Come è Fatto il Compact Disc

Grazie ad un accordo fra Philips e Sony, nel 1982, nasce il Compact Disc (CD). Il CD è una tipologia di disco ottico utilizzata in diversi campi per la memorizzazione di dati in formato digitale.

Grazie alle innovative caratteristiche rispetto ai supporti audio di grande diffusione dell’epoca, cioè musicassette e dischi in vinile, il CD fu inizialmente utilizzato come nuovo standard per la distribuzione musicale: capacità superiore, formato dei dati digitale e qualità sonora più elevata sono alcune delle peculiarità del CD rispetto agli stadard degli anni ‘80.

Successivamente, nel 1984, il CD fu utilizzato anche come memoria di massa per i calcolatori: il CD-ROM (CD-Read Only Memory, CD di memoria a sola lettura). La sua diffusione dopo l’inizio degli anni 90, fece nascere un nuovo mercato informatico, sviluppo di applicativi e multimedia su CD-ROM, contribuendo in modo significativo alla creazione del calcolatore moderno, dotato di capacità multimediali.

Vediamo il seguente video tratto dalla trasmissione “Come è Fatto”.

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I CD hanno una struttura fisica paragonabile a quella dei dischi in vinile, supporto per la memoirzzazione analogica di segnali analogici, cioè i dati sono memoirzzati lungo un’unica traccia a forma di spirale. Questa organizzazione dei dati è molto diversa da quella dei dischi magnetici (floppy disk e hard disk). La spirale parte dal centro, diversamente dai dischi in vinile, e procede verso l’esterno. Questo consente di avere CD di dimensione più piccola dello stadard: i mini-CD e o i CD a forma di carta di credito.

Sebbene l’accesso ai dati memorizzati sul CD avviene in modo sequenziale e quindi non diretto (come nella memoria RAM), la forma a spirale consente di minimizzare i tempi di lettura.

Il CD-ROM è largo 120 mm con uno spessore di 1,2 mm ed è formato generalmente da quattro o cinque strati di materiale sovrapposti:

• il primo è il substrato in policarbonato trasparente alla luce laser (Substrate);
• il secondo, detto “dye”, presente solo nei CD-R o CD-RW e non nei cd industriali, contiene i dati (Dye Layer) ed è un polimero colorante organico;
• il terzo è disposto a spirale ed è formato da una lega riflettente (Reflective Layer);
• il quarto è necessario alla protezione di quello precedente (Protective Layer);
• il quinto è utilizzato per l’eventuale applicazione di etichette (Label Print).

I dati vengono immagazzinati mediante la creazione di micro-fori (pit) sequenziali nello strato organico, alternati opportunamente alla zona non modificata della superficie riflettente (land). Questa operazione viene effettuata mediante un masterizzatore.

La spirale di cui si è parlato in precedenza, in un CD da 74 minuti compie 22.188 rotazioni intorno al CD. Sono circa 600 giri per millimetro, equivalenti ad una lunghezza di 5 Km se si srotolasse in orizzontale.

La lettura avviene tramite un raggio laser generato da un diodo e focalizzato sul secondo strato del CD, che rileva la presenza dei pit o dei land. Quando il raggio laser incontra un pit esso viene disperso, mentre incontrando un land viene riflesso e attraversando un prisma, deflesso su un diodo rilevatore.

I pit non riflettendo la luce vengono interpretati come segnali “off”, mentre i land sono segnali “on”; successivamente questa sequenza viene convertita in sequenza binaria. La lunga durata quindi non è soltanto dovuta al materiale e alle tecniche di costruzione, ma soprattutto dal fatto che il supporto, nella zona in cui sono contenuti i dati, non entra mai direttamente a contatto fisico con i dispositivi di lettura.

Superata la sua prima diffusione sui personal computer e vista la sua capacità pari a circa 650-700 MB (ancora più grande nei più recenti supporti), si pensò di diffondere il CD come supporto di memorizzazione ad uso comune, superando quello che era il suo principale limite cioè la possibilità di scrittura.

Nacque così il CD-R (CD-Recordable, CD registrabile), la cui scrittura è possibile mediante il masterizzatore, un dispositivo dotato di un raggio laser più potente di un normale lettore, in grado di incidere il CD-R. Il funzionamento di questo infatti riprende quello dei CD-ROM comuni, ma i pit e i land, vengono “simulati” mediante il “dye”.

Questa pellicola, tramite il calore generato dal laser del masterizzatore, modifica la sua trasparenza divenendo al caso opaca (pit) o rimanendo trasparente (land). Da questa differenza rispetto ai CD comuni, nascono i problemi di compatibilità con i lettori più vecchi, che a volte non riescono ad interpretare correttamente la superficie del disco. Per produrre CD che avessero caratteristiche migliori in termini di compatibilità e durata sono state create molte leghe per il secondo strato riflettente, dando origine alla caratteristica colorazione variabile dei CD-R.

Ultimo nato il CD-RW (CD-ReWritable, CD-Riscrivibile) che possiede la caratteristica di poter essere scritto più volte; ciò è possibile mediante un particolare dye. Questo è composto da un materiale cristallino che diviene amorfo al calore del laser e quindi opaco generando un pit. Tramite un riscaldamento prolungato a temperatura più bassa è possibile riportare il materiale allo stato cristallino e quindi nuovamente modificabile. Un CD-RW può generalmente sopportare un migliaio di cicli di scrittura-cancellazione. Tecnicamente i CD-RW usano una tecnologia a cambiamento di fase. Invece di creare dei “pits” e deformazioni nello strato organico registrabile, il materiale di questi ultimi si comporta ben diversamente. Si tratta di una sostanza cristallina ed immerso vi è del materiale magnetico. Al passaggio del laser il calore che viene creato trasforma il materiale in sostanza amorfa semiliquida che lascia libertà di movimento agli aghettini del materiale magnetico e grazie ad un campo magnetico generato dal masterizzatore riscrivibile, vengono direzionati nella posizione corretta per creare i punti e le insenature necessarie all’incisione dei dati.

Questi dischi non possono essere scritti dai masterizzatori normali, non possono essere letti da tutti i lettori, soprattutto quelli un po’ vecchiotti (la riflessione dei CD-RW è lontana dai CD preregistrati e dai CD-R, perciò è necessario un circuito di controllo automatico del guadagno).