Nagrywanie CD-Audio - jak wytłacza się płyty CD?

Dziś praktycznie każdy może nagrać płytę kompaktową w formacie CD.

  Nagrywanie CD-Audio.
Wytłaczanie, wygrzewanie, wypalanie muzyki.

Najpopularniejszą i najtańszą metodą jest nagrywanie nagrywarką komputerową, a ceny czystych płyt CD-R kształtują się poniżej 2 zł. Nieco droższym rozwiązaniem jest zakup oddzielnej, stacjonarnej nagrywarki, przeznaczonej do nagrywania audio. Tutaj także płyty są droższe, bowiem płyta oznaczona napisem „For Audio” w cenie zawiera zryczałtowaną opłatę za prawa autorskie. Zapis na stacjonarnej nagrywarce „zwykłych” komputerowych CD-R-ów jest niemożliwy ze względu na programową blokadę, teoretycznie mającą zabezpieczać przed pirackim, masowym kopiowaniem płyt. Ale co to z a zabezpieczenie, skoro możemy to robić na nagrywarkach komputerowych, które takich blokad nie posiadają.   Nagrywarka stacjonarna wygląda prawie identycznie jak odtwarzacz płyt CD i odtwarza płyty CD. Aby przegrać na niej płytę musimy ją podłączyć do źródła. Źródłem cyfrowym może być odtwarzacz CD, magnetofon DAT, Minidisc. Źródło analogowe to tuner, gramofon, magnetofon. Tuner cyfrowy może być doskonałym źródłem nagrania, lecz po warunkiem że nasza nagrywarka posiada konwerter częstotliwości próbkowania z 32 kHz na 44,1 kHz, ponieważ tuner pracuje z taką częstotliwością. Podobnie jest z magnetofonem DAT, gdzie częstotliwość próbkowania wynosi 48 kHz. Popularne są nagrywarki z dwoma napędami w jednej obudowie, gdzie jeden jest odtwarzaczem CD a drugi nagrywa płyty, przez co kopiowanie płyt staje się bardzo proste. Nagrywanie może odbywać się (najczęściej) z jednokrotną szybkością czyli w czasie rzeczywistym, z podwójną szybkością a w niektórych, z poczwórną szybkością. Droższe nagrywarki mają funkcję nagrywania „bit w bit”, czyli kopiują dokładnie to, co jest zapisane na płycie. Tym sposobem, bez utraty informacji można przekopiować m. in. płyty z kodem HDCD, co w zwykłych nagrywarkach nie jest możliwe.

NuPrime Audio - odtwarzacz CD

Nagrywarki komputerowe mają więcej możliwości. Umieszczenie ich w potężnym systemie, jakim jest komputer, w którym na dysk możemy „zrzucić” nagrywany materiał muzyczny, a następnie dowolnie, za pomocą specjalistycznego oprogramowania „obrobić” powoduje, że mamy w domu studio nagrań, o jakim nie tak dawno jeszcze mogliśmy tylko pomarzyć. Nagranie materiału muzycznego odbywa się także w sposób prosty, za pomocą programów nagrywających, często dołączonych do nagrywarki przy jej zakupie. Możemy tutaj dowolnie układać utwory, nadawać im tytuły, a jeżeli nie dokonaliśmy finalizacji możemy je jeszcze później dogrywać. A gdy używamy płyty wielokrotnego nagrywania, CD-RW, utwory możemy kasować. Także szybkość nagrywania może być większa niż w stacjonarnych. Ciągły wyścig producentów w podnoszeniu jakości i szybkości, powoduje że obecnie nagrywać możemy z kilkunastokrotną szybkością co skraca czas nagrywania płyty do kilku minut. Najlepszą jakość nagrania uzyskamy jednak kopiując płyty z jednokrotną lub najwyżej dwukrotną szybkością. Większe szybkości nagrania, przy nagrywarkach niższej jakości powodują, że słyszalne są trzaski i szelesty na nagranym krążku. Czy kopia wykonana na nagrywarce stacjonarnej jest lepsza od komputerowej? Zdania są podzielone, ale sądzę, że różnice są spowodowane niewłaściwym trybem nagrywania na nagrywarce komputerowej (zbyt szybko) a także niską jakością niektórych, (tanich) nagrywarek.

Wielkie emocje wywołuje porównanie oryginału i kopii. Audiofile słyszą różnicę, w zależności nawet od modelu nagrywarki na którym nagrano płyty. Inni twierdzą, skoro jest to technika cyfrowa, kopiuje się poszczególne bity informacji, więc różnic nie powinno być. Ale jeśli przyjrzymy się mechanizmowi zapisu na płycie, stwierdzimy że dokładność zapisu nie może być idealna. Uzyskanie idealnych dołków jest trudne a dążenie do uzyskania regularnych i stromych skoków dających cyfrowe zmiany jest największym problemem producentów płyt CD-R. Ponadto tanie nagrywarki komputerowe nie mają idealnie stabilnych zegarów taktujących, co powoduje zwiększenie jittera i pogorszenie jakości dźwięku. Badania nad nowymi technologiami i materiałami jakie używane w konstrukcji płyt CD-R i CD-RW cały czas trwają, a jakość ich ciągle się poprawia.

Płyta z fabryki. Srebrne płyty CD, kupione w sklepie, tak z nagraną muzyką jak i programem komputerowym są podobnie produkowane jak płyty winylowe, czyli przez wytłaczanie. Negatywowa matryca z wgłębieniami odpowiadającymi cyfrowo zapisanej ścieżce, wytłacza w srebrzystej warstwie płyty wgłębienia, które następnie odczytywane są przez wiązkę lasera. Warstwa ta chroniona jest obustronnie warstwą tworzywa. Grubsza, od strony lasera nadaje sztywność płycie i jest przeźroczysta. Światło lasera prowadzone po ścieżce pada kolejno na pola (landy) i wgłębienia (pity, bumpy). Każde przejście po krawędzi zagłębienia (nieważne w głąb czy na zewnątrz) odczytywane jest jako logiczna jedynka. Pomiędzy stanem jeden znajdują się logiczne zera. Informacja zapisana jest dzięki różnym długościom wgłębień i pól.

Zapis informacji cyfrowej na płytach jednokrotnego zapisu - CD-R, i na płytach wielokrotnego zapisu – CD-RW dokonuje się, jeśli chodzi o stronę logiczną na tej samej zasadzie. Natomiast fizycznie odbywa się w inny sposób, bo w domu nie mamy przecież możliwości tłoczenia płyt.   Wypalamy CD-R. Płyta CD-R składa się nie z trzech (4, z nadrukiem) warstw, jak „zwykła” CD, lecz przynajmniej czterech (piątą bywa nadruk, lub etykieta). Pierwsza, licząc od strony lasera, to przeźroczysta warstwa z poliwęglanu. Druga, to warstwa barwnika, wrażliwego na temperaturę. W zależności od stosowanej technologii ma ona inną barwę. Może być niebieska, zielona, prawie bezbarwna lub co dziwne, czarna. Producenci ciągle poszukują nowych, lepszych barwników. Trzecią jest warstwa odbijającego światło metalu (np. srebro, złoto i in.) a kolejną jest cienka warstwa utwardzanej światłem żywicy, która zabezpiecza „plaster” metalu przed uszkodzeniem i ewentualnie nadruk.

Podczas zapisywania danych na płycie laser zwiększa swoją moc do 4-8 mW, co powoduje podgrzanie warstwy poliwęglanowej i barwnika do ok. 250o C. W wyniku reakcji termicznej warstwa barwnika zapada się w miejscu operowanym przez laser, a poliwęglan zwiększa swoją objętość wypełniając powstałą lukę. W ten sposób otrzymujemy wgłębienie (pit), który jest co prawda przeźroczysty (za nim jest warstwa odblaskowa), ale odbija dwukrotnie mniej światła niż powierzchnia (land). I tak jak w płycie CD, układy logiczne odtwarzacza wykrywają jako „1” tylko przejścia pomiędzy wgłębieniami (pit) a polami (land).  

Struktura logiczna. Aby płyta była „widziana” przez system odtwarzający, oprócz odpowiednio zapisanych danych na ścieżce, na płycie powinny być zapisane trzy pakiety informacji. Najbliższy otworu (środka płyty) pakiet to PCA (Program Calibration Area), czyli Strefa Kalibracji Programowej, przy pomocy której nagrywarka ustala odpowiednią moc lasera przed rozpoczęciem wypalania. Następna strefa to PMA (Program Memory Area – Strefa Pamięci Programowej), w której zapisywane są dane o numerach ścieżek i czasach ich trwania. Trzecią ważną strefą jest TOC (Table Of Contens) czyli Tabela Zwartości w której zawarte są informacje o standardzie płyty. Proces zapisywania najważniejszych danych nazywa się zwykle mianem finalizacji lub zamykania płyty. W pracy wielosesyjnej, czyli takiej, w której nie od razu nagrywamy całość informacji na płycie, nie powinniśmy dokonywać finalizacji, jeżeli chcemy w późniejszym okresie coś jeszcze dograć. Płytę niesfinalizowaną czytają tylko nagrywarki. Natomiast aby widział ją zwykły odtwarzacz CD musimy dokonać finalizacji.  

Piszemy wielokrotnie, czyli CD-RW. Wiele odtwarzaczy (szczególnie tych starszych) ma trudności z odczytem płyt wielokrotnego zapisu. Wynika to z różnego współczynnika odbicia światła. W przypadku CD-R wynosi on 40-70%, natomiast dysk wielokrotnie zapisywalny to już tylko 15-25%. By odczytać tak słabo odbijający światło dysk potrzebny jest laser o większej mocy.

Musical Fidelity - odtwarzacz CD

Płyta wielokrotnego zapisu posiada trochę inną budowę niż płyta CD-R. Warstwę zapisu tworzy nie barwnik, lecz stop srebra, antymonu, indu i telluru. Czysta płyta ma strukturę polikrystaliczną. Moc lasera potrzebna do podgrzania tej warstwy do temperatury topnienia (500-700 stopni) jest wyższa i wynosi 8-14 mW. Następuje wówczas topnienie kryształów, które w tym miejscu przechodzą w fazę niekrystaliczną. Powstałe w ten sposób jamki, po ochłodzeniu zachowują kształt, tworząc obraz nagrania. Kasowanie płyty CD-RW to proces odwrotny do nagrywania. W tym celu podgrzewa się warstwę do temperatury 200 stopni, a więc znacznie niższej niż przy zapisie i utrzymuje przez jakiś czas. Kasowanie całej płyty trwa około 37 minut.

Ponieważ jest to spore utrudnienie, dlatego ustalono, iż wystarczy zmienić tylko dane w obszarze zawierającym informacje o umiejscowieniu ścieżek, pozostawiając bez zmian rzeczywisty obraz nagrań. Podczas nagrywania już wcześniej nagranej płyty, łączy się ze sobą technologie kasowania i nagrywania. W miejscu gdzie jest wypalony ”pit”, jeżeli ma być on nadal, to laser nie włącza się. Jeżeli w tym miejscu ma być „land” laser podgrzewa to miejsce, przywracając (kasując) je do stanu polimorficznego. Pozostałe operacje nagrywania dokonują się zgodnie z zasadą opisaną przy nagrywaniu CD-R. Na koniec płyta jest finalizowana. Taki sposób zapisywania płyt CD-RW powoduje, że jest to operacja dużo wolniejsza niż przy zapisie płyt jednokrotnego zapisu. Ciągłe poszukiwanie nowych materiałów i rozwiązań, może stać się przyczyną, iż opisane tutaj procesy będą zachodziły inaczej, ale dla nas użytkowników liczy się dobra jakość zapisu i wygoda użytkowania.