CD-levy

Compact Disc
Tyyppi	Optinen levy
Kapasiteetti	700megatavua
Lukumekanismi	780 nm puolijohdelaser
Kirjoitusmekanismi	780 nm puolijohdelaser
Kehittäjä	PhilipsjaSony
Käyttötarkoitus	Digitaalisen äänenjadatantallennus
Lyhenne	CD
Pidennys	Compact Disc
Infobox OK

CDJewel Case-kotelossa.

CD(lyhenne sanoistacompact disc) onoptinen levy,joka käyttäädigitaalistatallennusta.

Levy tuli maailmanlaajuisesti markkinoille vuonna 1983.CD:lle voidaan kirjoittaatietokoneellakäytettävää binääridataa taiääntä,kutenmusiikkia.Kaupallisesti tuotettavissa CD:ssä tieto on valmiiksi kirjoitettuna, eikä niitä voi uudelleenkäyttää tallennukseen. 1990-luvulla yleistyivät kirjoittavat CD-R-asemat tietokoneiden lisälaitteina ja vähän myöhemmin äänentoistolaitteisiin lukeutuvat CD-tallentimet, jotka toimivat samalla periaatteella. Tämä mahdollisti paitsi CD-levyjen käytön oman datan tallennukseen, myös kaupallisten julkaisujen kopiointiin. Myös stereolaitteille valmistettiin tallentavia levysoittimia, jotka mahdollistivat Audio CD -levyjen kopioinnin esimerkiksiC-kasetilta;tämä vaati tyhjän CD-levyn, jossa on merkintä” Digital Audio”.

Historia

1960-luvulla fyysikkoJames T. Russellkehitti ja patentoi digitaalisen optisen tallennus- ja toistomenetelmän (varhaisin patentti US3501586 haettu 1966 ja myönnetty 1970).Vuonna 1971 Eli S. Jacobs palkkasi Russellin ja joukon teknikoita Digital Recording Corporationiin videolevyn kehittämiseen, jonka tuloksena oli 20 minuutin videolevy vuonna 1973.Vuonna 1974 tekniikkaa esiteltiin messuilla ja vuonna 1975 Philipsin edustajat vierailivat julkaistuaan juuri laserlevyn.

CD-levyä kehitettiin 1970-luvun lopulla. CD:n teknisen toiminnan määrittelevästä Red Book -standardista päästiin yhteisymmärrykseen vuonna 1980, ja markkinoille CD:t tulivat syksyllä 1982EuroopassajaJapanissa.Ensimmäinen kuluttajamarkkinoiden CD-soitin, Sony CDP-101, tuli markkinoille Japanissa 1. lokakuuta 1982.Yhdysvalloissalevyt tulivat markkinoille keväällä 1983. Merkittävin tavoite CD:tä kehitettäessä oli äänenlaadun säilyminen, sillävinyylilevytkuluvat jaääninauhatvenyvät. CD kehitettiin alun perin pelkästään äänentoistoon eikä tiedon yleiseen tallennukseen, mihin sitä myöhemmin on myös käytetty. Ensimmäiset yleistä dataa lukevat CD-ROM-asemat tulivat 1985.

Vuoteen 1985 Russellilla oli 26 patenttia liittyen CD-ROM-teknologiaan.Vuonna 1992 Time-Warner ja muut valmistajat sopivat patenttirikkomuksesta ja maksoivat 30 miljoonaa dollaria Russellin työnantajalle.

CD-levylle tallennetun musiikin myyntimäärät Suomessa vuosina 1992–2021

CD:n koon ja kapasiteetin valitsemiseen liittyy useita tarinoita. Yhden version mukaanPhilipsininsinöörien tavoitteena oli alun perin 60 minuutin levy. Hanketta johtanutSonynNorio Ohga kuitenkin esitti, että levylle pitäisi mahtuaBeethovenin 9. sinfonia.Herbert von Karajaninjohtamana kyseinen teos oli 66 minuuttia. Asia tarkistettiin vielä PhilipsinPolygram-tytäryhtiöstä. Sieltä löytyikin tieto, jonka mukaan on olemassa vuodelta 1951 peräisin oleva tallenne, jossa saman teoksen kestoWilhelm Furtwänglerinjohtamana oli 74 minuuttia. Projektiryhmä päätti, että 74 minuuttia on täten sopiva kesto levylle, ja insinöörit laskivat, että levyn halkaisija tulee kasvattaa 12 senttimetriin. Toisen muunnelman mukaan CD-hankkeessa mukana ollutAkio Moritaolisi puolestaan vaatinut Beethovenin 9. mahtumista CD:lle, koska kyseessä oli hänen tai hänen vaimonsa lempiteos. Kolmannen mukaan kapellimestariHerbert von Karajanolisi vaatinut sitä. Tarinoihin ei kuitenkaan ole välttämättä uskomista

Ensimmäinen populaarimusiikin CD-julkaisu oliAbbanThe Visitors-albumi vuonna 1982.Ensimmäisenä suomalaisena CD-julkaisuna puolestaan pidetään yleisestiRiki SorsanKellot ja peilit-levyä (CBS 1984), joka julkaistiin CD:nä vuonna 1985.Kyseinen levy tehtiin kuitenkin fyysisesti Suomen ulkopuolella ja sen julkaisi omistuspohjaltaan ei-suomalainen levy-yhtiö.

Ensimmäiset kirjoittavat CD-R-asemat tulivat ammattilaiskäyttöön vuonna 1991.

CD-levyt eivät sisältäneet minkäänlaistametatietoalevylle tallennetusta musiikista. Soitin osaa näyttää soitettavasta levystä ainoastaan kappaleen järjestysnumeron. Ohjelmoija Ti Kan kehitti 1993 Unixissa toimivaan xmcd-soittimeensa menetelmän tallentaa levyn tiedot paikalliseen tiedostoon ja sittemminInternetinpalvelimelle muille jaettavaksi. CDDB-tietokannasta tuli supersuosittu ja se otettiin käyttöön eri tietokoneille tehdyissä soittimissa. Siitä tuli myöhemminGracenote-yhtiö. Maksulliseksi muuttuneelle CDDB:lle kehitettiin ilmaisia vaihtoehtoja kuten Freedb jaMusicBrainz.

CD-standardia (Red Book) uudistettiin 1990-luvun puolivälin jälkeen, jolloin Sony lisäsi CD Text -laajennoksen. Tämän avulla levylle voi lisätä noin 5000 merkkiä tekstiä (tai 2500kanji-merkkiä) tietoa levyn musiikista, esittäjästä ja kappaleista. Loppuvuoteen 1997 mennessä noin 400 yhtiötä oli lisensoinut tekniikan ja lähes kaikki Sonyn itse tuottamat levyt varustettiin tiedoilla.

Fyysinen rakenne

Optisen luennan toiminta.

CD muodostuu 1,2 millimetriä paksusta ruiskuvaletustapolykarbonaattilevystä,joka on päällystetty ohuella alumiinikerroksella.Alumiininpäällä on suojaava lakkakerros, johon voi myös painaa levyn etiketin, tyypillisestisilkkipaino- taioffset-menetelmällä.

CD:itä valmistetaan eri kokoisina, mutta yleisin koko onhalkaisijaltaan120 millimetriä, joka antaa norminmukaisesti 74 minuutin tallennustilan äänelle ja 650megatavuntilan datalle. Käytännössä CD:n reaalinen tallennuskapasiteetti on kasvanut 700 megatavuun tallennustekniikan kehittyessä. Tämä merkitsee 80 minuutin tallennustilaa äänelle. Nykyään on saatavilla myös 800 Mt:n (90 min) ja jopa 900 Mt:n (100 min) levyjä, mutta nämä vaativat standarditoleranssien hyväksikäyttöä. Sen takia ne eivät välttämättä toimi kunnolla varsinkaan vanhemmissa CD-soittimissa tai asemissa, joten” normaalien” 700 megatavun levyjen käyttö on kaikkein varminta. 1980-luvulla julkaistiin joitakin alun perin tupla-LP:nä ilmestyneitä levyjä noin 70 minuutin pituisina yhden CD:n versioina, joista oli pudotettu osa materiaalista pois.

Tavanomaisen 120 millimetrin kokoisen levyn rinnalle kehitettiin halkaisijaltaan 80 millimetrin kokoinen” Mini-CD”, jolle mahtuu enimmillään dataa 210 megatavua ja ääntä 24 minuuttia. Tätä oli alun perin tarkoitus käyttää 7″ vinyylilevyn tavoin singlejulkaisuissa, mutta tämän sijaan ne julkaistiinkin usein "Maxi-Singleinä", tutummassa 12 cm koossa. Nykyään 8 cm levyä on myös käytetty usein tietotekniikan puolella; laitteiden valmistajat ovat toimittaneet komponenttien (lisäkortit yms.) mukana ajureita sekä muita asennustiedostoja tallennettuna 8 cm:n levylle.

Muita harvinaisempia levytyyppejä ovat eri muotoiset (ja kokoiset) levyt, joiden toimivuus eri soittimissa ei ole taattu. Esimerkiksi autosoittimilla ja muilla kelkattomilla soittimilla levynlatauksessa voi olla ongelmia. Näiden levyjen kapasiteetti vaihtelee koon ja muodon mukaan. Yleisin malli lienee käyntikortin muotoinen levy, joka on saatavilla myös poltettavana versiona.

CD:lle tieto tallennetaan pitkään,spiraalimaiseennystyräjonoon (lukupuolelta nähtynä), joka kiertää levyn sisäreunasta ulkoreunaan. Ura sisältää noin 125 nanometriä korkeita ja 500 nanometriä leveitä kohoumia, joihin tieto tallennetaanbinäärisenä.Nystyrät luetaanaallonpituudeltaan780-nanometriselläpuolijohdelaserillapohjalla olevan polykarbonaattikerroksen läpi. Korkeusero aiheuttaa nystyrästä ja sitä ympäröivästä levystä heijastuvien säteiden välillevaihe-eron,jonka soittimenelektroniikkahavaitsee.

Levyn luku perustuu vakionopeudella tapahtuvaan heijastusmuutoksen tunnistukseen: kunkin nystyrän alku ja loppureuna edustaa ykköstä. Harjanteessa lukusäteen heijastus on huono, tasaisella osuudella heijastus on suuri, näiden kestot edustavat peräkkäisiä nollia aikajanalla. Nystyrän tai tasangon pituus siis määrää peräkkäisten nollien lukumäärän.

Levyä koodattaessa kukin kahdeksan bitin datatavu muunnetaan EFM-modulaatiolla (Eight-to-Fourteen Modulation) 14 bitin pituiseksi koodiksi, jossa kahden ykkösen välissä on vähintään kaksi ja enintään kymmenen nollaa. Lisäksi kooditavut erotetaan toisistaan kolmen bitin liitossanalla. Liitossanalla varmistetaan, ettei peräkkäisten kooditavujen nollien lukumäärä ylitä kymmentä. Yhtä liitosbittiä käytetään tarvittaessa käännösbittinä, jolla datavirran vaihe käännetään DC-komponentin kumuloitumisen estämiseksi. 8-bittisen tavun tallentamiseen käytetty tila vaatii 17 bittiä.

Toistettaessa yksittäisten bittivirheiden korjaus tapahtuu reaaliaikaisesti ristiin lomitetullaReed-Solomon-virheenkorjausmenetelmällä(Cross Interleaved Reed-Solomon Code–CIRC).

Lukunopeuskerroin 1 vastaa 75 datalohkon lukua sekunnissa, ja se on nykyään oletuksena käytössä vain Audio-CD-soittimissa. Muita aliformaatteja tukevat laitteet käyttävät yleensä suurempaa kerrointa, jopa 72 (Kenwoodin kolmen lukupään CD-asema vuodelta 2000).

• Yksi fyysinen datalohko levyllä on 2 560 tavua.
• CD-ROM ja sen johdokset käyttävät joka lohkosta vain 2 048 tavua käyttäjälle näkyvään dataan, loput 512 tavua käytetään muun muassa virheenkorjaukseen.
• Audio-CD:llä” käyttäjän dataa” on 2 352 tavua lohkolla.

Tehdastekoiset CD:t eroavat suuresti CD-R-levyistä. Tehdasvalmisteiset CD:t valmistetaan valamalla, ja data on niissä fyysisesti levyn (etiketti)pinnan kuoppina. Poltettavien levyjen lukupinta on tasainen, ja niiden heijastusmuutokset saadaan aikaan pinnan heijastusominaisuuksia käsittelemällä. Koska kyseessä on lämpökemiallinen reaktio, ei poltettaville levyille voida taata samaa säilyvyyttä kuin tehdasvalmisteisille CD-levyille.

Kopiosuojaukset

CD-standardi ei sisällä mitään kopioinnin estävää mekanismia, mikä tekee CD-levyjen kopioinnista tietokoneen muistiin helppoa. Vuodesta 2002 alkaen jotkin levy-yhtiöt ovat käyttäneet CD:issään omiakopiosuojausmenetelmiään,jotka perustuvat tahallisten virheiden tai muiden CD-ROM-asemaa hämäävien tietojen lisäämiseen levyihin.Suojausten tarkoitus on estää levyjen käyttö tietokoneiden CD-ROM-asemissa, joiden virheidenkorjausjärjestelmä ei siedä virheitä yhtä hyvin kuin tavalliset CD-soittimet. Monet kopiosuojausmenetelmät kuitenkin haittaavat myös levyn toistamista CD-soittimella ja tekevät levyn herkäksi lialle ja naarmuille. Erityisesti autostereoiden CD-soittimissa kopiosuojatut levyt eivät usein toimi. Osa kopiosuojatuista levyistä sisältää niin sanotun” tietokoneilla soitettavan” osion, joka sisältää useimmiten musiikkivideoita ja kopion äänitteen sisällöstä pakatussa ja kopiosuojatussa tiedostomuodossa, jonka äänenlaatu on useimmiten CD-muotoon verrattuna melko huono. Näiden melkein ainaWMA-muodossa olevien tiedostojen yhteensopivuus rajoittuu yleisimpiinkäyttöjärjestelmiin,käytännössäMicrosoft Windowsinuusimpiin versioihin. Usein vaaditaan kuitenkin lisäohjelmien asentamista levyltä, eivätkä levyjen kopiosuojatut tiedostot välttämättä toimi muissamediasoittimissa.Jotkin kopiosuojausmenetelmät asentavat tietokoneeseen ohjelman, joka valvoo levyn käyttöä ja kopiointia.Ohjelma voi myös asentua käyttäjältä lupaa kysymättä ja piiloutua käyttöjärjestelmältä. Tällaisia ohjelmia pidetään yleisesti haittaohjelmina.

CD-standardin kehittäjäPhilipson ilmoittanut, että tällaisia kopiosuojausmenetelmiä käyttäviä CD:itä ei saa markkinoidaCompact Disc Digital Audio-tavaramerkinavulla.

Eräiden pelikonsolien pelilevyissä on käytetty suojauksena esimerkiksi tyhjää levyaluetta tai tietoisesti virheellisiksi kirjoitettuja lohkoja (tarkistussumma ei täsmää sisältöön) jotka on merkitty kuuluvaksi levyn tiedostorakenteeseen. Konsolin ohjelmisto osaa kiertää nämä, mutta useimmat kopiointiohjelmat eivät. Tyhjä alue haittaa levyn lukemista ylipäätään ja” virheelliset” lohkot käytännössä estävät kopioinnin erillisinä tiedostoina.

Äänenlaatu

Kehitysvaiheen aikana digitaaliseksi signaalinresoluutioksisovittiin 16bittiäjanäytteenottotaajuudeksi44,1kHz.Tästä syystä CD:nsignaalidynamiikkaon korkeintaan 96 dB jataajuusvasteulottuu 22,1 kHz saakka. Sovittu standardi pohjautui 1980-luvun alun tekniikkaan, sen ajan rajoituksiin ja silloiseen tietoon musiikin virheettömään toistoon tarvittavastaäänenlaadusta.Suuri yleisö ei ole kuitenkaan valittanut CD:n äänenlaadusta.

Joissakin levyissä käytetään merkintää, joka ilmaisee millä tavalla levyt on tuotettu.

• AAD(” analog, analog, digital” ), eli materiaali nauhoitettu alun perin analogisella laitteistolla, sekä masteroitu analogisesti, mutta siirto on tehty digitaalisesti.
• ADD(” analog, digital, digital” ), sama kuin edellä, mutta masterointi on toteutettu digitaalisesti.
• DDD(” digital, digital, digital” ), kaikki vaiheet on tehty täysin digitaalisesti.

CD-formaatteja

CD-ROM

• Compact Disc – Read-Only Memory
• CD-tietolevy tunnetaan arkikielisellä nimellä” romppu”, mutta nykyään tämä nimitys käsittää myös kirjoitusta tukevat CD-R ja CD-RW -mediat.
• Tietokoneissa käytettävä datan talletuslevy, jota voi ainoastaan lukea
• Kapasiteetti normaalisti 650–700megatavua,vastaa noin 520:tä 3,5 "levykettä (1,406 megatavua)
• Ohjelmien ja muun datan tallennukseen, levitykseen ja asennukseen
• tiedostojärjestelmänstandardiISO 9660

Audio-CD

• Äänidatan yleisin levitysformaatti
• Sisältää noin 74 minuuttia kaksikanavaistaPCM-koodattua ääntä. Se on tallennettu 16 bitin resoluutiolla, sekä 44 100 Hz näytteenottotaajuudella. Bittinopeus on 1411,2 kbit/s. Sisältää Reed–Solomon -virheenkorjausjärjestelmän.

CD-R

• Compact Disc – Recordable
• Kuten CD-ROM tai Audio-CD, mutta myydään tyhjänä aihiona ja voidaan kirjoittaa kerran kirjoittavalla CD-R-asemalla tai CD-R-äänitallentimella. Tietoa voidaan lisätä, kunnes levy täyttyy, mutta levyä ei voi tyhjentää eikä siis aikaisemmin tallennettua tietoa poistaa. Toimivat yleensä hyvin vanhoissakin soittimissa. Jotkin soittimet kuitenkin toistavat vain tiettyjen valmistajien levyjä, ja ne on hyvä polttaa hitaalla nopeudella.

CD-RW

• Compact Disc – ReWritable
• Kuten CD-R, mutta voidaan tyhjentää ja käyttää uudelleen. Pakettitallennuksen kanssa levyä voi käyttää kuinkorppua,eli tiedostoja voi lisätä ja poistaa tyhjentämättä koko levyä.
• Levyn voi kirjoittaa noin tuhat kertaa, olettaen että sen fyysinen kunto säilyy riittävänä. Likaantuneen tai naarmuttuneen levyn kirjoittamisyritys voi kuitenkin tehdä koko levyn käyttökelvottomaksi.
• Ei toimi läheskään kaikissa vanhoissa CD-soittimissa eikä liioin vanhimmissa DVD-soittimissa joissa ei ole CD-RW tai MultiRead -merkintää.
• Yleisin kapaiseetti: 700MB (80 min.)

Video CD

Pääartikkeli:Video CD

• DVD:tä edeltänyt standardi videodatan (esimerkiksielokuvien) tallennukseen CD:illeMPEG-1-muodossa.
• Heikompi kuvanlaatu kuinVHS-kasetilla.
• Standardipakkauksella kuvaa ja ääntä mahtuu levylle noin 74–80 minuuttia.
• Voidaan toistaa tietokoneella, Video CD -soittimella (harvinainen Euroopassa) ja useimmilla DVD-soittimilla.
• Pohjaformaattina voi olla valmis painettu CD-ROM tai kuluttajan itse kirjoittama CD-R.

SVCD

• Super video CD
• Kuten Video-CD, mutta käyttääMPEG-2-enkoodausta,joka on käytössä myös DVD:issä
• Kuvan resoluutio 480 × 576 (PALalueella) ja bittinopeus maksimissaan 2,6 mbit/s, joten laadultaan parempi kuin Video-CD, mutta huonompi kuin DVD.
• Standardipakkauksella kuvaa ja ääntä mahtuu yhdelle levylle 50–60 minuuttia.
• Voidaan toistaa muun muassa tietokoneissa tai uudemmissa DVD-soittimissa.
• Pohjaformaattina voi olla valmis painettu CD-ROM tai kuluttajan itse kirjoittama CD-R.

SACD

Pääartikkeli:Super Audio CD

• Super audio CD,vuonna 1999 esitelty formaatti ja standardi äänen levitykseen.
• Mahdollistaa teknisesti korkeamman äänenlaadun ja monikanavaisen äänen, mutta yleensä sokkotesteissä eroa Audio-CD:n äänenlaatuun ei ole huomattu.
• Ääni on koodattu käyttäen 1-bittistä DSD-menetelmää, joka käyttää 2,8224 MHz näytteenottotaajuutta, ja jonka bittinopeus on 2,8 Mb/s.
• Kaksikanavaisen äänen soittoaika 74 min.
• Optisella tasolla muistuttaa DVD:tä.
• Levitetään usein hybridilevynä, jossa on kaksi kerrosta. Tällainen levy toimii perinteisissä CD-soittimissa CD:nä ja SACD-soittimissa SACD:nä.

Aiheesta muualla

• Tietoa CD-levystä sfnet.harrastus.audio+video usein kysytyt kysymykset sivulla
• Fiilin, Teemu:Syrjäytyvän cd:n raju tilitys: “Ihmiset eivät välitä enää maksaa meistä musiikkiformaateista”.Rumba.fi 12.2.2015.
• Teiskonlahti, Kirsi:Levyt sinnittelevät digiajassa(Arkistoitu– Internet Archive).Utain7.12.2016.