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L'HISTOIRE
DU DISQUE
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PARTIE
I : LES DEBUTS DE LA REPRODUCTION DU SON : LE
DISQUE ANALOGIQUE
PARTIE II : LES SUPPORTS OPTIQUES : LE
VIDEODISQUE A LECTURE OPTIQUE, >LE
COMPACT DISC AUDIO NUMERIQUE.
PARTIE II : LES SUPPORTS OPTIQUES.
1982
LE COMPACT DISC AUDIO NUMERIQUE
Fig 1: Les deux formats du CD-Audio (de gauche à droite) : le CD-Single ou 2 titres de 8cm et le CD-Audio classique de 12 cm.
Le CD-AUDIO
ou disque compact audio-numérique à lecture par laser est
sans nul doute le produit de l'électronique grand public le plus
fabuleux de cette fin de siècle. Ecrasant le disque microsillon
qu'il a maintenant relégué aux puces ou chez les nostalgiques
d'une restitution sonore révolue. Mais, ce succès mérité
est le fruit de nombreuses années de recherche sur le disque optique
dont le CD-AUDIO n'est qu'une des multiples
applications actuelles ou futures.
Le lancement du CD sur le marché se déroula fin 1982.
Auparavant, en 1980,PHILIPS
et SONY signent un accord croisé de
licences pour standardiser le disque compact. Le produit est au point
et mesure à cette époque 11 cm. L'anecdote veut que le diamètre
du disque optique passe à 12 cm pour satisfaire Mme MORITA, l'épouse
du président de la société SONY,qui est passionnée
de musique classique et souhaite pouvoir enregistrer la 9éme symphonie
de Beethoven sur une seule face du disque.
1983 marque l'année du grand départ
du CD-audio; en 12 mois, la production s'étend à la plupart
des pays industrialisés du globe.
Mais, ce succès réside dans l'avancée technologique
accomplie. En effet, le disque compact a hérite du vidéodisque
LASERVISION CLV l'essentiel de ses caractéristiques
mécaniques et optiques : une spirale au pas extrêmement étroit
de 1,6 micromètres, la lecture par réflexion au travers
du substrat, la vitesse linéaire constante (CLV), la lecture de
la spirale du centre vers la périphérie.
Fig 2 : Surface d'un CD-Audio observée au microscope électronique, l'écart entre deux sillons (track pitch) est de 1.6 micromètres ( A ) .
Comparaison du CD Audionumérique et du disque Vinyle analogique.
Cette technologie
empruntée au vidéodisque à lecture optique va permettre
de révolutionner la restitution d'une œuvre sonore qui était
auparavant loin d'être parfaite avec le disque vinyle (son certes
chaleureux mais peu défini et craquements intempestifs à
l'écoute).
En effet, les disques PVC (Poly Chlorure de Vinyle)
utilisés depuis 1947, permettait la
restitution du son par l'intermédiaire d'une lecture par contact
d'un sillon spirale qui était gravé sur le disque. Ce sillon
en V possède des flancs formant un angle de 45 degrés avec
la surface du disque mais qui sont perpendiculaires l'un a l'autre. Il
peut y avoir jusqu'à 140 sillons par centimètre, ce nombre
variant selon la puissance de l'enregistrement. Ainsi, un morceau joué
avec force nécessite davantage d'espace car le stylet d'enregistrement
vibre plus et grave des sillons en moins grand nombre mais plus larges.
L'information sonore est gravée en stéréo sur les
deux flancs du sillon de manière analogique : les vibrations sonores,
converties en signaux électriques d'intensité faible et
variable, sont reproduites par un stylet qui vibre et grave un sillon
qui décrit une spirale du bord vers le centre de la surface d'enregistrement.
A la lecture, le phénomène inverse se produit : une pointe
de lecture, appelée communément saphir ou diamant, va ainsi
vibrer en suivant le sillon au gré des variations de ses flancs
et induire un signal électrique analogue permettant d'alimenter
les haut-parleurs et de restituer les vibrations sonores initiales. Mais
cette technique de lecture par contact endommage le disque à chaque
passage provoquant dans les cas extrêmes rayures et autres cassures
irréparables. Ainsi cette méthode de restitution sonore
entraîne une usure prématurée du support et n'apporte
pas une fidélité absolue du message sonore.
La
lecture à faisceau laser réfléchi sur la surface
du disque optique va se faire sans contact mécanique d'où
plus d'usure du support. La surface d'un CD-AUDIO se compose de microcuvettes
alignées le long d'une spirale atteignant près de 5 kilomètres
de long. La distribution des microcuvettes est asservie à une fréquence
d'horloge qui rythme la succession des bits (0 ou 1) porteurs de l'information
numérique enregistrée. Tenant compte du fait que le signal
détecté est significatif, non de la présence d'une
microcuvette, mais de la diffraction de la lumière réfléchie
par le passage d'un flanc sous le pinceau, les ingénieurs de Philips
ont été conduits à n'accorder de signification numérique
qu'à ces seules transitions. Ainsi, c'est le flanc des microcuvettes,
et par suite la dérivée du relief de surface, qui est significative
du digit "1", tandis que les autres éléments de
la surface gravée sont significatifs du digit "0". Lorsque
le disque tourne, le rayon laser qui balaie les creux et les pleins, transmet
ces variations d'intensité à une photodiode recréant
un signal binaire qui va être décodé puis converti
en un signal électrique analogique.
Fig 3 : Structure du Compact Disc a) section du CD le long d'une piste b) signification du signal décodé.
En effet, sur ce support,
l'onde sonore convertie en un signal électrique analogique va être
numériser. Une première étape consiste à échantillonner
ce signal 44100 fois par seconde; c'est à dire à mesurer
et coder la valeur de l'intensité du signal en mots de 16 bits
(de 0 a 65536). Ce signal ainsi codé se résume en une série
de 0 et de 1 .Lors de la codification du signal ,un code autocorrecteur
est ajouté au signal pour éviter tout défaut du débit
numérique. Il est basé sur l'utilisation de deux codes de
Reed-Solomon entrelacés croisés (CIRC) dont l'effet est
de répartir sur une plus grande longueur de la spirale les différents
octets (1 octet= 8,bits ) d'un même mot. Ainsi, il est possible
de corriger parfaitement une erreur allant jusqu'à 3500 bits, soit
une longueur de piste d'environ 2,4 millimètres; au-delà,
c'est par interpolation que l'on parvient à compenser, sans effet
acoustique sensible, des pertes allant jusqu'à 12000 bits, soit
une longueur de piste de 8,5 millimètres. Cette sécurité
permet une restitution parfaite du message sonore après décodage
par un convertisseur numérique/analogique alimenté par le
flot de données (1,5 mégabits/seconde) délivrée
par la photodiode. Cette technique montre la robustesse du numérique
face à l'analogique; le son convertit en nombres peut être
traité, et conduit à un son parfait exempt de parasites
et autres bruits de fond rencontrés dans un signal analogique.
Le CD-AUDIO est gravé sur une face permettant au mélomane
une écoute maximale de 74 minutes (le 33 tours 1/3 ne permettait
que 20 minutes par face soit 40 minutes par disque). Enfin, de par sa
lecture laser, l'accès à une zone du disque est quasi-instantané
et sa lecture sécurisée par différents asservissements
du bloc optique portant la diode laser.
Cet aperçu
technique montre la supériorité du CD face au disque microsillon
et explique l'engouement pour ce support de la part du grand public. Aujourd'hui
l'on peut considérer le CD-AUDIO comme la référence
pour l'audio avec une durée de vie du support estimé à
100 ans en utilisation normale, 10000 ans pour le disque ayant servi à
presser les copies (master).
Cette suprématie ne sera remise en compte que par l'arrivée
d'un support audio-numérique réinscriptible permettant à
qualité égale l'enregistrement et la lecture sans perte
mesurable ou, possédant une reproduction encore plus fine du signal
sonore (échantillonnage plus élevé, ambiophonie multi-canaux,etc...).
Mais pour ne pas provoquer un effondrement du marché, la compatibilité
avec le standard actuel sera de rigueur pour une évolution progressive.
La technique numérique et la lecture laser va ainsi évoluer
et se développer dans le but de combler les amateurs et les "dévoreurs"
de musiques que nous sommes.
2000 Le DVD Audio (Digital Versatile Disc Audio) et le SACD (Super Audio Compact Disc) : ces deux disques optiques vont progressivement concurrencer et remplacer le CD Audio, maître absolu de l'audio grand public depuis 20 ans. Un article technique sur ces futurs supports haute définition sera en ligne prochainement...
