دليل: كيف يعمل القرص المضغوط - من الإشارة التناظرية إلى الأصفار والآحاد - والعودة مرة أخرى

في هذا الدليل، سنستكشف بنية القرص المضغوط، وعملية التصنيع، ورحلة الصوت من الإشارة التناظرية إلى التنسيق الرقمي والعودة مرة أخرى.

بنية القرص المضغوط

القرص المضغوط (CD) هو قرص تقليدي بقطر 120 مليمترًا، ووزنه حوالي 16 غرامًا، ويتكون من أربع طبقات. الطبقة السفلية (1) عبارة عن قرص من البولي كربونات مصبوب بالحقن، بسماكة 1,2 مليمتر، تُخزَّن عليه البيانات. تُغطى هذه الطبقة بطبقة رقيقة من الألومنيوم (2)، وظيفتها عكس شعاع ليزر أشباه الموصلات (3) الخاص بآلية قراءة مشغل الأقراص المضغوطة على مستشعر القراءة. فوق هذه الطبقة توجد طبقة ورنيش واقية (4) تمنع الأكسدة، وفوقها الطبقة العلوية (5) التي تُطبع عليها عادةً ملصقة القرص باستخدام الطباعة الحريرية أو الطباعة الأوفست.
على الرغم من أن القرص المضغوط، عند التعامل معه بشكل صحيح، يكون عمومًا أكثر متانة من الفينيل أو شريط الكاسيت، إلا أنه ليس محصنًا تمامًا ضد التلف. فإذا تم التعامل معه وتخزينه بعناية، يمكن أن يدوم القرص المضغوط عالي الجودة لعقود دون أي فقدان لجودة الصوت. مع ذلك، قد تجعل الخدوش والغبار والتشققات القرص غير قابل للتشغيل.

كيفية صنع قرص موسيقي

عمليًا، تسبق عملية إنتاج قرص صوتي بصيغة CD عملية إنتاج الموسيقى بمراحل، ولا تُؤخذ الخصائص التقنية لصيغة CD، على سبيل المثال، في الاعتبار إلا في المراحل النهائية، خلال مرحلة المعالجة النهائية. عمليًا، يعني هذا تحويل ملفات الموسيقى لتتوافق مع معيار CD، أي إلى عمق 16 بت وتردد عينة 44,1 كيلوهرتز. وبما أن التسجيلات اليوم رقمية في المقام الأول، فإن جميع المواد تخضع للتحويل من تناظري إلى رقمي أثناء مرحلة التسجيل.
في نهاية عملية الإنتاج، يقوم مهندس الماستر عادةً بإنشاء حزمة DDP (بروتوكول وصف القرص) من التسجيل الكامل، والتي تحدد، على سبيل المثال، المدة الدقيقة للمقاطع الصوتية، والفواصل الزمنية بينها، وغيرها من التفاصيل الفنية. تُرسل هذه الحزمة إلى جهاز نسخ الأقراص المدمجة، حيث تُحوّل إلى ما يُسمى بالقرص الرئيسي. في حالة أجهزة نسخ الأقراص المدمجة الاحترافية والكبيرة، يُصنع القرص الرئيسي عادةً باستخدام الليزر على لوح زجاجي، والذي يُستخدم بدوره كعلامة عند نسخ الأقراص المدمجة الفعلية التي تُطرح للبيع.

تُستخدم الأقراص الزجاجية الرئيسية لنسخ الأقراص المدمجة لبيعها.

يتحول المحتوى إلى موسيقى

يحتوي كل مشغل أقراص مدمجة على بعض المكونات الأساسية، أهمها آلية الدوران والقراءة. عمليًا، تتكون هذه الآلية من ليزر شبه موصل صغير وخلية ضوئية مزودة بعدسات وموشورات. عند إدخال قرص مدمج في المشغل والضغط على زر التشغيل، تبدأ آلية الدوران بتدوير القرص بسرعة 500 دورة في الدقيقة تقريبًا. في الوقت نفسه، يبحث الليزر والخلية الضوئية عن مركز القرص (اتجاه قراءة القرص المدمج معكوس مقارنةً بالفينيل، أي يبدأ من الداخل ويتجه نحو الخارج) ويتحركان نحو النهاية، مسارًا تلو الآخر، وعندها تنخفض سرعة دوران القرص إلى 200 دورة في الدقيقة.
تتم قراءة القرص فعلياً عندما يصطدم شعاع الليزر بحفر مجهرية وبقع مسطحة على سطح القرص. من بين هذه المناطق، تعكس البقع المسطحة شعاع الليزر عائداً إلى المستشعر، بينما لا تعكسه الحفر.
عندما ينعكس شعاع الليزر من سطح مستوٍ، تستشعره الخلية الضوئية وترسل نبضة قصيرة من التيار الكهربائي إلى الدائرة الدقيقة، التي تفسرها على أنها القيمة 1. أما إذا تشتت شعاع الليزر عند حفرة، فإن الخلية الضوئية لا تستشعره ولا تفعل شيئًا، وفي هذه الحالة تفسره الدائرة الدقيقة على أنه القيمة 0. يتكرر هذا التباين بين القيمتين طوال دورة القرص، وبناءً عليهما، تفسر الدائرة الدقيقة في مشغل الأقراص المدمجة تسلسل الأرقام الثنائية المسجل على القرص أثناء التصنيع، وهو عبارة عن سلسلة حلزونية من مليارات الآحاد والأصفار.
لتحويل سلسلة ثنائية إلى موسيقى، يلزم وجود محول رقمي تناظري (DA)، وهو موجود في معظم مشغلات الأقراص المدمجة، ولكن ليس جميعها (قد يكون محول DA جهازًا منفصلاً أو مدمجًا في جهاز آخر ضمن سلسلة التشغيل). باختصار، التحويل الرقمي التناظري هو عملية تحويل البيانات الرقمية المجردة إلى شكل تناظري واقعي. بمجرد اكتمال التحويل، يرسل محول DA الإشارة التناظرية مباشرةً تقريبًا إلى مكبر الصوت والسماعات لتشغيلها. والنتيجة النهائية هي موسيقى مسموعة.

صورة مقرّبة لسطح قراءة قرص مضغوط. يحتوي مصفوفة حلزونية الشكل من مليارات النقاط والحفر المتساوية على بيانات بصيغة ثنائية. يقوم محرك قراءة مشغل الأقراص المضغوطة بإرسالها إلى دارة إلكترونية دقيقة ومحول رقمي تناظري لتحليلها.