Technik kurz erklärt Die Entwicklung des CD-Players

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In unserer Serie „Technik kurz erklärt“ stellen wir Meisterwerke der Konstruktion und besondere Entwicklungen vor. Heute: der CD-Player.

Den 1. Oktober feiern die USA als ihren nationalen Tag des CD-Players. Wenngleich dieser Tag sich sicher in die kuriosesten Gedenktage einreiht, hat die Erfindung des CD-Players die Art und Weise, wie Musik und digitale Daten gespeichert werden, verändert und bildet die Basis für spätere optische Speichertechnologien. Grund genug, einen Blick auf seine Entwicklung zu werfen.

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Zunächst mussten dafür natürlich das Speichermedium Compact Disc und die zugehörige Technologie entwickelt werden. Die Idee hinter der CD war, ein digitales Speichermedium zu schaffen, das hochqualitativen Klang bietet und eine größere Lebensdauer hat als Schallplatten* oder Kassetten. Philips und Sony machten sich also gemeinsam an die Entwicklung und gaben das 1979 bekannt.

Wie die Technologie der Compact Disc funktioniert

Die Speichertechnologie hinter der CD basiert auf optischer Datenspeicherung, bei der digitale Informationen in Form winziger Vertiefungen auf einer Disc-Oberfläche gespeichert werden.

Eine CD besteht aus mehreren Schichten:

• Die Hauptschicht besteht aus Polycarbonat und enthält die Gruben und flachen Bereiche, die die Daten kodieren.

• Auf das Polycarbonat wird eine dünne Schicht Aluminium oder manchmal Gold aufgetragen, die das Licht des Lasers, der die Daten liest, reflektiert.

• Ein klarer Schutzlack wird über die reflektierende Schicht aufgetragen, um die CD vor Kratzern und Beschädigungen zu schützen.

• Auf der Oberseite der CD befindet sich oft ein Label oder eine Bedruckung, die keinen Einfluss auf die Funktion haben.

Die Daten auf einer CD sind als eine einzige, spiralförmige Spur von „Pits“ (Gruben) und „Lands“ (flachen Bereichen) auf der Oberfläche der Polycarbonatschicht gespeichert. Diese Spirale beginnt in der Mitte der CD und läuft nach außen. Pits sind Vertiefungen in der Oberfläche und stellen Teile der binären Daten dar. Lands sind die nicht vertieften Bereiche zwischen den Pits. Die Länge der Pits und Lands variiert und wird zur Kodierung von Informationen verwendet.

Kodierung und Auslesen der Information

Die Daten auf der CD sind in einem binären Format gespeichert. Das bedeutet, sie bestehen aus einer langen Kette von Einsen und Nullen. Die Pits und Lands auf der CD kodieren diese Informationen nicht direkt in Form von Einsen und Nullen, sondern in Form von Veränderungen in der Reflexion. Der Übergang von einem Pit zu einem Land oder von einem Land zu einem Pit entspricht einer „1“ im binären Code. Wenn der Laserstrahl keinen Übergang (weder Pit noch Land) erkennt, wird dies als „0“ interpretiert. Die Kodierungsmethode, die auf CDs verwendet wird, heißt Eight-to-Fourteen-Modulation (EFM). Diese Technik gewährleistet, dass es nicht zu viele aufeinanderfolgende Nullen gibt, was die Lesbarkeit des Signals durch den Laser verbessert.

Der CD-Player nutzt einen Laserstrahl, um die Daten der CD zu lesen. Der Laserstrahl wird auf die Unterseite der CD gerichtet, und während sich die Disc dreht, bewegt sich der Laser entlang der spiralförmigen Spur. Der Laserstrahl wird von den Lands reflektiert, während die Pits den Strahl streuen oder unterbrechen. Ein Sensor im CD-Player misst die Intensität des zurückreflektierten Laserlichts. Das Reflexionsmuster wird in binäre Daten umgewandelt, die der CD-Player dann interpretiert.

Der erste kommerzielle CD-Player

Der erste kommerziell erhältliche CD-Player war der Sony CDP-101, der am 1. Oktober 1982 in Japan auf den Markt kam. Gleichzeitig brachte Philips den CD100 in Europa heraus. Diese frühen CD-Player waren ziemlich teuer, aber sie wurden schnell populär, da die CD viele Vorteile gegenüber Schallplatten und Kassetten bot: höhere Klangqualität, längere Lebensdauer* und die Möglichkeit, bestimmte Songs direkt anzuwählen.

Discman für mobile Musikliebhaber

Im Laufe der 1980er-Jahre verbesserten die Hersteller stetig die Technik, was die Klangqualität der CD-Player steigerte. Gleichzeitig sanken die Produktionskosten, was zu einer breiteren Akzeptanz führte. Bis Mitte der 1980er waren die Preise für CD-Player stark gefallen, und die Geräte wurden zunehmend erschwinglich.

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In den 1990er-Jahren wurde die Technologie weiter miniaturisiert und tragbare CD-Player kamen auf den Markt. Eines der bekanntesten Geräte war der Sony Discman, mit dem CDs unterwegs gehört werden konnten. Anfang der 1990er entwickelten die Hersteller die Anti-Shock-Technologie, die kleine Puffer speicherte, um Unterbrechungen bei Bewegungen zu verhindern.

Dieser Beitrag ist ursprünglich auf unserem Partnerportal konstruktionspraxis erschienen.

* Mittlerweile ist erwiesen, dass eine Schallplatte, eine entsprechende Aufbewahrung vorausgesetzt, mit mehr als 100 Jahren eine erheblich längere Lebensdauer besitzt als eine CD (zwei bis 25 Jahre). Zudem gilt die Vinylscheibe unter Hi-Fi-Liebhabern auf Grund ihrer höheren Dynamik als der CD klanglich überlegen. Zur Speicherung digitaler Daten eignen sich die Schallplatte hingegen nicht, auch wenn sich damit beispielsweise ein DOS-System booten lässt. – Der Storage-Insider-Chefred.

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