كيف يتم صنع القرص المضغوط

منذ اختراع الفونوغراف في عام 1876 ، كانت الموسيقى مصدرًا شائعًا للترفيه المنزلي. في السنوات الأخيرة ، أصبح القرص المضغوط هو وسيلة التشغيل المفضلة للموسيقى المسجلة.

القرص المضغوط ، أو القرص المضغوط ، هو وسيط تخزين ضوئي به بيانات رقمية مسجلة عليه. يمكن أن تكون البيانات الرقمية في شكل صوت أو فيديو أو معلومات الكمبيوتر. عندما يتم تشغيل القرص المضغوط ، تتم قراءة المعلومات أو اكتشافها بواسطة مصدر ضوء شديد التركيز يسمى الليزر (وبالتالي اسم الوسيط البصري). ستركز هذه المقالة على أقراص الصوت المضغوطة ، والتي تُستخدم لتشغيل الموسيقى المسجلة.

يمكن إرجاع تاريخ القرص المضغوط إلى تطور التكنولوجيا الإلكترونية وخاصة التكنولوجيا الإلكترونية الرقمية في الستينيات. على الرغم من أن التطبيقات الأولى لهذه التقنية لم تكن في منطقة التسجيل ، إلا أنها وجدت استخدامًا متزايدًا في مكونات الصوت مع تطور التكنولوجيا.

خلال نفس الفترة ، بدأت العديد من الشركات في تجربة تخزين المعلومات الضوئية وتكنولوجيا الليزر. من بين هذه الشركات ، حققت الشركات الإلكترونية العملاقة Sony و Philips تقدمًا ملحوظًا في هذا المجال.

بحلول سبعينيات القرن الماضي ، وصلت التقنيات الرقمية والبصرية إلى مستوى يمكن فيه دمجها لتطوير نظام صوتي واحد. قدمت هذه التقنيات حلولًا للتحديات الرئيسية الثلاثة التي يواجهها مطورو الصوت الرقمي.

كان التحدي الأول هو إيجاد طريقة مناسبة لتسجيل الإشارات الصوتية بتنسيق رقمي ، وهي عملية تُعرف باسم تشفير الصوت. تم تطوير طريقة عملية لتشفير الصوت من النظريات التي نشرها C. Shannon في عام 1948. هذه الطريقة ، المعروفة باسم تعديل شفرة النبض (PCM) ، هي تقنية تقوم بأخذ عينات صوت خلال فترة زمنية قصيرة وتحويل العينة إلى عدد القيمة التي يتم تعديلها أو تخزينها بعد ذلك لاسترجاعها لاحقًا.

يتطلب تخزين الإشارات الصوتية في شكل رقمي كمية كبيرة من البيانات. على سبيل المثال ، يتطلب تخزين ثانية واحدة من الموسيقى مليون بت من البيانات. لذلك ، كان التحدي التالي هو العثور على وسيط تخزين مناسب لاستيعاب أي كمية كبيرة من الصوت. جاء حل هذه المشكلة في شكل أقراص ضوئية. يمكن للقرص البصري تخزين كميات كبيرة من البيانات مضغوطة بإحكام معًا. على سبيل المثال ، مليون بت من البيانات على قرص مضغوط يمكن أن تشغل مساحة أصغر من رأس الدبوس. تتم قراءة هذه المعلومات عن طريق شعاع ليزر قادر على التركيز على منطقة ضيقة جدًا تصل إلى 1 / 2500th من البوصة.

كان التحدي الأخير الذي يواجه الصوت الرقمي هو معالجة المعلومات المكدسة بكثافة على الأقراص المضغوطة بسرعة كافية لإنتاج موسيقى مستمرة. تم توفير الحل من خلال تطوير تقنية الدوائر المتكاملة ، والتي تسمح بمعالجة ملايين العمليات الحسابية في ثوانٍ دقيقة فقط.

بحلول أواخر السبعينيات ، تم تطوير مجموعة مشتركة من المعايير لأقراص التخزين الضوئية من خلال الجهود المشتركة لسوني وفيليبس. وافق اتحاد مكون من 35 مصنعًا للأجهزة على اعتماد هذا المعيار في عام 1981 وتم تقديم أول أقراص مدمجة ومشغلات أقراص مضغوطة في السوق في عام 1982.

يتضمن صنع قرص مضغوط تحضير “قرص رئيسي” زجاجي أولاً. ثم يتم ترميز هذا المعلم بالمعلومات المطلوبة ويتم وضعه من خلال سلسلة من خطوات التشكيل الكهربائي. في التشكيل الكهربائي ، يتم ترسيب الطبقات المعدنية على الزجاج الرئيسي باستخدام التيارات الكهربائية. عندما يصبح الإصدار الرئيسي النهائي جاهزًا ، يتم نقل المعلومات الخاصة به إلى قرص بلاستيكي. يتم تطبيق طبقة عاكسة من الألومنيوم ، متبوعة بطبقة واقية من الأكريليك ، وأخيراً الملصق.

مواد أولية

القرص المضغوط عبارة عن جهاز ذو مظهر خادع بسيط مع الأخذ في الاعتبار التكنولوجيا المطلوبة لصنعه. تتكون الأقراص المدمجة من ثلاث طبقات من المواد:
طبقة أساسية مصنوعة من بلاستيك البولي كربونات.
طبقة رقيقة من طلاء الألمنيوم فوق بلاستيك البولي كربونات.
طبقة طلاء أكريليك واقية شفافة فوق طبقة الألمنيوم.

يستخدم بعض المصنّعين طبقة فضية أو حتى ذهبية بدلاً من طبقة الألمنيوم في تصنيع أقراصهم المضغوطة.
التصميم

تم تصميم القرص المضغوط بدقة وفقًا للمعايير الموضوعة من قِبل Sony و Philips من أجل الحفاظ على التوافق العالمي. يبلغ قطر القرص المضغوط 4.72 بوصة (120 ملم) وسمكه 0.047 بوصة (1.2 ملم). يبلغ قطر فتحة التموضع في المنتصف 59 بوصة (15 ملم). يزن القرص المضغوط عادة حوالي 0.53 أونصة (15 جرامًا).

يمكن للقرص المضغوط القياسي تخزين ما يصل إلى 74 دقيقة من البيانات. ومع ذلك ، تحتوي معظم الأقراص المضغوطة على حوالي 50 دقيقة فقط من الموسيقى ، وكلها مسجلة على جانب واحد فقط من القرص المضغوط (الجانب السفلي). تأخذ البيانات المسجلة على القرص المضغوط شكل دوامة مستمرة تبدأ من الداخل وتتحرك للخارج. يتكون هذا المسار اللولبي أو المسار من سلسلة من المسافات البادئة تسمى الحفر ، مفصولة بأقسام تسمى الأراضي. شعاع ليزر صغير يتحرك على طول المسار يعكس الضوء مرة أخرى إلى مستشعر الصورة. يرى المستشعر ضوءًا أكثر عندما يكون على الأرض مما هو عليه في حفرة ، ويتم تحويل هذه الاختلافات في شدة الضوء إلى إشارات كهربائية تمثل الموسيقى المسجلة أصلاً.

عملية التصنيع

يجب تصنيع الأقراص المضغوطة في ظل ظروف نظيفة جدًا وخالية من الغبار في “غرفة نظيفة” ، والتي تظل خالية من جميع جزيئات الغبار تقريبًا. يتم تصفية الهواء في الغرفة خصيصًا لمنع الأوساخ ، ويجب على شاغلي الغرفة ارتداء ملابس خاصة. نظرًا لأن متوسط ​​جسيم الغبار أكبر 100 مرة من متوسط ​​الحفرة ويهبط على قرص مضغوط ، فإن حتى أصغر جزيئات الغبار يمكن أن تجعل القرص عديم الفائدة.
تحضير القرص الرئيسي
1 يتم تسجيل الموسيقى الأصلية أولاً على شريط صوتي رقمي. بعد ذلك ، يتم نقل برنامج الصوت إلى شريط فيديو مقاس 3/4 بوصة (1.9 سم) ، ثم يتم إضافة البيانات (تسمى الرموز الفرعية) المستخدمة لفهرسة الموسيقى وتتبعها إلى البيانات الصوتية الموجودة على الشريط. في هذه المرحلة ، يُطلق على الشريط اسم تمهيدي رئيسي.
2 سيتم استخدام الشريط الرئيسي لإنشاء قرص رئيسي (يسمى أيضًا الزجاج الرئيسي) ، وهو قرص مصنوع من زجاج مُعد خصيصًا. الزجاج مصقول حتى يصبح ناعمًا ومغطى بطبقة من اللاصق وطبقة من مادة مقاومة للضوء. يبلغ قطر القرص حوالي 9.45 بوصة (240 ملم) وسمكه 24 بوصة (ستة ملم). بعد وضع اللاصق ومقاوم الضوء ، تتم معالجة القرص في الفرن.
3 بعد ذلك ، يتم وضع كل من الشريط الرئيسي والقرص الرئيسي في آلة القطع بالليزر المعقدة. يقوم الجهاز بتشغيل برنامج الصوت الموجود على شريط ما قبل الماجستير. أثناء قيامه بذلك ، يتم نقل البرنامج إلى جهاز يسمى مشفر القرص المضغوط ، والذي بدوره يولد إشارة كهربائية. تعمل هذه الإشارة على تشغيل شعاع ليزر ، والذي يكشف أو “يقطع” الأخاديد في طلاء مقاوم للضوء على القرص الزجاجي (القرص الرئيسي).
4 ثم يتم حفر الأخاديد التي تم الكشف عنها بواسطة المواد الكيميائية ؛ ستشكل هذه الأخاديد المحفورة حفرًا على سطح القرص المضغوط. ثم يتم وضع طلاء معدني ، عادة ما يكون فضيًا ، على القرص. يحتوي القرص الرئيسي الآن على المسار الدقيق للحفرة والأرض الذي سيحتوي عليه القرص المضغوط النهائي.
التشكيل الكهربائي
5 بعد الحفر ، يخضع القرص الرئيسي لعملية تسمى التشكيل الكهربائي ، حيث يتم ترسيب طبقة معدنية أخرى مثل النيكل على سطح القرص. تستخدم عبارة “كهربائي” لأن المعدن يترسب باستخدام تيار كهربائي. يتم غمر القرص في محلول إلكتروليتي ، مثل عنصر النيكل ، وعند تطبيق التيار الكهربائي ، تتشكل طبقة من المعدن على القرص الرئيسي. يتم التحكم بدقة في سمك هذه الطبقة المعدنية.
6 بعد ذلك ، يتم سحب الطبقة المعدنية المطبقة حديثًا بعيدًا عن القرص الرئيسي ، والذي يتم وضعه جانبًا. تحتوي الطبقة المعدنية ، أو الأب ، على انطباع سلبي عن مسار القرص الرئيسي ؛ بمعنى آخر ، المسار الموجود على الطبقة المعدنية هو نسخة طبق الأصل من المسار الموجود على القرص الرئيسي ، ولكن في الاتجاه المعاكس.
7 ثم يخضع الأب المعدني لتشكيل كهربائي إضافي لإنتاج واحدة أو أكثر من الأمهات ، وهي مجرد طبقات معدنية لها مرة أخرى انطباعات إيجابية عن مسار القرص الرئيسي الأصلي. باستخدام نفس عملية التشكيل الكهربائي ، تنتج كل أم ابنًا (يُطلق عليه أيضًا الختام) مع انطباع سلبي عن المسار. إنه الابن الذي يتم استخدامه بعد ذلك لإنشاء القرص المضغوط الفعلي.
8 بعد الانفصال عن الأم ، يتم شطف الابن المعدني وتجفيفه وصقله ووضعه في آلة تثقيب تقطع الفتحة المركزية وتشكل القطر الخارجي المطلوب.