiosignalen gedurende een kort tijdsinterval en zet de samples vervolgens om in numerieke waarden voor opslag in digitaal formaat.

De opslag van audio in digitaal formaat (bekend als audiocodering) vereist grote hoeveelheden data. Voor het opslaan van één seconde audio-informatie zijn bijvoorbeeld één miljoen bits aan gegevens nodig. Optische schijven die miljarden bits aan gegevens kunnen opslaan in een zeer klein gebied, werden ideaal bevonden voor dergelijke toepassingen. Een optische schijf kan tot een miljoen bits aan gegevens opslaan op een gebied zo klein als een speldenknop. Toen de technologieën voor het opnemen en opslaan van digitale audio eenmaal waren gevonden, gingen fabrikanten op zoek naar manieren om de gegevens die in zo'n klein gebied waren opgeslagen, te lezen en te verwerken. Experimenten met laserapparaten (een laser zendt een zeer smalle lichtstraal uit die in staat is zich op een zeer klein gebied te concentreren) bleken behoorlijk succesvol. De ontwikkeling van LSI-technieken betekende dat de enorme hoeveelheid data die op de schijf was opgeslagen snel genoeg kon worden verwerkt om continue muziek te leveren. Nu was het toneel klaar voor de ontwikkeling van een compleet compact disc-systeem.

Hoewel veel bedrijven deelnamen aan vroeg onderzoek en experimenten met de verschillende technologieën die betrokken zijn bij een compact disc-systeem, worden twee bedrijven, Sony uit Japan en Philips uit Nederland, gecrediteerd met het succesvol samenvoegen van deze technologieën tot een compleet systeem. De twee bedrijven werkten samen om specifieke normen voor het compact disc-systeem te ontwikkelen, en een consortium van 35 fabrikanten stemde ermee in deze normen in 1981 toe te passen. De eerste compact disc-spelers werden eind 1982 op de Europese en Japanse markt geïntroduceerd en in de Verenigde Staten in begin 1983.

Grondstoffen

Een compact disc-speler is een zeer geavanceerd elektronisch apparaat. De eenvoudige buitenkant bevat complexe interne mechanismen om audiosignalen te lezen en te verwerken tot zeer heldere en heldere muziek. De verschillende componenten omvatten een behuizing, een optische pick-up en printplaten (PCB's), die microchips bevatten die de elektronische processen van het systeem aansturen.

De kast die het doolhof van componenten herbergt, is meestal gemaakt van licht, versterkt aluminium. De laser is een kleine glazen buis gevuld met gas en een kleine voeding om een ​​laserstraal te genereren, terwijl de fotodiode - een halfgeleidend deel dat het licht dat van de compact disc in een elektrisch signaal wordt gereflecteerd - meestal is gemaakt van silicium of germanium . De lenzen en spiegels in de optische pick-up zijn gemaakt van hoogglanzend glas of kunststof. Dit geheel is ondergebracht in een eigen kunststof behuizing. De meeste elektronische componenten - weerstanden, transistors en condensatoren - bevinden zich op microchips die op PCB's zijn bevestigd. Het basismateriaal van deze componenten is meestal silicium. De hardware die de verschillende subassemblages met elkaar verbindt, bestaat uit een verscheidenheid aan metalen en plastic moeren, schroeven, ringen, katrollen, motoren, tandwielen, riemen en kabels.

Ontwerp

Een compact disc is een schijf van polycarbonaat met een diameter van 4,75 inch (12,065 centimeter) die ongeveer 74 minuten aan audio-informatie bevat. Niet alle informatie op de schijf is muziek; een deel ervan wordt gebruikt voor foutdetectie, synchronisatie en weergave. Informatie op een cd is gecodeerd op een spiraalvormig spoor in de vorm van inkepingen die landen worden genoemd en kuilen die binaire hoogte- en dieptepunten vertegenwoordigen. Het zijn deze inkepingen die de laser van de cd-speler "leest".

Conceptueel lijkt het ontwerp van een cd-speler op dat van een grammofoon (platen)speler. Net als een plaat wordt de compact disc op een draaitafel gedraaid en wordt de audio gelezen door een opneemapparaat. Echter, in tegenstelling tot een platenspeler, draait de motor de draaitafel niet met een constante snelheid, maar stelt deze af op de afstand van de pick-up tot het midden van de draaitafel. Verder is de pick-up in een cd-speler geen mechanische stylus (een naald) maar een optische laserstraal die niet fysiek in contact komt met de compact disc. Deze laser richt zijn straal op het schijfspoor dat de landjes en putjes bevat, en de detector van de cd-speler (de fotodiode) neemt het verschil waar tussen het licht dat door de landjes wordt gereflecteerd en het licht dat door de putjes wordt gereflecteerd. De fotodiode zet dit gereflecteerde licht om in een elektrisch signaal. Doorgestuurd naar de elektronische printplaat, wordt dit signaal vervolgens weer omgezet in geluid.

Er zijn in principe drie subassemblages in een cd-speler:het schijfaandrijfmechanisme; de optische opneemeenheid; en de elektronische printplaatassemblage, die de andere systemen in de speler coördineert en die het servomechanisme en de datadecoderingsschakelingen omvat. Door signalen naar het servomechanisme te sturen, past de printplaat de motorsnelheid, focus en tracking van de optische pick-up aan; beheert de gegevensstroom naar de decoderingsschakelingen; en geeft weergave-informatie als reactie op de verschillende knoppen op het bedieningspaneel.

Het schijfaandrijfmechanisme bestaat uit een spil die de cd vasthoudt en een motor die hem ronddraait. De motor, de spindelmotor genaamd, is gemonteerd onder de plastic schijflaadbak of draaitafel. Een aparte motor gemonteerd op het chassis (de basis of frame van de cd-speler) beweegt de laadbak in en uit de speler; dit wordt gedaan door middel van een tandwiel dat aan de motor is bevestigd en dat ook een groter tandwiel bedient om een ​​klem omhoog en omlaag te brengen om de schijf op zijn plaats te houden.

De optische pick-up bestaat uit een laser, een fotodiode en verschillende lenzen en spiegels. De hele subassemblage schuift heen en weer op rails en wordt bestuurd door het servomechanisme dat stuursignalen ontvangt van de printplaat. De optische pick-up bevindt zich meestal onder de klem die de schijf positioneert, terwijl de motor die het geheel beweegt, dicht bij de rails op het chassis is gemonteerd. Het mechanisme werkt door een laserstraal door lenzen en spiegels op de onderkant van de compact disc te richten. De lenzen en spiegels houden de straal goed gefocust. Als de bundel een putje op de schijf raakt, wordt er geen licht gereflecteerd en blijft de fotodiode uitgeschakeld. Als de straal een land raakt, wordt het licht teruggekaatst door de lenzen en spiegels op de fotodiode, die vervolgens een elektrisch signaal genereert. Dit signaal wordt overgebracht naar de elektronische printplaat, waar het door het gegevensdecoderingssysteem wordt omgezet in audiosignalen voor weergave.

De elektronische printplaatassemblage bestaat uit printplaten die de schakelingen bevatten voor het servomechanisme, dat het optische oppiksysteem, de gegevensdecodering en het besturingssysteem bedient. Er zijn veel geïntegreerde schakelingen, chips, microprocessors en grootschalige geïntegreerde componenten op de printplaat.

Een belangrijke assemblage in een compact disc-speler is de optische pick-up assemblage. Hij staat op rails zodat hij onder de compact disc heen en weer kan bewegen. Het werkt door een laserstraal op de CD te richten; als de laser een land raakt, gaat het gereflecteerde licht vervolgens naar de fotodiode, die een elektrisch signaal genereert. Het signaal gaat op zijn beurt naar de printplaat van de cd-speler, die het signaal omzet in muziek.

Het fabricageproces

In de huidige productieomgeving is er niet één enkele productie- en montagemethode. Producten worden steeds vaker gemaakt als subassemblages en samengebracht als grotere subassemblages of als het eindproduct. Door robotica en computergestuurde lijnen kan vrijwel elk onderdeel op elk moment in het proces in elke staat van de subassemblage worden geïnstalleerd. De volgorde kan in enkele minuten worden gewijzigd om wijzigingen of controlepunten voor kwaliteitscontrole mogelijk te maken. Het fabricageproces dat hier wordt beschreven, volgt daarom een ​​vergelijkbare benadering als het feitelijke fabricageproces dat in de industrie wordt gebruikt. Het proces wordt eerst beschreven in termen van de verschillende subassemblages en vervolgens beschrijft de beschrijving hoe de verschillende subassemblages worden samengebracht om het eindproduct te maken.

Optische pick-up subassemblage

• 1 Aangekocht van externe aannemers, worden de laser en de fotodiode onder de schijfklem geïnstalleerd. De verschillende lenzen en spiegels in de assemblage moeten op de juiste afstand van elkaar worden geplaatst en uitgelijnd, zodat ze het licht kunnen focussen en richten als dat nodig is. Het geheel wordt vervolgens in een plastic behuizing ondergebracht. De behuizing is gemaakt door een van de gebruikelijke kunststofvormende processen zoals extrusie of spuitgieten, terwijl de lenzen en spiegels (meestal silicium) in de juiste vorm worden gesneden en vervolgens fijn gepolijst met schuurmiddelen. De halfgeleidende fotodiode wordt gemaakt door een stof zoals silicium of germanium voor te bereiden en te polijsten en vervolgens onzuiverheden toe te voegen om lagen te creëren. Elektrische contacten worden dan toegevoegd. Nadat de optische componenten op hun plaats zitten, worden de tandwielen en riem geplaatst die helpen bij het positioneren van de optische pick-up.

Subassemblage schijfstation

• 2 Vervolgens wordt de motor die de optische pick-up in beweging brengt, verbonden met de tandwielen en riem en op het chassis geplaatst. De laadbak is nu gecentreerd en de spindelmotor die de schijf zal draaien is geïnstalleerd. Nadat de klem waaraan de optische pick-up is bevestigd naast de laadbak is geplaatst, worden de bak, de klem en de oppakmotor in de laadlade geplaatst, die in de kast van de cd-speler wordt geplaatst.

Subassemblage elektronische printplaat

• 3 Als laatste worden de elektronische componenten gemonteerd. Ontworpen door ingenieurs die CAD-pakketten (Computer Aided Design) gebruiken, bestaan ​​de printplaten uit een met koper beklede basis waarop een patroon is overgebracht (maskering) door middel van zeefdruk of een vergelijkbare methode. Nadat ze zijn gecoat met een lichtgevoelig materiaal, worden de patroongebieden chemisch weggeëtst om een ​​meerlagig bord te creëren - de lagen omvatten de verschillende transistors en condensatoren waaruit de circuits bestaan. De kleine microchips (meestal gemaakt van silicium) die op het bord zijn gemonteerd, zijn op dezelfde manier gemaakt, behalve op een veel kleinere schaal. Afhankelijk van de fabrikant kan de cd-speler één grote printplaat of meerdere kleinere printplaten hebben. Nadat ze zijn bevestigd aan het paneel of de panelen, worden de circuits bevestigd aan het bedieningspaneel aan de voorkant van de cd-speler, de schakelaareenheid en tenslotte de voeding.

Eindmontage

• 4 Zodra de verschillende subassemblages gereed zijn, worden ze met elkaar verbonden en aan elkaar gekoppeld om de uiteindelijke montage te voltooien. Het meeste werk dat in dit stadium wordt uitgevoerd, wordt gedaan door menselijke arbeiders. De cd-speler is nu getest en verzonden voor verpakking.

Kwaliteitscontrole

Zoals eerder opgemerkt, is een compact disc-speler een zeer geavanceerd apparaat, en er worden strikte kwaliteitscontrolemaatregelen genomen van de eerste tot de laatste fase van de fabricage om de goede werking van de speler in overeenstemming met de industrienormen te garanderen.

Omdat zoveel van de componenten in een compactdisc-speler worden gemaakt door gespecialiseerde leveranciers, moet de fabrikant van de speler op deze leveranciers vertrouwen om kwaliteitsonderdelen te produceren. Enkele van de meest cruciale elementen zijn die in de optische opneemeenheid. De lenzen en spiegels die in de laserpick-up worden gebruikt, zijn bijvoorbeeld gemaakt van hoogwaardig glas en menselijk contact moet tijdens het productieproces worden vermeden om hun oppervlakken schoon en veegvrij te houden. Evenzo moeten de elektronische circuitcomponenten worden gemaakt in een "clean room"-omgeving (met speciale luchtfilters en kledingvereisten), omdat zelfs een enkel stofdeeltje een storing in het circuit kan veroorzaken. De printplaten en chips worden op vele niveaus getest door diagnosemachines om fouten in de circuits op te sporen.

Wat betreft kwaliteitscontrole door de fabrikant van de speler, wordt de schijfaandrijfeenheid geïnspecteerd op juiste uitlijning van de motor, spil, laadbak en de verschillende versnellingen. Daarnaast wordt de optische pick-up gecontroleerd op juiste uitlijning van lenzen en de laserstraal. Zodra de subassemblages in de kast met elkaar zijn verbonden, worden alle bedradingsverbindingen geïnspecteerd op goed elektrisch contact en juiste interface met de andere componenten. Visuele inspecties om riemen, katrollen en tandwielen te controleren vormen een integraal onderdeel van het kwaliteitscontroleproces. De eindinspectie bestaat uit het afspelen van een testschijf die speciale signalen en patronen genereert, waardoor werknemers fouten in het systeem kunnen opsporen. Bovendien worden de verschillende schakelaars en knoppen op het voorpaneel gecontroleerd om ervoor te zorgen dat ze de aangegeven functies uitvoeren en de juiste informatie op het paneel weergeven.

De Toekomst

De technologie van het cd-systeem heeft de afgelopen jaren een lange weg afgelegd en elke dag worden er nieuwe toepassingen voor compact disc-systemen ontdekt. De markt heeft al de introductie gezien van cd-roms, cd-video's en cd-interactive. Het nieuwste product dat de aandacht van de consument trekt, is de foto-cd van Kodak, die foto's op televisie en computerschermen kan weergeven. Deze afbeeldingen kunnen door de gebruiker worden bewerkt of bijgesneden, net als clipartafbeeldingen.

Voor audio-cd-systemen zullen de komende jaren veel nieuwe functies worden geïntroduceerd. Spelers met geavanceerde afstandsbedieningsfuncties bevinden zich nu in de ontwikkelingsfase. De behuizing voor een cd-speler omvat een bovenklep of "motorkap" en een bedieningspaneel aan de voorkant. De compact disc rust op een laadbak die in en uit de speler schuift. Met deze functies kan de gebruiker informatie op de afstandsbediening zelf weergeven, zoals songtitels, artiestennamen en de eigenlijke songteksten van de liedjes. zowel opnemen als afspelen, zoals een cassettebandje, zijn ook in de maak.De enorme opslagmogelijkheden van de cd lenen zich ook voor veel brede multimediatoepassingen, en het is heel goed mogelijk dat compactdiscs het gemeenschappelijke medium voor gegevensuitwisseling worden voor iedereen audio-, video- en computertoepassingen.