Historia i cechy płyt CD (*)
(rozdział 2)

Wielu melomanów, przyzwyczajonych do płyt CD, nie zadaje sobie (lub innym) pytań o różnice w jakości płyty CD, sprowadzając problem do stwierdzenia, że normalne jest to, że realizatorzy po prostu spaprali robotę. Zakładamy, że dysk CD z zapisem zero-jedynkowym, gdy „wprowadzić go w obroty”, wydaje dźwięk niezależnie od tego gdzie została wyprodukowana. Rzeczywistość jest zupełnie inna- nawet ten sam materiał muzyczny brzmi inaczej, gdy porównujemy krążki CD pochodzące z różnych fabryk lub powodów technologicznych (vide art.: „nagrania jakościowo wybitne (część 1)”). Proces tworzenia w powłoce odbijającej promień lasera maleńkich zagłębień i struktur lądowych, które reprezentują muzykę, a następnie wytłoczenie tych struktur do masowo produkowanego CD, obarczony jest potencjalnymi niebezpieczeństwami.

 

To tylko bity?

Produkcja płyt CD wydaje się być prostym procesem wytłaczania „zer” i „jedynek” w plastikowym dysku, jednak te techniki wytwarzania wprowadzają zmiany w jakości sygnału odczytywanego z dysku. Dokładność zapisu sygnału na krążku CD ma zasadnicze znaczenie nie tylko dla ograniczenia błędów i dla dobrej zdolności śledzenia, ale również w konsekwencji dla jakości dźwięku. Chociaż sygnał odczytu jest poddawany znacznej obróbce przed odzyskaniem danych dźwiękowych i taktowania zegara, wielu projektantów układów cyfrowych zgadza się, że kształt tego sygnału wpływa na brzmienie płyty. Już w 1986 roku odkryto ogromne różnice w jakości dźwięku uzyskiwanego z płyt CD wyprodukowanych w różnych tłoczniach. Niektóre produkcje brzmią bardzo podobnie do oryginału; inni robią płyty, które brzmią odmiennie (czytaj: okropnie!). Można się domyśleć, ze jedyna różnica tkwi w procesie produkcyjnym. Doświadczenie sugeruje, że chociaż binarne „1” i „0” na dwóch płytach mogą być takie same, to niekoniecznie ten fakt wpływa na to, że płyty będą brzmiały tak samo. Kiedyś jakiś zacny redaktor był zdziwiony gdy Chesky Records dostarczył pewnej redakcji trzy dyski samplera wypalone z tej samej taśmy wzorcowej, ale wyprodukowane przy użyciu różnych technik. Pierwszy krążek został wykonany z konwencjonalnego poliwęglanu z powłoką aluminiową, drugi krążek został wykonany z poliwęglanu, ale powleczony złotem, a trzeci został uformowany z materiału zwanego „Zeonex” i metalizowany złotem. Przypomnę- wszystkie trzy dyski zostały wykonane z tej samej taśmy wzorcowej, a więc wszelkie różnice dźwiękowe między nimi powinny być wyłącznie wynikiem procesu produkcyjnego, materiału płyty i różnej metalizacji. „Zeonex” brzmiał najlepiej. Standardowa płyta miała bardziej wysunięty dźwięk z mniejszą głębią. Brakowało jej tzw „powietrza”, otwartości i wypełnienia słyszanego na płycie „Zeonex”. Niskie częstotliwości również były lepiej zdefiniowane i przy tym nastąpił ogólny wzrost rozdzielczości z większą ilością informacji muzycznych. Te różnice można uznać za niewielkie, a nawet niedostrzegalne dla zwykłego słuchacza, a gdyby słuchać za pośrednictwem systemu stereo niższej jakości to możliwe, że nie usłyszałoby się różnic. Dla audiofila z czujnym uchem, z dużym doświadczeniem, słuchającego na odpowiednim systemie audio w wysokiej rozdzielczości różnice są znaczące pod względem muzycznym, nawet dyskwalifikujące te mniej udane realizacje płytowe.
Innym przykładem tego, jak dwie płyty z identycznymi danymi brzmią inaczej, jest dziwny przypadek kopiowania (w domenie cyfrowej) płyty CD na płytę CD-R (płyta CD nagrana na nagrywarce CD); CD-R brzmi przyjemniej niejednokrotnie niż płyta, z której została wykonana. Mimo że dane są identyczne, sygnał HF (High Frequency, wysoka częstotliwość) CD-R wygląda znacznie lepiej niż sygnał masowo produkowanej płyty CD.

Co jest złem w produkcji płyt CD?

Tworzenie dołków na płycie CD jest bardzo wymagającym procesem. Prawie każdy krok w procesie produkcji CD wpływa na kształt zagłębienia w poliwęglanie pokrytym metalową warstwą, a ten różnicuje sygnał HF (High Frequency) odczytywany z dysku. Jakie czynniki mogłyby wprowadzić to zróżnicowanie?

  1. grubość warstwy fotolitograficznej szklanego wzorca musi być zgodna z małą częścią mikrona, a ta określa głębokość dołka. Ten zaś określa amplitudę sygnału HF. Maska fotolitograficzna musi również mieć jednolitą grubość wokół dysku. W przeciwnym razie głębokość wnęki będzie się różnić i spowoduje modulację amplitudy sygnału HF. Każde zanieczyszczenie fotomaski może spowodować wymazanie dużych obszarów zagłębień, powodując błędy w odzyskanym strumieniu danych.
  2. kształt dołka- wgłębienia na szklanym wzorcu będą słabe co będzie skutkować niskiej jakości sygnałem HF z wyprodukowanej płyty CD. Co więcej, jeśli „master” nie jest jednolity, niektóre doły będą dłuższe, głębsze lub szersze niż inne.
  3. nawet najmniejsza niestabilność obrotowa stołu szklanego wzorca oddala długość wgłębień (dołków) od ich ideału teoretycznego, Niewielki spadek prędkości obrotowej powoduje powstawanie dłuższych dołków, a zwiększenie prędkości obrotowej powoduje nieznacznie zmniejszenie wgłębienia. Niestabilność tego typu powoduje powstawanie jamek o zmiennej długości.

Reasumując- punkty przejścia przez zero są progami logicznymi, w których system rozróżnia  binarne „1” i „0”, a więc zmieniające się długości dołków przesuwają te przejścia przez zero w czasie, wprowadzając fluktuacje w sygnale HF.

  1. jitter (krótkookresowe odchylenie od ustalonych, okresowych charakterystyk sygnału) zawsze był problemem… Gdy specyfikacja CD została skodyfikowana w standardzie „Red Book”, jitter nie był nawet wspomniany, a tym bardziej określony. Obecnie producenci maszyn do masteringu CD twierdzą, że ich modele charakteryzują się „niskim jitterem”, a replikatory płyt zaczynają mierzyć drgania w sygnale HF w ramach procesu zachowania wysokiej jakości produkcji. Firma Philips zaplanowała rewizję (po ponad 15 latach) założeń wpisanych w „Red Book” aby uwzględnić maksymalną dopuszczalną wartość jittera. Ta nowa wartość jest równa 50 nanosekundom- około połowy fluktuacji, która tworzy błąd akceptowalny.
  2. w etapach produkcyjnego formowania płyt CD (przekształcanie wzorca szklanego w tłoczniki) podstawowymi zagrożeniami dla jakości CD są zanieczyszczenia i zadrapania. Biorąc pod uwagę niewielkie rozmiary zagłębień, pyłek byłby niczym straszne uszkodzenie. Wszelkie zadrapania na metalowych elementach również usuwają dane i zwiększają współczynnik błędów płyty.
  3. proces formowania wtryskowego może generować problemy w poliwęglanie. Jednym z nich może stać się zjawisko optyczne zwane „dwójłomnością”, które jest podwójnym załamaniem wiązki odtwarzania spowodowane brakiem jednorodności poliwęglanu. Część wiązki porusza się z inną prędkością i z inną polaryzacją, ze względu na zmiany współczynnika załamania poliwęglanu. Ten zmieniający się współczynnik załamania jest spowodowany naprężeniem na poliwęglanie podczas procesu formowania. Temperatura poliwęglanu i ciśnienie wtrysku muszą być utrzymywane w bardzo wąskich tolerancjach technologicznych, aby nie dopuszczać do „dwójłomności”. „Dwójłomność” można zobaczyć jako prążki lub zawirowania w poliwęglanie.
  4. ekscentryczność tarczy (mimośrodowość tarczy wprowadzona, kiedy dziurkowany jest środkowy otwór stempla), również powstająca podczas procesu formowania płyt CD, powoduje to, że serwomechanizm śledzący transport CD pracuje wyjątkowo ciężko, aby pozostać na dobrej drodze, pobierając dużo prądu z zasilacza. Jeśli ta linia prądowa zasila również inne obwody odtwarzacza to ta wada może wywoływać błędy w innych obwodach. To jeden z powodów, dla których wysokiej klasy odtwarzacze CD używają osobnych stopni zasilania dla układu serwomechanizmu transportu.
  5. niewystarczająco gruba warstwa metalizacji. Jeśli widać cokolwiek przez obszar CD, to na pewno jest nałożona za cienka warstwa aluminium. W wyniku jest niższy współczynnik odbicia, co obniża amplitudę sygnału HF. Pojawiają się też (niekoniecznie w wyniku nieodpowiedniej grubości warstwy) małe dziury w warstwie odblaskowej. Wszelkie niepożądane cząsteczki na powierzchni dysku odpadają, wprowadzając obszary pozbawione powierzchni odbijającej. Te wady tworzą przerwy w sygnale HF i zwiększają wskaźniki błędów płyty. Łatwo sprawdzić, czy są „dziurki”, trzymając dysk nad silnym światłem.
  6. metalizowanie aż do zewnętrznej krawędzi krążka może pozwolić powietrzu dotrzeć do warstwy metalizacji, powodując utlenienie aluminium. Utleniony obszar degraduje sygnał HF, a nawet uniemożliwia odtwarzanie płyty. Proces jest rozciągnięty w czasie. Współczesna produkcja raczej jest wolna od tego typu wady, ale niektóre stare CD z produkcji PolyGram Hannover lub z fabryki  Philips-DuPont Optical (PDO) w Blackburn w Wielkiej Brytanii rdzewiejąc zmieniały kolor na szary lub brązowy (odcień złoty).

Warto wiedzieć:

  • Nadrukowana strona płyty CD jest bardziej wrażliwa niż dolna, ponieważ dziury się pojawiają właśnie po stronie etykiety. Zadrapania lub zanieczyszczenia na dolnej powierzchni są nieostre w stosunku do lasera i rzadziej wywołują błędy. Ale zadrapania na górnej powierzchni mogą zniszczyć duże obszary dołków, a więc i degradację danych.
    Format CD wykorzystuje bardzo skuteczny system wykrywania błędów i ich korekcji, który prawie zawsze zapewnia dużą dokładność odwzorowania w odzyskiwanych danych. System korekcji błędów jest tak skuteczny, że może skorygować do 4000 kolejnych brakujących bitów. Błędy można korygować, bo dane dodatkowe do wymaganych danych są zapisane na dysku CD. Te tak zwane „nadmiarowe” dane są przywoływane gdy brakuje podstawowych danych lub są uszkodzone.
  • Powszechne uważa się, że błędy danych obniżają jakość dźwięku, jednak niekorygowane błędy są rzadkimi zdarzeniami. Nawet wówczas gdy płyta zawiera setki błędów niemożliwych do naprawienia, nie wpłyną na jakiekolwiek aspekty jakości dźwięku, natomiast może się zdarzyć, że słychać kliknięcie lub nieciągłość w miejscu, w którym wystąpił błąd niemożliwy do naprawienia.
  • Nie ma żadnych dowodów na to, że dyski o niższym poziomie błędów (poprawione błędy) brzmią inaczej niż dyski wysokim poziomie błędu. Wszystko, co powoduje różnice w jakości dźwięku pomiędzy płytami CD, nie jest błędem danych.
  • Jeśli błąd jest niemożliwy do naprawienia lub utrata danych jest tak poważna, że system korekcji błędów nie może jej zastąpić poprawnymi danymi, dekoder odpowiedzialny za naprawianie błędów wypełnia brakujące próbki, interpolując (zgadując) dane.
  • Wskaźnik jakości dysku nazywany jest „Block Error Rate” w skrócie- BLER. Wskaźnik ten określa liczbę bloków danych na sekundę zawierających złe symbole na wejściu dekodera błędów. „Czerwona Księga” określa maksymalną jego wartość- powinna wynosić 220 na sekundę (struktura danych CD zawiera 7350 bloków / sekundę). Wysoki BLER wskazuje, że układ optyczny ma trudności z odczytaniem dysku i w konsekwencji wytwarza wiele losowych błędów bitowych.
  • Metalizowane złotem płyty (jak w przypadku opisywanej Zekix Chesky) mają często więcej błędów i gorszą jakość sygnału HF niż wersja z powłoką aluminiową. Nie należy winić złota lub innej powłoki, ale raczej różną zastosowaną technologię lub warunki techniczne produkcji płyt. Ten fakt pokazuje, że badanie sygnału HF nie mówi nic o dźwięku płyty. Lepszym jest analizator jittera, mówiący więcej o sygnale HF.

A więc:
Pewne jest to, że płyty CD zawierające te same „1” i „0” dają różne poziomy jakości dźwięku. Te różnice dźwiękowe nie są spowodowane błędami danych, jak powszechnie się uważa, ale przez inny mechanizm- na przykład przez błąd jitter’a w odzyskanym sygnale HF, który różni się znacznie między płytami CD. Jak to zostało opisane, produkcja CD nie jest jednoznacznym procesem umieszczania binarnych jedynek i zer na plastikowym krążku, ale serią wysoce specjalistycznych procesów, z których każdy wprowadza pewną zmienną sygnału, odczytywaną później z dysku przez transport CD.

Przodujące firmy produkujące płyty CD, chcąc ograniczyć wpływ (nieuniknionych zresztą) błędów produkcyjnych, stara się stworzyć taki format, który z jednej strony będzie doskonalszy, a z drugiej zgodny z normami określonymi w Red Book.

  • K2 HD (K2 High Definition):

Płyty CD opatrzone symbolem K2 HD są produktami, które już w fazie wstępnej- na etapie masteringu, podlegają udoskonaleniom. Technologia K2, opracowana została w laboratoriach JVC Kenwood Victor Entertainment Corporation. Został nazwany na cześć dwóch inżynierów, System został opracowany przez dwóch inżynierów: Kuwaoka i Kanai (stąd w nazwie K2). Technologia ma na celu poprawę jakości dźwięku wraz z upakowaniem danych o wyższej rozdzielczości na płytach CD. Zamiarem inżynierów firmy JVC było przybliżenie dźwięku z CD do tzw. prawdy muzycznej oraz przywrócenie dźwięku do pierwotnego stanu jaki powstał w studio nagraniowym.
K2 zawdzięcza swój rozwój zapotrzebowaniu zgłaszanemu przez inżynierów nagrywających w Victor Studio- stwierdzali istnienie wyraźnej różnicy w jakości dźwięku między oryginalnymi studyjnymi ścieżkami audio i wersjami słuchanymi z kopii CD, mimo że dane cyfrowe nie zmieniają się podczas procesu nanoszenia na krążki CD w czasie produkcji. Inżynierowie z Victor Studio odkryli, że degradacja oryginalnych informacji muzycznych wynikają ze zniekształceń elektrycznych, takich jak drgania i falowanie podczas zapisu i transformacji danych. Kuwai i Kanai, podjęli się znaleźć sposób poprawienia jakości dźwięku danych audio po transformacji. Udaną próbę nazwano „interfejsem K2”, który był pierwszą wersją K2.

Technologię K2 cechują:

  1. Cyfrowa transmisja sygnału wysokiej rozdzielczości, która może być wykorzystywana do poprawy jakości dźwięku podczas procesu transmisji danych poprzez blokowanie sygnału zniekształceń, co może obniżyć jakość dźwięku podczas procesu transmisji. Można to uzyskać podczas gdy sygnał danych przechodzi z nadajnika do odbiornika.
  2. Technologia przetwarzania informacji o wysokiej wierności używana, gdy dane audio zostały już przesłane. W takim przypadku technologia K2 może naprawić uszkodzone dane cyfrowe, aby przywrócić je do pierwotnego stanu. Ta funkcja może być również stosowana do przywracania danych dźwiękowych o wysokiej rozdzielczości (do wartości 100kHz/24-bity), w standardowym formacie CD, modyfikując sygnał. Ta funkcja jest też stosowana w wielu zmodyfikowanych wersjach technologii K2, na przykład netK2 czy K2HD Mastering.

Prace nad tą technologią stały się przełomowe w dążeniu do uczynienia z krążka CD w brzmieniu coś konkurencyjnego płycie analogowej (winylowej). Pierwsze płyty w tym systemie kodowania były przeznaczone wyłącznie na rynek japoński. Zaszczyt wprowadzenia nagrań kodowanych w systemie K2 na rynek międzynarodowy przypadł w udziale Winstonowi Ma, właścicielowi wytwórni FIM. System nie wymaga żadnych specjalnych zmian sprzętowych, bo każdy czytnik CD te płyty odczytuje.

 

  • XRCD (eXtended Resolution Compact Disc):

XRCD, bazując na technologii K2, w procesie masteringu i produkcji wynosi na wyższy poziom zapis na płytach CD. Technologię tę opatentował JVC (Victor Company of Japan, Ltd) do produkcji płyt zgodnych z Redbook Compact. Został wprowadzony po raz pierwszy w 1995 roku. Dane na krążku oznaczonym symbolem XRCD są kodowane jako 16-bitowe, przy częstotliwości 44,1kHz. W związku z tym XRCD można odtwarzać na dowolnym odtwarzaczu płyt kompaktowych. JVC przy ich produkcji wykorzystuje zaawansowane algorytmy aby przenieść analogowy lub cyfrowy źródłowy materiał na dysk dokładnie taki sam jak w przypadku normalnego krążka CD z lat 80.. Firma JVC twierdzi, że dogłębne przeanalizowanie problemu powstawania usterek płyt CD, degradujących dźwięk taśmy studyjnej, pozwoliło zminimalizować te straty.

Proces masteringu polega na poddaniu analogowego materiału źródłowego konwertowaniu na cyfrowy przez 20-bitowy lub 24-bitowy konwerter analogowo-cyfrowy JVC K2. Informacje muzyczne są następnie umieszczane na dysku magneto-optycznym, co w dalszym procesie technologicznym umożliwia redukcję błędów jittera. Sygnał muzyczny na dysku jest konwertowany w dół na 16-bitowy w procesie „super-kodowania” K2. Później optymalizuje się prędkość liniową wzorca szklanego, zapewniając precyzyjne długości wgłębień w celu wyeliminowania fluktuacji. Proces ten jest kontrolowany przez niezwykle precyzyjny zegar Rubidium. Wszystkie płyty CD są ostatecznie stemplowane bezpośrednio od tego szklanego wzorca. Modyfikacje opisanej technologii: XRCD2 i XRCD24, są ulepszonymi wersjami oryginalnego procesu XRCD. XRCD2 zgrywany jest na dysk magnetooptyczny za pośrednictwem cyfrowego regeneratora K2, podczas gdy XRCD24 rozszerza kodowanie z 20 do 24 bitów.

 

  • Super Bit Mapping (SBM):

Firma Sony opracowała proces kształtowania szumów w fazie  masteringu CD co efektywnie pozwoliło przekształcać 20-bitowy sygnał z nagrania nadrzędnego w 16-bitowy sygnał prawie bez utraty jakości dźwięku.  SBM poprawia stosunek sygnału do szumu, czyli dynamikę nagrań umieszczanych na płytach CD.

Przetwarzanie SBM odbywa się w dedykowanym sprzęcie w urządzeniu nagrywającym. Sony wykorzystało fakt, ze w nagrywającym sprzęcie studyjnym spotykane są najczęściej rozdzielczości większe niż te stosowane przy produkcji krążków CD. SBM zaprezentowano na konwencji AES w San Francisco w 1992 roku, a w tym czasie brano pod uwagę jedynie rozdzielczości o wartościach 20 lub 24 bity. Przejście z z takiej rozdzielczości do zapisu 16-bitowego można wykonać poprzez proste zaokrąglenie wartości poszczególnych próbek. W rezultacie powstaje szum kwantyzacji, który ma równomierny rozkład w całym paśmie. Wykonanie rekwantyzacji w taki sposób, aby szum kwantyzacji został uformowany częstotliwościowo jest możliwe, więc co prawda sumaryczna energia szumu pozostanie niezmieniona, ale można zmniejszyć jego wartości w tych obszarach gdzie czułość słuchu jest najwyższa, natomiast zwiększyć w tych gdzie ucho jest mniej czułe. Podobny proces jest stosowany w konwersji DSD na PCM firmy Sony i nosi nazwę SBM Direct.
Sygnał otrzymany po przejściu przez procesor SBM jest zwykłym 16-bitowym sygnałem zgodnym ze specyfikacją CD, nie ma potrzeby stosowania żadnych specjalnych urządzeń przy odtwarzaniu płyt nagranych przy pomocy tego systemu.

 

  • DVD-Audio:

Ścieżki dźwiękowe próbowano z pewnym sukcesem zapisywać na płytach DVD. Na tego typu płytach jest mozliwy zapis sygnału monofonicznego, stereofonicznego, a także przestrzennego (na przykład „5.1”). Rozwiązanie to oferuje również możliwość zapisu dźwięku z różną częstotliwością próbkowania (44,1 / 48 / 88,2 / 96 / 176,4 lub 192 kHz) oraz różną rozdzielczością bitową (16, 20 lub 24 bity). Ponadto istnieje możliwość ustawiania różnej częstotliwości próbkowania oraz rozdzielczości bitowej dla poszczególnych nagrań na płycie oraz w obrębie poszczególnych kanałów systemu 5.1. Format DVD-Audio przewiduje również przenoszenie dodatkowych danych związanych z algorytmem downmixu. DVD-Audio należy do rodziny dysków DVD, a więc pojedyncza płyta może mieć wiele warstw, a nawet dwie strony zawierające materiał audio i wideo. Typową konfiguracją jest jednostronna płyta DVD z zawartością DVD-Video i DVD-Audio.

W pierwszej dekadzie XXI wieku DVD-Audio było promowane przez Warner Music Group, ale w tym samym czasie Sony i Universal Music Group próbowało przeforsować (z dobrym skutkiem jak się później okazało) format SACD. Sony nie promowało SACD wystarczająco aktywnie w Ameryce Północnej, dzięki czemu DVD-Audio zyskało na tym rynku przewagę, natomiast w Europie i Japonii, SACD zyskało więcej sprzymierzeńców. Trzy wytwórnie muzyczne: Universal Music, EMI i Warner Bros. Records oraz kilka mniejszych audiofilskich wytwórni wydały lub nadal wydają albumy na krążkach DVD-Audio, ale liczba ta jest minimalna w porównaniu ze standardowymi płytami CD.

Standardem w tym formacie stał się dźwięk przestrzenny (5.1). Większość domowych odtwarzaczy DVD/DivX nie ma możliwości odtwarzania SACD (z wyjątkiem płyt hybrydowych, w których odtwarzana jest warstwa zwykłego CD-Audio). Dla odtworzenia płyt DVD-Audio, wystarczą co prawda odtwarzacze DVD-Video, ale z punktu widzenia audiofilskiego nie jest to dobry sposób delektowania się muzyką. Rozwiązaniem lepszym okazały się odtwarzacze wielo-formatowe, choć praktyka jednak wskazuje na wyższość specjalistycznych czytników nad uniwersalnymi.

 

  • HDCD (High Definition Compatible Digital):

Ten format kodująco-dekodujący pozwolił na rozszerzenie rozdzielczości uzyskiwanej z nośnika dzięki zapisowi dodatkowych informacji w ramach najmniej znaczącego bitu. HDCD jest w pełni kompatybilne z formatem CD, tzn. płyty HDCD mogą być odtworzone na wszystkich odtwarzaczach, jednak tylko te z możliwością dekodowania HDCD korzystają z zalet systemu. Dodatkowe informacje, jakie niesie nagranie HDCD będą odtworzone przez odtwarzacz bez tego formatu jako bardzo ciche artefakty. HDCD opracowała firma Pacific Microsonics (patent od 2000 roku jest własnością koncernu Microsoft). Proces produkcyjny polega na tym, że nagranie analogowe, z którego ma powstać płyta HDCD jest konwertowane na postać cyfrową z częstotliwością próbkowania 192kHz a następnie sprowadzane do częstotliwości 96kHz. Rozdzielczość utrzymywana jest na poziomie 24 bitów, w końcowym etapie nadaje się materiałowi muzycznemu wymaganą przez standard CD formę 44.1kHz.

W toku produkcji przygotowuje się dane dla dekodera HDCD w procesie łagodnego ograniczenia szczytowych wartości sygnału i kompresji w zakresie cichych dźwięków. Wyjściowy sygnał, o dużej dynamice, jest przygotowany do fizycznego zapisu na płycie CD. Do poprawnego działania systemu HDCD zapisywane są dodatkowe informacje o sposobie, w jaki sygnał został zmodyfikowany i to właśnie one zapisywane są w ramach najmniej znaczącego bitu. Specjalnie do tego celu skonstruowano przetwornik analogowo-cyfrowy kodujący sygnał. W odtwarzaczach wymagany był odpowiedni układ – PMD100 lub PMD 200 (również produkcji Pacific Microsonics), który dekodował sygnał HDCD i pracował jako filtr cyfrowy. Odtwarzacz, który wyposażony jest w dekoder HDCD czyta powyższe informacje i dokonuje rekonstrukcji sygnału rozszerzając zakres dynamiczny. Inne czytniki CD nie mają możliwości zinterpretowania dodatkowych danych, a więc nie wprowadzają żadnych korekt, ale odtwarzają sygnał ze zmienioną informacją dynamiczną.

 

  • DSD (Direct Stream Digital) i SACD (Super Audio Compact Disc):

Firmy Sony i Philips stworzyły system modulacji PDM (Pulse-Density Modulation, modulacja gęstością impulsów) o nazwie- DSD, używanego do cyfrowego kodowania dźwięku. Ten system zastosowany został w formacie SACD (Super Audio Compact Disc). W systemie DSD, w odróżnieniu od systemu PCM, częstotliwość próbkowania nie jest stała i zmienia się w zależności od szybkości narastania funkcji przebiegu, a sygnał zapisywany jest w rozdzielczości 1-bitowej (PCM jest zapisem wielobitowym), co sprawia, że sygnał DSD jest bardzo podobny do sygnału analogowego. Przewaga przetwarzania 1-bitowego polega głównie na braku tzw. filtrów decymacyjnych (tworzących wielobitowe „kawałki” informacji zamiast jednobitowego sygnału strumieniowego). Dzięki systemowi DSD w miejscach, gdzie wymagane jest dokładniejsze opisanie funkcji, otrzymuje się więcej punktów charakterystycznych, czyli sygnał cyfrowy możliwie najdokładniej odzwierciedla analogowy oryginał. Zapis jest cyfrowym sygnałem audio delta-sigma, sekwencją wartości jednobitowych z częstotliwością próbkowania 2,8224 MHz (64-krotność częstotliwości próbkowania CD audio 44,1 kHz, ale tylko przy 1/32768 jego 16-bitowej rozdzielczości). Kształtowanie szumów odbywa się za pomocą 64-krotnego nadpróbkowanego sygnału w celu zmniejszenia zniekształceń spowodowanych niedokładnością kwantyzacji sygnału audio do pojedynczego bitu. DSD to metoda przechowywania sygnału delta-sigma przed zastosowaniem procesu decymacji (przekształcenie sygnału dyskretnego, polegające na zachowaniu co M-tej próbki, a odrzuceniu pozostałych), który konwertuje go na sygnał PCM. Sony i Philips kroczy od pomysłu do pomysłu na zwiększenie atrakcyjności nagrań na kolejnych nowych nośnikach dźwięku i takim jest SACD (Super Audio CD). Format ten był gotowy do udostępnienia już w 1999 i od wstępu założono, że płyty SACD powinny być hybrydowe, z jedną warstwą do odtworzenia w czytniku CD-Audio oraz drugą (właściwą) dla czytnika SACD, co ogranicza pojemność warstwy SACD do ok. 4,7 GB (równa pojedynczej warstwie płyty DVD) w przypadku płyt hybrydowych. Obecnie spotyka się płyty SACD hybrydowe oraz płyty, gdzie obie warstwy zawierają zapis SACD, te ostatnie nie posiadają warstwy CD i nie nadają się do odtwarzania w odtwarzaczach CD-Audio.

Pierwsze czytniki SACD pojawiły się w 1999 roku i były bardzo drogie co na pewno nie przyczyniało się do popularyzacji nowego formatu, choć SACD zyskiwał coraz większe powodzenie w środowisku audiofilów, którzy uznali go za nieporównywalnie bliższy oryginalnemu brzmieniu studyjnemu niż CD-Audio. Dodać trzeba, że liczne testy odsłuchowe przeprowadzane przez rozmaite zespoły profesjonalistów zajmujących się inżynierią dźwięku nie potwierdziły jednakże prawdziwości powyższej opinii.

SACD opiera się na dyskach fizycznie przypominających DVD jako nośniku danych, ale mających strukturę danych przypominającą Compact Disc Digital Audio (zapis strumieniowy z podziałem na sektory, ale bez struktury typowej dla systemu plików, jak w DVD). Formatem audio na dyskach SACD jest Direct Stream Digital (DSD), w przeciwieństwie do Pulse Code Modulation (PCM) stosowanego w płytach CD-Audio, a także DVD-Audio i DVD-Video. Format DSD jest obowiązkowy dla wszystkich dysków SACD, bez możliwości wyboru innego lub zmiany parametrów formatu (w przeciwieństwie do DVD-Audio i DVD-Video).

Dyski SACD mogą występować w trzech odmianach:

  1. single layer– dysk jednowarstwowy z warstwą wysokiej gęstości (High Density, HD), typową dla SACD, możliwy do odtworzenia tylko w urządzeniach zgodnych z SACD,
  2. dual layer– dysk dwuwarstwowy z dwiema warstwami HD, warstwa bliższa czytnikowi może przepuszczać światło przy odpowiednim nastawieniu czytnika, druga warstwa zawsze odbija światło. Ograniczenia przy odtwarzaniu polegają na tym samym jak w przypadku dysku jednowarstwowego,
  3. hybrid– dysk hybrydowy, warstwa dalej położona względem czytnika zawsze odbija światło i jest technicznie zgodna z warstwą typową dla dysków CD, natomiast warstwa bliższa czytnikowi odbija światło przy odpowiednim nastawieniu lasera, umożliwiając odczyt przez urządzenia zgodne z SACD; urządzenia zaprojektowane do odczytu tylko i wyłącznie dysków CD ignorują warstwę pośrednią (światło lasera nie jest przez nią odbite), dzięki czemu możliwy jest odczyt dysku hybrydowego, jak gdyby był „zwykłym” dyskiem CD.

Na płycie SACD dźwięk zapisywany jest w formacie DSD (Direct Stream Digital), ale nie zawsze jest on w tym formacie nagrany, bo można obecnie zastosować trzy formaty: PCM, DSD lub DXD.

Przypomnę:

  • PCM polega on na próbkowaniu dźwięku ze stałą częstotliwością i zapisywaniu go w 16-bitowych słowach, z częstotliwością próbkowania 44,1 kHz. która zapewnia osiąganie częstotliwości zgodnej z możliwościami słuchu u ludzi. Jednak zwolennicy technologii analogowej zarzucają temu formatowi właśnie ograniczenie pasma do 20.kHz oraz ograniczenie dynamiki dźwięku wynikające z zastosowania tzw. poziomów kwantyzacji. Zubożenia te ma częściowo likwidować tzw. HD PCM powstały w latach 90., czyli PCM wysokiej rozdzielczości. Stosuje się w nim częstotliwości próbkowania 96 i 192 kHz oraz 24-bitowe słowa. Daje to teoretyczny zakres dynamiki wynoszący 144 dB (wobec 96 dB 16-bitowego PCM) i jakoby także poprawę jakości dźwięku. Jednak do celu zapisu na płycie SACD w warstwie HD, dźwięk ten musi podlegać konwersji na DSD, czyli tzw. up-samplingowi.
  • DSD także miał na celu poprawę (prawdziwych lub rzekomych) mankamentów PCM. W nowym formacie zastosowano zmienną częstotliwość próbkowania o znacznie wyższej częstotliwości (2,8224 MHz) oraz 1-bitowy zapis tych wartości, rozszerzając tym samym pasmo zapisanego dźwięku. Ten system również miał mankamenty- nazbyt rozszerzone pasmo przenoszenia oraz duże szumy kwantyzacji wysokich częstotliwości, a przecież pozostawała  nadal konieczność konwersji z PCM. Wobec tych problemów producenci przetworników podejmowali próby naprawy tej sytuacji we własnym zakresie. Jednym z pierwszych producentów przetworników DSD był Ed Meitner z EMM-Labs, a obecnie przetworniki dla tego formatu wytwarza już wielu producentów.
  • DXD to format wielobitowy, o częstotliwości próbkowania równej 352.8 kHz, powstały po to by usprawnić edycję materiału zanim zostanie on zapisany w DSD. Podobnie jak w przypadku PCM, dźwięk zarejestrowany i obrobiony w formacie DXD można zapisać na płycie SACD po odpowiedniej konwersji.

Nie wolno zapominać o płytach SACD zawierających materiał dźwiękowy nagrany w technologii analogowej, następnie konwertowany do właściwego tej płycie formatu, na przykład nagrania archiwalne, reedycje zarówno w stereo jak i w multichannel, jak i nowe nagrania analogowe (bo takie powstają i dziś).

Powstają też mutacje formatu DSD:

  • Double-rate DSD,w którym wykorzystuje się dwa razy szybsze próbkowanie DSD wynoszące 5,6448 MHz (nazywane jako DSD128 ponieważ jest 128 razy częstsze niż na płycie CD-Audio). Wdrożenie tego formatu zapoczątkowało zapisy audiofilskie 5,6 MHz m.in. poprzez firmę Opus3.
  • Quad-rate DSD oferuje częstotliwości próbkowania 11,2 MHz, czyli czterokrotnie większe niż w standardowym SACD (określany jako DSD256, bo częstotliwość próbkowania jest 256 razy większa od CD-Audio).
  • Octuple-rate DSD, to dalszy rozwój formatu DSD, który pozwolił na osiągnięcie DSD512 (ośmiokrotnej częstości SACD), z częstotliwością próbkowania 22,5792 MHz (512-krotnie większy od płyty CD), lub alternatywnie 24,576 MHz (512 razy 48 kHz).

W porównaniu z formatem CDDA (Compact Disc Digital Audioformat) SACD pozwala na oznaczenie na dysku 255 utworów (ograniczeniem dla CDDA jest liczba 99). Podobnie jak CDDA, a w przeciwieństwie do DVD-Audio, dysk SACD można odtworzyć bez konieczności wybrania jakichkolwiek pozycji w graficznym menu (jak w DVD-Audio czy DVD-Video). Jednak najciekawszym opcją SACD jest hybrid, składający się z warstwy HD i warstwy CD-Audio- odtworzenie warstwy HD z takiej płyty hybryd możliwe jest jedynie na odtwarzaczach z opcją SACD. Pojemność płyty HD pozwala na umieszczenie materiału dźwiękowego zarówno stereofonicznego (2.0), jak i wielokanałowego. Oznaczenia na płytach SACD informują zwykle o zawartych ścieżkach i formatach, np. Hybrid Multichannel zawierać będzie wersję wielokanałową – zazwyczaj jest to 5.1 lub 5.0 – w warstwie HD oraz wersję stereofoniczną w warstwie HD, jak i w CD-Audio. W celu odtworzenia materiału wielokanałowego, odtwarzacz SACD (podobnie DVD-Audio) musi być wyposażony w przetwornik wielokanałowy oraz osobne wyjścia do wzmacniacza mocy dla wszystkich kanałów. Możliwe są także odtwarzacze SACD odtwarzające jedynie część stereo (2,0) dysku SACD, ignorujące materiał wielokanałowy. Na płycie SACD obok ścieżek dźwiękowych znajdują się także informacje tekstowe, podobna do tzw. CD-text-u, ale zwykle dużo obszerniejsze.

 

Niejako równolegle, z myślą o ułatwieniu audiofilom poszukiwań idealnych realizacji płytowych, zbliżających do wzorca zapisanego na taśmach „matkach”, powstają formaty opracowywane przez niewielkie wytwórnie, które rzeczywiście potrafią zadowolić nawet najbardziej wymagające ucho.

Posłużę się dwoma przykładami- LPCD45 i AMCD™:

  • LPCD45:

LPCD to technologia opracowana przez Aika Yew-Goh, założyciela Hugo Productions. Ten system został opracowany (jak opisuje konstruktor) pozwala słuchaczom doświadczyć analogowego dźwięku winylowych płyt LP ze zwykłego odtwarzacza CD (muszę przyznać, że złudzenie jest rzeczywiście duże, vide art.: „nagrania jakościowo wybitne (część 1)). Aik Yew-Goh, zanim opracował LPCD, przez 20 lat wyprodukował ponad 300 płyt muzycznych, które nie mogły zadawalać gdy porównywał je z taśmami-wzorcami. Różnica w jakości dźwięku była duża, ale próby naprawienia kłopotliwej sytuacji nie nie przynosiły zadowalającego rezultatu. Wreszcie w 2003 roku konstruktor Yew-Goh dokonał szczegółowej analizy różnic brzmieniowych między CD, XRCD, SACD itp., by wskazać powód, dla którego CD i LP różnią się znacznie pod względem jakości tonalnej. Uznał, że ogólny konsensus wśród większości audiofilów polegał na tym, że w porównaniu z płytami LP, CD (w tym 2KCD, XRCD, SACD i DVD-Audio) powinny brzmieć mocno, dynamicznie, a więc z użyciem i kompresji dźwięku. Poza tym brak wypełnienia na niskich i wysokich częstotliwościach powodował ostrzejszą górę, nieelastyczny bas, słabą dynamikę itp. Będąc wielbicielem LP, pan Aik Yew-Goh doskonale zdawał sobie sprawę gdzie należało szukać rezerw technologicznych.
Obecnie produkcja CD z taśmy master wymaga zmiany formatów dźwięku cyfrowego kilka razy w następujących po sobie procesach: Master Tape – Master CDR – Glass Master – Metal Stamper – Pressing – CD. Dwa ostatnie etapy są szczególnie ważne, ponieważ mogą mocniej zdegradować jakość dźwięku niż poprzednie. Audiofil wie, że niezależnie od tego, czy jest to LP czy CD, nagranie w pierwszym etapie zawsze brzmi najlepiej. Prosty eksperyment polegający na powieleniu CD parę razy na nagrywarce w domowych warunkach wykaże, że ostatnia kopia będzie brzmieć znacznie gorzej od oryginalnego CD. Po zidentyfikowaniu problemu cyfrowego zniekształcenia obrazu sesji muzycznej na CD, Aik Yew-Goh skupił się na badaniu swojej koncepcji- LPCD, w dwóch parametrach:

  1. Mastering LPCD:
    Aik Yew-Goh zastosował, zastrzeżone przez firmę HUGO Productions, oprogramowanie do przetwarzania spektrum dźwiękowego w następujących procedurach:
    (a) Wykorzystanie najwyższych specyfikacji do przekształcenia oryginalnej analogowej taśmy wzorcowej w format cyfrowy;
    (b) Upsampling oryginalnego wzorca cyfrowego do najwyższych specyfikacji. Firma dostosowała gęstość tonów, zakres dynamiczny, szerokość pasma itp. za pomocą bardzo precyzyjnego cyfrowego systemu przetwarzania. Cyfrowy master jest zakodowany w formacie CD (16bitów/44,1kHz). Podczas całego tego przetwarzania system cyfrowy działa w optymalnej konfiguracji z najwyższą czystością zasilania prądem przemiennym i wysoce precyzyjnym zegarem cyfrowym klasy militarnej. Wszystkie używane urządzenia były chronione przez specjalny system antywibracyjny, tak aby zapewnić wszystkim komponentom proces produkcyjny wolny od zniekształceń.
    Chociaż sprzęt najwyższej klasy może ułatwiać zadania, to jednak proces masteringu jest nadal bardzo skomplikowanym działaniem ręcznym, który wymaga od inżynierów masteringu skrupulatnego korzystania ze swoich umiejętności i artyzmu na każdym etapie procesu. Nie jest to zatem zwykłe techniczne „przeniesienie” z jednego medium na drugie. Nic więc dziwnego, że mastering LPCD zajmuje około 20. godzin pracy!
  1. Produkcja LPCD:
    Głównym celem w produkcji jest zminimalizowanie zniekształceń sygnału cyfrowego systemu odczytu laserowego wbudowanego w odtwarzacz CD oraz „nadmiernej korekcji” przez system korekcji sygnału. Ponadto, w celu wyeliminowania zmiany kierunku wiązki laserowej stosuje się specjalnie przygotowany materiał. W ten sposób poprawia się dokładność wyjściowego sygnału laserowego, zwiększając stabilność rotacji dysku, zmniejszając częstotliwość trzepotania. Wszystko to pomaga zmniejszyć naciski na serwo-układ CD, który w przeciwnym razie może spowodować utratę i zniekształcenie sygnału.

Po wielu eksperymentach powyższy proces został ostatecznie opracowany i oznakowany symbolem LPCD. To, co jest prezentowane audiofilom, to płyta, która jest wielokrotnie bardziej precyzyjna niż zwykła płyta. W procesach tłoczenia, a także w procesach zmiany formatu cyfrowego wprowadzono reżim technologiczny w celu wyeliminowania wszelkich znacznych zakłóceń dźwięku. Specjalny materiał służy również do zwiększenia trwałości płyty. Jakość nagrań jest rzeczywiście najwyższego poziomu.
Produkty LPCD są podzielone na dwie kategorie: LPCD33 i LPCD45. LPCD33 jest powszechnym produktem CD, natomiast LPCD45 jest najwyższej klasy produktem audiofilskim, zbudowanym na najlepszej specyfikacji CD-R. Konsumenci muszą się upewnić, czy ich odtwarzacze CD potrafią odtwarzać CD-R przed zakupem płyt tej kategorii.

  • AMCD™ (Analog Master Compact Disc)

Poszukiwania analogowego brzmienia zbliżonego do winylowego LP zaprowadziły wdrożenia zgodnego systemu masteringowego AMCD™ i SHO™. Celem nadrzędnym było odtworzenie dzieła muzycznego w takiej postaci w jakiej ją rejestrowano. Skupiono się przede wszystkim na materiale z jakiego zrobiony jest dysk CD. Podstawowy moduł płyty jest z poliwęglanu, ale to warstwy odblaskowe wprowadzają najwięcej błędów odczytu, więc wybrano złoto o czystości 7N, choć może być stosowane srebro o czystości 4N. Jednak trwałość powłoki srebra sięga 100 lat, podczas gdy złota nawet 300. lat. AMCD™ został zaprojektowany dla naszego zastrzeżonego materiału, a zatem przekroczył limity standardu przemysłowego, dzięki czemu jest wyjątkowo stabilny w stosunku do światła, wysokiej temperatury i wysokiej wilgotności względnej (RH). Odtwarzacz CD odczytuje płytę, kierując światło lasera do warstwy metalu, która odbija ją z powrotem do detektora. Jeśli warstwa odblaskowa zostanie w jakikolwiek sposób zmieniona, nie będzie działać zgodnie z oczekiwaniami i płyta nie może zostać prawidłowo odczytana, stąd wybór złota lub srebra. Złoto jest odporne na degradację wywołaną korozją warstwy metalowej (stąd jej wielka długowieczność), Zastosowanie warstwy ochronnej z poliwęglanów bardzo wysokiej jakości (tzw. Aerospace Grade) również zapewnia bardzo dobrą odporność chemiczną, a przy tym jest wystarczająco odporna mechanicznie, aby chronić wrażliwą warstwę metalową przed uszkodzeniem. Jeśli ta warstwa jest niskiej jakości lub nie jest rozprowadzona równomiernie i całkowicie na dysku, bardzo prawdopodobna jest wczesna awaria dysku.

Wszystkie certyfikowane AMCD™ z najniższymi możliwymi błędami mogą występować jako <15 BLER (liczba bloków danych w ciągu sekundy, zawierających złe symbole na wejściu dekodera błędów), gdy standardem jest wartość niższa niż 220 BLER na sekundę. Odtwarzacze CD mogą poprawiać błędy do pewnego momentu, jednak jeśli wystąpi zbyt wiele błędów lub są one zbyt poważne, dysk nie będzie mógł być poprawnie odczytany. Podsumowując, AMCD™ nie jest zwykłym CD ze zmianą li tylko materiału dyskowego lub po przejściu przez jakieś urządzenie redukcji szumów. To efekt kompresji rozdzielczości do 24-bitów dzięki masteringowi SHO™ z rozszerzonym limitem częstotliwości do 192kHz. Rezultatem jest zwyczajny format płyty, zgodny z Redbook, ale z niezwykłą rozdzielczością.

 

  • AAD: Almost Analogue Digital

Chińska firma ABC, która wydawała płyty K2, przygotowywane przez firmę JVC, poszła o krok dalej w świat audiofilski, bo uznała źródło w postaci nieedytowanej analogowej taśmy-matki jako element determinujący muzyczną jakość zapisaną na krążkach CD. Aby zmniejszyć liczbę konwersji i uniknąć dodatkowych zniekształceń, podczas nagrywania płyty używany jest magnetofon STUDER A80 do odtwarzania, a do nagrywania profesjonalna nagrywarka CD NNB CDR-830. Nagrywanie odbywa się w czasie rzeczywistym (1:1).

Firma ABC, w ramach współpracy z niemieckim studiem Golden Ear Studio, opracowało sposób produkcji płyt CD zbliżony do techniki japońskiej, tj. poliwęglan zastąpiony został przez „High Transparent Material” stosowany do produkcji paneli ciekłokrystalicznych. Dodatkowo dolna warstwa została modyfikowana tak, aby lepiej tłumiła drgania (New High Damping Coating CD). Płyty te nazwane zostały HD-Mastering CD. Do wykonywania kopii używa się złotych płyt CD-R HHB lub Quantegy CDR o żywotności 300. lat. Płyty sprzedaje się w tekturowym pudełeczku z wytłoczonymi logotypami i nazwami, wspólnymi dla wszystkich płyt, oraz naklejoną oryginalną kopią-okładki LP, spisem utworów i grzbietem. W środku umieszcza się płytę CD-R w specjalnie usztywnionej kieszeni, katalog oraz certyfikat. Każda kopia podlega bardzo ścisłej kontroli jakości (na przykład nie przekraczać ilości błędów blokowych większej niż 3, gdy norma ogranicza do 200.).
Jakość dźwiękowa jaką można uzyskać z płyt Master CD-R jest bardzo duża, ale należy pamiętać, że niemal zawsze są to kopie z cyfrowych plików „Master”, a w przypadku AAD to zawsze kopia ścieżek z analogowej taśmy-matki. Dźwięk jest dynamiczny, o dużym wolumenie, rozdzielczy, a przede wszystkim naturalny. Ilość informacji cyfrowych wystarczająca by nasycać dźwięk koniecznymi harmonicznymi dla uzyskiwania złudzenia realności. Produkty tej chińskiej firmy są na pewno bardzo konkurencyjne dla produktów AMCD™, LPCD, XRCD czy nawet Crystal Disc.

 

  • Crystal Disc: (Hard Glass CD):

Japoński Memory-Tech oferuje replikowanie płyt CD wykonanych ze szkła zamiast konwencjonalnego poliwęglanu. Wszystkie tytuły wykonane tą technologią są masterowane w procesie K2HD firmy JVC. Proces produkcji, jest zupełnie inny niż konwencjonalnej płyty CD, otóż tradycyjna płyta CD powstaje przez wtłaczanie procesem formowania wtryskowego w maszynie do formowania, natomiast  Crystal Disc jest wytwarzany w procesie fotopolimeryzacji. Produkcja jest skomplikowana i droga. Ceny płyt z okolic 2000$ nie wróżą masowej sprzedaży, ale ostatecznie wyjątkowość tych edycji wynika z faktu, że każdy dysk jest indywidualnie wykonywany na maszynie do laserowego masteringu, a nie replikowany z matrycy. Bardzo upraszczając, proces produkcyjny Crystal Disk’u polega na ręcznym uszlachetnianiu przez Memory-Tech szklanych płytek sprowadzanych z huty szkła. Następnie przechodzi proces polimeryzacji, który tworzy warstwę danych. Cyfrowe otwory metalowej matrycy łatwo i idealnie wypełniane są płynnym polimerem. Na koniec powleka się powierzchnię złotem 24K w celu wytworzenia warstwy odblaskowej. Użycie uszlachetnionego substratu szklanego prawie niweluje efekt dwójłomności, ponadto podłoże szklane prawie nie podlega wpływom zmian temperatury i wilgotności.
Memory-Tech umożliwia porównanie dwu płyt zawierających identyczne dane- jedną wykonaną tradycyjnie z poliwęglanu, a drugą ze szkła. Wciąż powraca pytanie- w jaki sposób dwie płyty zawierające identyczne zera i jedynki brzmią inaczej?

Takie pytanie zadał sobie Robert Harley z  : „Od dawna fascynuje mnie koncepcja, że właściwości optyczne płyty CD mogą wpływać na dźwięk, nawet wtedy gdy strumień danych pozostaje niezmieniony. Moje zainteresowanie tym tematem zaczęło się w połowie lat 80., kiedy pracowałem w laboratorium masteringu CD. Oprócz bycia częścią sześcioosobowego zespołu, który zaprojektował i zbudował maszyny do masteringu CD, moja praca polegała na korelowaniu problemów w replikowanych dyskach z anomaliami na taśmach typu „master” w procesie masteringu. […] Nawiasem mówiąc, znalismy proces tworzenia jednorazowych płyt CD na szklanym podłożu, ale był on używany głównie do sprawdzania programowania płyty CD-ROM w początkach tego formatu (1986). Klient replikacji CD twierdził, że dyski, które zrobiliśmy, brzmiały gorzej od taśmy „matki”. Wykonałem porównanie bit-w-bit pomiędzy taśmą „master” (taśma 3/4 „U-Matic w formacie PCM-1630) a replikowaną płytą za pomocą komputera do wstępnego masteringu CD-ROM. Dla identycznych bitów nie udało mi się zweryfikować twierdzenia klienta, że płyta brzmiała inaczej niż master, ponieważ nie mogłem odsłuchać obu źródeł za pośrednictwem tego samego przetwornika D/A. […] Moi koledzy również odrzucili twierdzenie klienta, [traktując jego słowa] jako zwykłe złudzenie w świetle dokładności bitowej dysku w stosunku do taśmy „master”. Ich zdaniem wykonaliśmy naszą pracę dokładnie […] Niemniej jednak nurtowało mnie to pytanie i wykonałem inną płytę z tej samej taśmy, ale na innej maszynie do masteringu. Klient poinformował, że płyta wykonana z tego drugiego mastera brzmi znacznie lepiej niż pierwsza płyta. Dzięki dwóm płytom CD mogłem teraz samemu się przekonać korzystając z tego samego przetwornika D/A. Klient miał rację; druga płyta brzmiała inaczej- była gładsza, bardziej przestrzenna i mniej „cyfrowa”. Nie opisał różnic w ten sam sposób; dla niego pierwsza płyta po prostu miała mniej muzycznej ekspresji. Nie było różnic produkcyjnych między dyskami; nie wykryto również niemożliwych do naprawienia błędów lub innych problemów, które są rutynowo sprawdzane podczas kontroli jakości CD. Moja ciekawość została rozbudzona- miałem jitter na obu dyskach analizowanych przy użyciu wyspecjalizowanego sprzętu testowego…”

Płyty CD, wykonane z poliwęglanu, wprowadzają zniekształcenia optyczne, które wpływają na odtwarzanie laserowej wiązki (poliwęglan może powodować zjawisko zwane „dwójłomnością”- podwójne załamanie wiązki odtwarzającej wprowadzone przez zmiany współczynnika załamania światła materiału). Zmiany współczynnika załamania spowodowane są zlokalizowanym naprężeniem w poliwęglanie wprowadzonym podczas wtryskowego formowania dysku, a więc wniosek sam się nasuwa- płynny poliwęglan nie przepływał prawidłowo do formy, tworząc obszary, które wprowadzają dwójłomność. Płyta CD ze szklanym podłożem nie cierpi na tę ułomność co w efekcie przemienia się na „inne granie” dysku- szklana płyta brzmi bardziej „analogowo”, natomiast normalny CD z tym samym materiałem muzycznym dał bardziej płaski dźwięk (mniej przestronny) i miał mniej powietrza między obrazami muzycznymi; tekstury instrumentalne były mniej naturalne.

 

  • HQCD (HiQuality CD)

Ten format to jeszcze jeden z tych, który opiera swoją jakość o nowoczesny technologicznie sposób wykonania krążka, bez ingerowania w źródło studyjne (master). Format HQCD zapewnia wysoką jakość dźwięku dzięki zastosowaniu poliwęglanowego tworzywa sztucznego o ulepszonej przezroczystości pochodzącej z technologii produkcji wyświetlaczy LCD, umożliwiającej dokładniejszy odczyt danych z dysku CD, a ponadto specjalny stop jest używany jako materiał warstwy odblaskowej zamiast standardowego aluminium. Płyty CD w formacie HQCD są w pełni kompatybilne ze standardowymi odtwarzaczami CD. Tę technologię opracowała firma Toshiba-EMI jako odpowiedź na SHM-CD firmy JVC/Universal,  , HQCD wykorzystuje specjalnie sformułowany w warstwie odblaskowej.

Połączone efekty, wynikające z zastosowania materiału poliwęglanowego wyższej jakości i amalgamatu, który zapewnia lepszą zdolność odbijania niż aluminium, są bardziej precyzyjne i pozwalają na bardziej wierne odtworzenie wzorca szklanego w fazie prasowania  zmniejszając błędy odczytu podczas odtwarzania. Inżynierowie Toshiba-EMI twierdzi, że te ulepszenia prowadzą do wyższych odczuwanych poziomów głośności, lepszego balansu częstotliwości, wyższej rozdzielczości oraz szerszej i głębszej sceny dźwiękowej.

 

  • UHQCD (Ultimate High Quality CD)

Po sześciu latach od pierwszych prezentacji formatu HQCD, aby odtwarzać dźwięk z jeszcze wyższą jakością firma Memory-Tech (ta sama, która opracowała technologię Crystal Disc) opracowała format Ultimate High Quality CD. Po eksperymentach inżynierowie Memory-Tech zupełnie inaczej podeszli do zadania niż inni producenci. Radykalnie zmienili proces produkcji CD. Zakwestionowali utarte metody produkcji płyt CD, która przez ponad 3 dekady pozostawała w dużej części niezmieniona. Nowo opracowany proces produkcji dysku, wykorzystujący doświadczenia zdobyte przy produkcji płyt Crystal Disc, pozwala ograniczyć zniekształcenia, które wpływają na odtwarzanie wiązki laserowej. Najlepszym sposobem, do czasu opracowania UHQCD, okazało się użycie materiałów wyższej jakości. Przy produkcji krążków HQCD na podłoże używano poliwęglan (przypominam- to rodzaj plastiku) o wysokiej przezroczystości i dużej płynności taki jaki jest stosowany w panelach LCD, natomiast na warstwę odbijającą wybrano nie aluminium lecz unikalny i drogi stop o wysokim współczynniku odbicia. Użycie innych surowców daje pewne ograniczenia, więc podjęto decyzję, że aby osiągnąć dalszą poprawę odtwarzania dźwięku należy poprawić proces produkcji dysku.

Konwencjonalne płyty Audio CD są produkowane przy użyciu techniki formowania wtryskowego w celu utworzenia „wgłębień” danych na materiale z poliwęglanu. Jako matrycę stosuje się metalową płytkę, na której formowane są „dołki” reprezentujące dane źródła dźwięku. Nazywa się ona „stemplem”. Poliwęglan jest topiony w wysokiej temperaturze i wlewany do matrycy w celu odtworzenia wzorca na „stemplach”. Ta metoda jest wydajna, ponieważ umożliwia szybką produkcję, ale nie umożliwia dokładnego lub całkowitego powielenia wgłębień na stemplu. Stopiony plastik- poliwęglan, jest lepki, więc nie może wniknąć całkowicie do każdego „dołka” na „stemplu”. Firma Memory-Tech starała się odtworzyć drobiazgowo wzorzec za pomocą wysokiej jakości poliwęglanu użytego w panelach LCD, ale pełna replikacja okazała się niemożliwa, a przynajmniej bardzo trudna. W opracowanej nowej metodzie użyto fotopolimeru zamiast poliwęglanu do powtórzenia wgłębień stempla. Fotopolimery są cieczami, ale jedną z ich charakterystycznych właściwości jest to, że utwardzają się pod wpływem światła o określonej długości fali i jeśli się wykorzysta tę właściwość, to uzyskuje się replikację bardzo drobnych detali. Fotopolimery w stanie ciekłym są w stanie przeniknąć do najdrobniejszych zakamarków wgłębień na matrycy, dzięki czemu wzór wgłębień jest odtwarzany z wyjątkowo wysoką dokładnością. Wraz z wdrożeniem tej technologii stało się możliwe odtwarzanie dźwięku na poziomie, który do tej pory był niemożliwy (przy użyciu konwencjonalnej technologii produkcji CD).

Japońska firma Memory-Tech wyszła na przeciw audiofilom i opracowała nowy standard płyt kompaktowych, przy zachowaniu kompatybilności z obecnymi odtwarzaczami CD. Warto tez wiedzieć, że płyty UHQCD są dodatkowo kodowane jako MQA (Master Quality Authenticated), więc wystarczy wyprowadzić sygnał cyfrowy z cyfrowego wyjścia odtwarzacza CD (albo zgranego strumienia danych z serwera muzycznego) i podać go do odpowiedniego konwertera MQA DA by wygenerować z danych umieszczonych na tego typu CD 24-bitowy sygnał z częstotliwością próbkowania do 352 kHz.

Poprawianie jakości przekazu muzycznego zakodowanego na standardowych płytach CD wciąż się udaje. Oby to nie były ostatnie próby.

 

*) opracowane w dużej części na podstawie zasobów  oraz 


Wróć do rozdziału 1. artykułu >>