Informationen zur Compact Disc
Die Geschichte der CompactDisc
In den 1970er Jahren experimentierten Techniker vieler Elektronikkonzerne mit digitaler Audio-Aufzeichnung. Die ersten Prototypen
basierten auf magnetischen Speichermedien, wie etwa der klassischen Audiokassette. Sony entwickelte spezielle Verfahren, um die
Störgeräusche zu eliminieren. Um diese Verfahren zu testen, wurden heimlich bei einer Probe eines Konzertes von Herbert von Karajan
im September 1978 Aufnahmen gemacht. Karajan wurde später von Sony eingeladen, die Aufnahmen zu beurteilen.
Zur gleichen Zeit arbeitete man bei der Firma Philips an der optischen Aufzeichnung von Bildsignalen, die die Videotechnik revolutionieren
sollte. Bald entwickelte sich die Idee, diese Technologie auch für digitale Klänge zu nutzen. Beide Unternehmen standen plötzlich vor
einem Problem. Sie hatten die neuen optischen Datenträger (LaserDisc), ähnlich der Schallplatte, mit einem Durchmesser von 30 cm geplant.
Bei der Aufzeichnung von bewegten Bildern konnten sie darauf etwa 30 Minuten Videomaterial unterbringen. Bei Audiodaten reichte aber die
Kapazität für 13 Stunden und 20 Minuten. Sony war klar, dass das Geschäftsmodell der Musikindustrie zusammenbrechen würde, wenn sie solche
Mengen an Musik an die Verbraucher vermarkten sollte.
Nachdem die Compact Cassette (Audiokassette) im Jahr 1963 von der Firma Philips allein entwickelt worden war, versuchten nun beide
Unternehmen einen gemeinsamen Standard herbeizuführen. Der für die Spieldauer entscheidende Durchmesser der CD wurde durch die
Philips-Führung folgendermaßen begründet: Die Compact Cassette war ein großer Erfolg, die CD sollte nicht viel größer sein. Die
Compact Cassette hatte eine Diagonale von 11,5 cm, die Ingenieure machten die CD 0,5 cm größer.
Im Jahr 1980 wurde von Philips und Sony für Audioaufnahmen der „Red Book“-Standard festgelegt. Der Durchmesser des Innenloches der CD
(15 mm) wurde eher durch Zufall durch die niederländischen Philips-Entwickler bestimmt. Als Maßstab diente hierfür das im Übrigen
seinerzeit weltweit kleinste Geldstück, das niederländische 10-Cent-Stück (das so genannte Dubbeltje), das ein Entwickler bei der
Festlegung des Durchmessers dabei hatte. Auf der Funkausstellung 1981 in Berlin wurde die CD erstmals öffentlich vorgestellt. Im Jahr
darauf, am 17. August 1982, begann in Langenhagen bei Hannover, in den Produktionsstätten der damaligen Polygram, die weltweit erste
industrielle Produktion des letzten ABBA-Albums The Visitors], und zwar noch bevor am 1. Oktober 1982 der erste in Serie produzierte
CD-Spieler auf dem Markt angeboten werden konnte. Im Jahr 1988 wurden weltweit bereits 100 Millionen Audio-CDs produziert. Ab
dem Jahr 1988 gab es Systeme, mit denen CDs gebrannt werden konnten, und nicht mehr wie bis dahin gepresst werden mussten.
Aufbau der CompactDisc
Bei einer CD werden Daten mit Hilfe einer von innen nach außen laufenden Spiralspur gespeichert (also umgekehrt wie bei der Schallplatte).
Die Spiralspur besteht aus Pits (Gruben) und Lands (Flächen), die auf dem Polycarbonat aufgebracht sind. Die Pits haben eine Länge von
0,833 bis 3,054 µm und eine Breite von 0,5 µm. Die Spiralspur hat etwa eine Länge von 6 km. Je nachdem, wie die CD erstellt wird,
entstehen die Pits. Bei der industriellen Herstellung werden ein Glas-Master und ein Stamper (Negativ) gefertigt. Anschließend wird
damit in Presswerken eine Polycarbonatscheibe geprägt und die Reflexions- und Schutzschicht angefügt.
Eine CD besteht demnach zum größten Teil aus Polycarbonat. Die Reflexionsschicht darüber besteht aus einem Aluminiumfilm. Das Laserlicht
wird an den Lands bzw. den Pits einfach reflektiert, jedoch tritt an den Übergängen zwischen Pits und Lands Auslöschung durch destruktive
Interferenz auf. Daher werden binarisierte Daten ausgelesen.
Zwischen dem Aufdruck und der Aluminiumschicht (Dicke der Reflexionsschicht: 50 bis 100 nm) befindet sich noch eine Schutzschicht, die
dazu da ist, das Aluminium vor äußeren Einflüssen zu schützen. Als Abschluss kommt dann noch der Aufdruck, der bei der Swoop-Records GmbH
im Thermo Re-Transfer Verfahren aufgebracht wird. Alternativ kann ab 500 Stück auch das Offsetdruckverfahren eingesetzt werden.
Lesevorgang
Das Abtasten einer CD erfolgt mittels einer Laserdiode (Wellenlänge 780 nm), wobei die CD von unten gelesen wird. Die Optik mit dem Laser
bewegt sich beim Abspielen vom ersten zum letzten Track im Gegensatz zur Schallplatte von innen nach außen. Außerdem hat die CD keine feste
Winkelgeschwindigkeit; diese wird der momentanen Position des Lesekopfs angepasst, so dass die Bahngeschwindigkeit (CLV) und nicht, wie
bei der Schallplatte, die Winkelgeschwindigkeit (CAV) konstant ist. Wenn der Lesekopf weiter außen auf der CD liest, wird die CD also
langsamer gedreht. Auf diese Weise kann überall auf der CD mit voller Aufzeichnungsdichte gearbeitet werden, und es ist ein konstanter
Datenstrom gewährleistet, wie er bei Audio-CDs benötigt wird.
Im Red Book sind zwei verschiedene Geschwindigkeiten festgelegt, 1,2 m/s und 1,4 m/s. Somit sind entsprechend Spielzeiten von 74:41 Min.
bzw. 64:01 Min., unter maximaler Ausnutzung aller Toleranzen 80:29 Min. möglich. Dieses entspricht einer Umdrehungsgeschwindigkeit von
500 min-1 am Anfang der CD (innere Spuren) bis 200 min-1 am Außenrand der CD.
Viele moderne CD-ROM-Laufwerke, ab etwa einer 32-fachen Lesegeschwindigkeit, lesen Daten-CDs hingegen mit konstanter
Umdrehungsgeschwindigkeit, um das zeitraubende Beschleunigen und Abbremsen der CD beim Hin- und Herspringen der Leseposition zu
vermeiden. Dadurch hängt bei Daten-CDs die Datenrate von der Position des Lesekopfes ab. Die auf der Verpackung angegebene Geschwindigkeit
ist fast immer die maximale, nicht die durchschnittliche.
Durch die mechanische Festigkeit der CD sind der Steigerung der Lesegeschwindigkeit durch Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit Grenzen
gesetzt. Sogenannte „52-fach“-Laufwerke drehen die CD mit bis zu 10000 min-1. Bei diesen Geschwindigkeiten führen selbst kleinste Unwuchten
der CD zu starken Vibrationen, die einerseits deutlich hörbar sind und zum anderen auf Dauer sowohl Laufwerk als auch Medium beschädigen
können.
Fehlerkorrektur und Fehlerverdeckung
Damit sich Kratzer nicht negativ auf die Lesbarkeit der Daten auswirken, sind sie mittels Paritätsbits gesichert, so dass Bitfehler erkannt
und korrigiert werden können. Weiterhin sind aufeinanderfolgende Datenbytes per Interleaving auf eine größere Fläche verteilt. Der Cross
Interleaved Reed-Solomon-Code (CIRC) ist dadurch in der Lage, einen Fehler von bis zu 3500 Bit (das entspricht einer Spurlänge von etwa
2,4 mm) zu korrigieren und Fehler von bis zu 12000 Bit (etwa 8,5 mm Spurlänge) bei der Audio-CD zu kompensieren. Bei sehr starker Verkratzung
des Datenträgers von der Unterseite ist jedoch die Lesbarkeit eingeschränkt oder ganz unmöglich.
Kopierschutz
Die CD-Standards sehen keinen Kopierschutz vor, da zur Zeit ihrer Festlegung Anfang der 1980er Jahre noch nicht absehbar war, dass in näherer
Zukunft beschreibbare digitale Speichermedien mit der nötigen Datenkapazität für den Endverbraucher erschwinglich sein würden - das Kopieren
wurde also einfach dadurch verhindert, dass es nichts gab, wohin die Daten realistischerweise kopiert werden konnten. Es blieb nur die
qualitativ schlechtere und nicht beliebig wiederholbare Analogkopie auf Audiokassetten, die ebenso wie bei Schallplatten in Kauf genommen
wurde. Das Aufkommen von CD-Brennern, hochkapazitiven Festplatten, Kompressionsverfahren wie etwa MP3 und Internet-Tauschbörsen in den
1990er Jahren hat diese Situation entscheidend geändert.
Seit dem Jahr 2001 werden in Deutschland auch Medien verkauft, die einen sogenannten „Kopierschutz“ enthalten, der das digitale Auslesen
der Audiodaten (und damit das Kopieren der Daten) verhindern soll. Sie wurden zwar teils ebenfalls als Audio-CD bezeichnet, entsprechen
aber nicht den Bestimmungen des Red Book und sind daher in diesem Sinne keine echten Audio-CDs. Diese CDs werden daher auch als „Un-CDs“
(Nicht-CDs) bezeichnet.
Der Kopierschutz wird realisiert, indem Fehler oder eine zweite fehlerhafte Session eingebracht werden. Auch Abweichungen vom Red-Book-
Standard sind möglich, aber eher selten. Es ist dadurch ein „Abspielschutz“, da die Fehler bewirken sollen, dass sich die Scheiben nicht
mehr in dem CD-Laufwerk eines PCs abspielen lassen. Dies soll so das Kopieren verhindern. Manche CD-Laufwerke und die meisten DVD-Laufwerke
lassen sich davon aber nicht beeindrucken und können die Daten trotzdem lesen, wodurch die Idee des „Kopierschutzes“ nutzlos wird.
Stattdessen verursachen die Fehler auf der „kopiergeschützten“ CD Probleme auf zahlreichen normalen Audio-CD-Spielern und vielen Autoradios
mit integrierter CD-Einheit. Diese können diese Medien entweder gar nicht oder nur teilweise abspielen, teilweise entstehen sogar ernsthafte
Hardware-Defekte, etwa wenn die Firmware des CD-Spielers abstürzt und sich das Medium nicht mehr auswerfen lässt. Außerdem leidet oft die
Tonqualität und die Lebensdauer des Abspielgerätes unter dem Kopierschutz.
Seit dem 1. November 2003 sind die Hersteller in Deutschland durch § 95d UrhG gesetzlich verpflichtet, kopiergeschützte Medien als solche
zu kennzeichnen. Solchen Kennzeichnungen ist jedoch kaum zu entnehmen, welche Probleme im Einzelfall mit Autoradios, MP3-CD-Spielern,
DVD-Spielern und anderen Geräten auftreten können.
Da der Kopierschutz in der Praxis kaum wirksam ist und immer wieder zu Problemen beim Abspielen führt, haben inzwischen (2005) einige
Labels das Konzept „kopiergeschützte CD“ wieder aufgegeben und veröffentlichen wieder gewöhnliche, ungeschützte Red-Book-CDs, zumal sich
so außerdem Lizenzgebühren für den Kopierschutz einsparen lassen.
Quelle dieses (Teil)-Textes: http://de.wikipedia.org/wiki/Compact_Disc
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