Guida: Come funziona un CD – Dal segnale analogico agli uno e agli zero – e viceversa

In questa guida esploreremo la struttura di un CD, il processo di produzione e il percorso del suono dal segnale analogico al formato digitale e viceversa.

Struttura del CD

Un CD è un disco convenzionale con un diametro di 120 millimetri, del peso di circa 16 grammi e costituito da quattro strati. Lo strato inferiore (1) è un disco di policarbonato stampato a iniezione dello spessore di 1,2 millimetri su cui sono memorizzati i dati. Questo è a sua volta rivestito da un sottile strato di alluminio (2), la cui funzione è quella di riflettere il raggio del laser a semiconduttore (3) del meccanismo di lettura del lettore CD sul sensore di lettura. Sopra questo strato si trova uno strato di vernice protettiva (4), che previene l'ossidazione, e sopra di esso si trova lo strato superiore (5), sul quale viene tipicamente stampata l'etichetta del disco mediante serigrafia o stampa offset.
Sebbene, in generale, un CD, se maneggiato correttamente, sia più resistente di un vinile o di una cassetta, non è completamente immune ai danni. Se maneggiato e conservato con cura, un CD di alta qualità prodotto in fabbrica può durare decenni senza alcuna perdita di qualità del suono. Tuttavia, graffi, polvere e crepe possono rendere un disco inutilizzabile.

Come viene realizzato un CD musicale

In pratica, la produzione di un disco audio in formato CD precede di molto la creazione della musica, e solo nelle fasi finali, durante la masterizzazione, si tengono in considerazione le caratteristiche tecniche del formato CD. In pratica, ciò significa convertire i file musicali per renderli conformi allo standard CD, ovvero a una profondità di 16 bit e una frequenza di campionamento di 44,1 kilohertz. Poiché le registrazioni odierne sono prevalentemente digitali, tutto il materiale viene convertito da analogico a digitale già durante la fase di registrazione.
Al termine della produzione, il masterizzatore crea solitamente un pacchetto DDP (Disc Description Protocol) dell'intero disco, che specifica, ad esempio, la durata esatta delle tracce, le pause tra di esse e altri dettagli tecnici. Questo pacchetto viene inviato a un duplicatore di CD, dove viene trasformato nel cosiddetto disco master. Nel caso di un duplicatore di CD professionale e di grandi dimensioni, il disco master viene solitamente realizzato con un laser su una lastra di vetro, che a sua volta viene utilizzata come una sorta di timbro durante la duplicazione dei CD destinati alla vendita.

Per duplicare i CD destinati alla vendita si utilizza un disco master in vetro.

Il contenuto si trasforma in musica

All'interno di ogni lettore CD sono presenti alcuni componenti di base, i più importanti dei quali sono il meccanismo di rotazione e di lettura. In pratica, quest'ultimo è costituito da un piccolo laser a semiconduttore e da una fotocellula con lenti e prismi. Quando si inserisce un CD nel lettore e si preme il pulsante di riproduzione, il meccanismo di rotazione si avvia e inizialmente fa girare il disco a circa 500 giri al minuto. Contemporaneamente, il laser e la fotocellula si dirigono verso il centro del disco (la direzione di lettura di un CD è invertita rispetto al vinile, ovvero inizia dall'interno e procede verso l'esterno) e si spostano verso la fine, traccia per traccia, momento in cui anche la velocità di rotazione del disco rallenta a 200 giri al minuto.
La lettura effettiva del disco avviene quando un raggio laser colpisce le microscopiche cavità e le zone piatte presenti sulla superficie del disco. Di queste aree, le zone piatte riflettono il raggio laser verso il sensore, mentre le cavità non lo fanno.
Ogni volta che il raggio laser si riflette su una superficie piana, la fotocellula lo rileva e invia un breve impulso di corrente elettrica al microcircuito, che lo interpreta come un valore di 1. Se, invece, il raggio laser si riflette su una cavità, la fotocellula non lo rileva e non fa nulla, nel qual caso il microcircuito lo interpreta come un valore di 0. Questa variazione dei due valori si ripete per tutta la durata della rotazione del disco e, sulla base di essa, il microcircuito del lettore CD interpreta la sequenza di numeri binari registrata sul disco durante la produzione, un flusso a spirale di miliardi di uno e zero.
Per convertire una stringa binaria in musica, è necessario un convertitore digitale-analogico (DA), presente nella maggior parte dei lettori CD, ma non in tutti (il convertitore DA può anche essere un dispositivo separato o integrato in un altro dispositivo nella catena di riproduzione). La conversione DA, in breve, è il processo di conversione di un'astrazione digitale in una forma analogica tangibile. Una volta avvenuta la conversione, il convertitore DA invia il segnale analogico più o meno direttamente a un amplificatore e agli altoparlanti per la riproduzione. Il risultato finale è la musica udibile.

Un primo piano della superficie di lettura di un CD. Una matrice a spirale composta da miliardi di punti e solchi uniformi contiene i dati in formato binario. Il motore di lettura del lettore CD li invia a un microcircuito e a un convertitore digitale-analogico (DAC) per l'interpretazione.