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• Andrea Navarro

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Curso de Audio Básico CD 1 Rev. Dic2004

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INDICE CAPITULO 1: CONCEPTOS DE AUDIO..........….......2 1.1 Sonido…………………………............2 1.2 Frecuencia……………………………..2 1.3 Decibel……………………………........2 1.4 Intensidad………………………………3 1.5 Acústica………………………....……..3 1.6 Distorsión……………………….….......3 1.7 Wow & flutter………………….……….3 1.8 Rango dinámico………………….……3 1.9 Psicoacústica…………………….…….6 1.9.1Sonoridad………………………….…..6 1.9.2Ancho de banda critico………….…...7

3.2.1 Proceso de diseño de un CD…………..10 3.2.1.1Producción del CD…...………………..14 3.2.1.2 Troquelado del CD…………………...15 3.2.1.3 Información adicional en el CD……...15 3.2.2 Proceso de grabación de un CD………16 3.2.2.1Canal Q………………………………….20 3.2.3 Proceso de producción de un CD……..22 3.2.3.1 Descripción del bloque óptico de CD 23 3.2.3.2 Los servo circuitos……………………..27 3.2.3.3 Procesamiento de señal……………….32

CAPITULO 2: AUDIO DIGITAL….……8

CAPITULO 4: ESTANDARES DE UN MD 35

2.1 Muestreo….…………….………………8 2.2 Cuantificación…………………………..8 2.3 Ruido………………………………........9 2.4 Alta fidelidad (Hi-Fi)………………..…..9

4.1Características generales de un MD……….35 4.2 Diseño, grabación y reproducción (MD)…..38 4.2.1Proceso de diseño de un (MD)……………38 4.2.2 Proceso de grabación de un (MD)……….39 4.2.3Proceso de reproducción de un (MD)……41

CAPITULO 3: ESTANDARES DEL CD……..…......….9 3.1 Características generales de un CD…9 3.2 Diseño, grabación y reproducción…..10

CAPITULO 5: TENDENCIAS….…..………..45 5.1 Súper audio CD “SACD”………..…………..45 5.2 Super bit Mapping Direct, direct SBM………46

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APENDICE A: Señales y ajustes de CD…………..48 APENDICE B: Bloques ópticos (CD Y MD) Comparativa………………………….50 APENDICE C: Circuitos básicos: El PLL…………..50 APENDICE D: Secuencia lógica de operación De los servo mecanismos…………..51 BIBLIOGRAFIA………………………52

Elaboró: ING. MIGUEL ECHEVERRÍA DE ITURBIDE Edición: ING. IVAN DANIEL MEDINA JACOBO Revisión 04: ING. ALBERTO HERNANDEZ MENDOZA "TODOS LOS DERECHOS RESERVADOS A FAVOR DE SONY COMERCIO DE MEXICO, S.A. DE C.V., PROHIBIDA SU REPRODUCCION, UTILIZACION Y/O ADAPTACION TOTAL O PARCIAL POR CUALQUIER MEDIO CONOCIDO O POR CONOCERSE CON FINES COMERCIALES Y/O ACADEMICOS, CIENTIFICOS Y/O DE INVESTIGACIÓN, LA VIOLACION A DICHA PROHIBICION CONSTITUYE UN DELITO GRAVE, ASI COMO DIVERSAS INFRACCIONES A LA LEY FEDERAL DEL DERECHO DE AUTOR”

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1.- CONCEPTOS DE AUDIO 1.1.- Sonido El sonido es una onda de variación rápida en la presión dentro de un medio. Usualmente, le llamamos sonido audible a la sensación (percibida por el oído) de cambios rápidos muy pequeños en la presión del aire por arriba y por debajo de un valor estático. Dicho valor es la presión atmosférica (alrededor de 100,000 Pascales). El sonido es producido por vibraciones mecánicas. Estas se transmiten por el aire y llegan al oído, en donde son procesadas por el cerebro.

1.2.- Frecuencia Los sonidos, por su frecuencia, se clasifican de la siguiente manera: Graves (bajo, voz masculina): Estos sonidos tienen una frecuencia de 20 Hz a 300 Hz. Medios (voz masculina y femenina, violines, guitarra): Sonidos de 300 Hz a 3000 Hz. Agudos (timbales, píccolo, platillos): Sonidos de 3,000 Hz a 20,000 Hz El oído humano promedio, puede escuchar de 20 Hz a 20 KHz y en un rango de intensidad de 130 dB.

1.3 Decibel El decibel es una unidad logarítmica usada en varias disciplinas de la ciencia. En todos los casos es usada para comparar una cantidad con un valor de referencia. Usualmente, el valor de referencia es el valor de menor amplitud encontrado de la señal a medir (aunque puede usarse el nivel más alto). En acústica, el decibel es mayormente usado para comparar la presión del sonido, en el aire, con una presión de referencia. Las razones por las que se utiliza la escala dB (decibeles) son dos: primero, porque en acústica las cantidades a medir de interés frecuentemente muestran rangos tan altos de variación que la escala dB es más conveniente que la escala linear. Y segunda, porque el oído humano interpreta el volumen en una escala mucho más cercana a la escala logarítmica que a la escala linear. Como dato particular, se debe de evitar cualquier exposición sin protección a sonidos con niveles por encima de los 100dB, ya que el daño al oído es acumulable e irreversible.

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Texto de entrenamiento 1.4.- Intensidad Si tomamos como referencia el nivel menor de las señales de audio, el sonido más leve en intensidad que podemos escuchar se dice que tiene 0dB (cero decibeles) y el sonido que, por su alta potencia nos produce dolor es de 130 dB. Una conversación normal tendría aproximadamente 60 dB y la música fuerte en una fiesta tiene aproximadamente 70 dB. En la tabla 1.1 se muestran, a manera de ejemplo, los niveles tanto en wats por centímetro cuadrado como en dB de distintos eventos cotidianos. Tabla 1.1

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1.5.- Acústica Por acústica se entiende el estudio del sonido y su interacción con el medio ambiente. Estudia cómo afecta el medio ambiente al sonido. 1.6.- Distorsión Se conoce por distorsión a cualquier cambio que sufre una onda en su concepción natural. Nos dice si el sonido se ha modificado del original. 1.7.- Wow & Flutter Es distorsión que aparece debido a la inestabilidad de los motores que transportan la cinta o que mueven el CD o la tornamesa. Se mide en un porcentaje de variación. Suele ser menor al 1%. 1.8.- Rango dinámico El rango dinámico de un sistema de audio se define como la diferencia en decibeles entre el nivel máximo de sonido que se procesa sin distorsión, y el nivel mínimo de sonido que puede ser detectado al final del proceso. Imaginemos que se hacen varias grabaciones en donde el sonido a grabar es un tono puro, al que se va aumentando progresivamente la intensidad al pasar de una grabación a otra (figura 1.1). Al hacer la reproducción de cada grabación subiendo el volumen hasta el máximo, encontraremos que para las grabaciones más fuertes (figura 1.1.e) el sonido reproducido se escucha distorsionado (recortado). Mientras que en las grabaciones más débiles (figura 1.1.a) el ruido que se mete en el sistema hace imposible distinguir al sonido original.

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Figura 1.1

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Texto de entrenamiento El cálculo del rango dinámico se reduce a una simple resta entre máximo sonido que pasa sin distorsión y el mínimo sonido que puede distinguirse (aún con ruido): Rango dinámico = Max (dB) -Min (dB) Ya que el nivel mínimo del sonido que puede distinguirse es comparable al ruido que se adiciona en el proceso, podemos decir lo siguiente:

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amplitudes de las componentes del sonido. El oído humano es capaz de oír sonidos con frecuencias entre los 20 Hz y los 20KHz. Sin embargo, el rango entre los 2KHz y los 5KHz es más perceptible, siendo que a medida que la frecuencia disminuye y se acerca a 20 Hz la sonoridad disminuye drásticamente. Lo mismo ocurre a medida que la frecuencia aumenta y se acerca a 20 KHz.

Rango dinámico = Max sonido que pasa sin distorsión (dB) -Ruido (dB) De lo cual, podemos concluir que siempre que comparemos dos sistemas de grabación reproducción, el ruido será menos perceptible en el sistema que tenga mayor rango dinámico. 1.9.- Psicoacústica No obstante las dimensiones físicas del sonido, la percepción que finalmente se tiene de un sonido depende de las características de sistema auditivo y psicológico del que escucha. De hecho, el ser humano tiene mayor sensibilidad a unas frecuencias que a otras, además de que suele "enmascarar" ciertos sonidos y no les presta atención. Por ejemplo, cuando estamos charlando con alguien no nos importa la música de fondo y prácticamente la anulamos. A continuación se describen los términos más comunes empleados en la descripción del sonido percibido. 1.9.1 Sonoridad Se define como la sensación de la magnitud del sonido. La percepción de la sonoridad depende principalmente de las

Figura 1.2

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En la figura 1.2 se ilustra que un sonido con una frecuencia de 4KHz es percibido como "más fuerte" que uno con frecuencia de 15KHz, aún cuando ambos tengan la misma intensidad (W)

1.9.2.- Ancho de banda crítico La figura 1.3 se muestra un generador de señal de audio que provee una señal compleja que tiene un número indeterminado de componentes de frecuencia, igualmente espaciadas. Esta señal de audio entra a un ecualizador en tres situaciones distintas: a, b y c. Mientras el ancho de banda no supere un límite conocido como ancho de banda crítico (situación "a" y "b"), el sonido parecerá que no cambia de sonoridad. Cuando el ancho de banda supera al ancho de banda crítico (situación "c") el sonido se percibe más fuerte, es más sonoro. El efecto que hace que la sonoridad dependa del ancho de banda, es conocido como 'suma de sonoridades'.

Figura 1.3

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Texto de entrenamiento 2.- AUDIO DIGITAL 2.1.- Muestreo El muestreo es el registro parcial de un conjunto de datos. Aplicado al muestreo de una señal de audio, que varía con el tiempo, el muestreo consiste en la medición intermitente, discontinua, de la señal. En la figura 2.1 se muestra el proceso básico seguido por una señal de audio (o cualquier otro tipo de señal) para ser convertida en una secuencia de sus muestras. A esta secuencia de muestras la conoceremos como señal modulada por amplitud de pulso, o sencillamente señal PAM (Pulse Amplitud Modulation)

Figura2.1

Audio Básico 2.2.- Cuantificación En la figura 2.2 se muestra el proceso básico de cuantificación. En este proceso, la señal es muestreada y convertida a señal PAM. Los pulsos de la señal PAM son medidos y registrados a medida que van apareciendo. Al proceso de medición de un pulso y su conversión a un patrón numérico de 1's y 0's (número binario) se le conoce conversión análogo-digital, abreviadamente A/D. El conjunto de datos generados por el convertidor A/D recibe el nombre de señal PCM (Pulse Code Modulation). Cabe señalar que los valores numéricos (PCM) pueden ser almacenados en un medio eléctrico (memoria), magnético (cinta) u óptico (CD).

Figura 2.2

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Texto de entrenamiento 2.3.- El Ruido

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3.- ESTÁNDARES DEL CD.

El ruido puede incluirse en el sistema de grabación, en el medio de grabación o en el sistema de reproducción, según se ilustra en la figura 2.3. El ruido que se incluye en los sistemas de grabación y reproducción se ataca por diversos métodos, entre los cuales podemos mencionar: mejorando los elementos eléctricos empleados, aislando a los circuitos contra radiaciones electromagnéticas externas e internas, diseñando mejores circuitos etc.

Figura 2.3 2.4.- Alta Fidelidad (Hi – Fi) La alta fidelidad o Hi-Fi (High Fidelity), se distingue por ciertas características que permiten una calidad del sonido superior a la normal, entre ellas podemos mencionar las siguientes: Rango dinámico mayor a 90 dB Repuesta a la frecuencia de 30 Hz hasta 16 KHz Wow & Flutter inapreciable THD (Total Harmonic Distorsion) menor a 1%.

3.1.- Características generales de un CD El disco compacto (CD) es un formato de audio digital que consiste de un disco de 12 cm de diámetro. Normalmente permite grabar 60 minutos de audio, pero pueden almacenarse hasta 74 minutos como máximo. Su capacidad es de 650 MB y no es grabable (CD de audio) Entre las principales características del CD, podemos enumerar las siguientes: calidad, durabilidad excepcional y minimización de efectos dañinos (polvo y daños físicos). La calidad de una grabación digital, como en el caso del CD presenta por su misma concepción, una ventaja primordial al ser digital. Las grabaciones análogas actuales presentan avances impresionantes con respecto a sus inicios, sin embargo siguen limitadas en cuanto a distorsión y rango dinámico. Analizando los sistemas análogos de audio anteriores, vemos que el dispositivo de lectura (ya sea stylus o cabeza lectora), está en contacto con el dispositivo grabado (cinta magnética o disco de acetato) en todo momento, acción por la cual tanto el dispositivo de lectura como el medio grabado se desgasta después de cierto tiempo causando un serio deterioro en la calidad del sonido. Mientras que con el sistema óptico de lectura, la falta de contacto físico entre el disco compacto (CD) y el dispositivo de lectura (láser) se traduce en una deterioración sónica nula (debido a la falta de fricción) no importando cuantas veces el disco es reproducido. Además, los sistemas mecánicos y análogos son fácilmente afectados por el polvo y los rayones o imperfecciones ya que las señales están directamente impresas en la superficie del

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Texto de entrenamiento disco. El disco compacto (CD) posee una capa protectora de 1mm de grueso sobre el nivel de los pits (señal). Y lo que es más importante, el diámetro del rayo láser sobre la superficie del disco es de 0.8mm de diámetro, pero al nivel de la capa de señal, donde se encuentran los pits es de tan sólo 1.7um. Esta característica se ilustra en la figura 3.1, en donde se puede apreciar cómo es que no importa una partícula de polvo que se encuentra en la superficie del disco, ya que el punto de lectura del láser hace contacto aproximadamente 1.2mm por debajo de la partícula de polvo, directamente sobre la capa de señal (pits).

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3.2.-Diseño, grabación y reproducción del CD 3.2.1.- Proceso de diseño de un CD En el diseño de un CD se cumplen las etapas ilustradas en la figura 3.2. Dependiendo de la tecnología empleada, ya sea análoga o digital, el diseño de CD's puede variar en la etapa de grabación directa en el estudio y en la etapa de edición.

Punto focal d= 1.7 µm Lado (Reflector)

d=1.2mm

d= 0.8mm

Partícula de polvo

Láser Figura 3.1 Rev. Dic2004

Figura 3.2

Figura 3.2

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La tecnología empleada luego de estas etapas, obviamente, siempre será digital. La tecnología empleada en la producción de un CD se especifica (en la etiqueta o envoltura) con alguna de las siguientes siglas: - DDD - ADD - AAD Los datos en un compact disc se graban en el master utilizando un rayo láser fuerte que quema hoyos en la superficie del disco (master), en una pista espiral en sentido de las manecillas del reloj, empezando en el centro del disco. Fig.3.5 Como veremos mas adelante, la longitud de los hoyos y la distancia entre los hoyos forman la información que puede decodificarse en datos utilizables para la conversión subsiguiente de digital en analógico. Ver Fig. 3.3 1.6 m espacio de track

Aprox. 0.5 µm

Longitud de pit 0.833 µm

Distancia entre pits 3.56 µm

Pit, bulto ó protuberancia (A)

Figura 3.4

(B)

En realidad, a la hora de leer la señal sobre el disco final que se valla a reproducir (no en el master), se estarán leyendo bultos o pits en vez de hoyos (La explicación se verá mas adelante cuando veamos como se produce un compact disc) Estos pits o bultos pueden leerse enfocado un rayo láser en la superficie del disco: si no hay ningún bulto en la superficie, la mayoría de la luz que cae en la superficie (que es muy reflectiva) volverá en la misma dirección. Sin embargo si hay un bulto ó pit, la luz será esparcida y solo una pequeña porción volverá en la dirección original, véase la figura 3.4 Es la función del servo de enfoque mantener el rayo láser enfocado precisamente en la superficie de disco rotatoria, lo que requiere un circuito de detección y de control muy preciso.

Fig.3.3 Características de las perforaciones o cortes

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En la figura observamos El sentido de giro de grabación del disco y el “cortador” que genera un haz láser para hacer las perforaciones

Figura 3.5 12 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento Durante el recorrido de adentro hacia afuera, el punto de luz láser se mueve a velocidad constante, lo cual conoceremos como grabación CLV (constant linear velocity). La grabación CLV tiene la ventaja de que con ella se puede lograr la máxima densidad de información; no importa que posición del disco observemos, las especificaciones de las dimensiones de los hoyos (figura 3.3) siempre serán las mismas. Con el método de grabación CLV existe una relación directa entre la longitud de los hoyos y la señal EFMI. Las transiciones de la señal EFMI corresponden con los puntos extremos de los hoyos. Ya que el patrón EFM de bits debe cumplir con las limitaciones del número de 0's y 1's, la longitud de los hoyos y la distancia entre los hoyos de la misma pista también está limitada (figura 3.6)

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El lado opuesto al lado de la etiqueta es transparente, y será el lado que habrá de leerse durante la reproducción. Esto trae como consecuencia que la lectura, durante la reproducción, no se hará observando hoyos, sino protuberancias (figura 3.7)

Figura 3.6 Figura 3.7 13 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento Para aclarar porque en el disco final se leen bultos o pits en vez de hoyos, analizaremos la producción de un compact disc. 3.2.1.1 Producción del compact disc La señal que será grabada es enviada a un cortador láser para producir el master metálico. El corte del master metálico no es realmente una combustión de la capa por el láser. En la figura 3.8 se presenta el “corte” real: 1. Se pule una placa de cristal para suavizar al máximo su superficie. 2. Después se extiende un líquido foto-resistente en toda la superficie. Lo áspero de la superficie del cristal y el espesor de la capa de líquido determinan la profundidad de los hoyos en el compact disc. 3. La capa foto-resistente entonces, expuesta al rayo láser, es modulada con información de audio digitalizada. 4. Al revelarse la expuesta capa foto-resistente, los hoyos de información quedan visibles. 5. Se platea la superficie para proteger los hoyos. 6. Se recubre la superficie con una placa de níquel para hacer un master metálico. 7. El master metálico se utiliza entonces para crear placas madre y esta a su vez para volver a crear masters metálicos o troqueladores.

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1

Pulido óptico del cristal

2

Capa foto-resistente

3

Corte láser

4

5

Placa de cristal Capa foto-resistente

Rayo láser

Desarrollo

Plata Master metálico

6

7

Placa de níquel

Creación de placas madre que a su vez Crearan masters metálicos

Figura 3.8 Rev. Dic2004

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3.2.1.2 Troquelado del compact disc

3.2.1.3 Información adicional en el CD

La troqueladora esta lista para “troquelar” compact discs. El proceso del troquelado puede ser moldeo por inyección, moldeo por compresión o polimerización para hacer las impresiones en el disco. La superficie de señal entonces se cubre de un material reflectivo (vaporizando aluminio) para permitir una lectura óptica, y mas tarde con un recubrimiento extra que asimismo soporta la etiqueta del disco. Debido a las dimensiones de los hoyos y al paso de la pista, se ha de tener cuidado especial con el troquelado de los discos con el fin de limitar tolerancias.

Antes del inicio de un programa de música, se graba una señal “de entrada” en el CD. Cuando se ha insertado un CD, la mayoría de los reproductores inmediatamente leen esta señal de entrada que contiene el “directorio de contenido” o “TOC” (Table of contents) El TOC contiene información sobre el contenido del disco, como el punto de inicio de cada selección, el número de selecciones, la duración de cada selección etc. Esta información puede indicarse en el panel de control del reproductor y o utilizarse durante operaciones de búsqueda de un programa. Inmediatamente después del fin del programa, está presente una señal de salida que informa al reproductor que el disco está leído y se puede parar la reproducción, o eventualmente, comenzar la repetición. Además, en el espacio blanco entre las selecciones (también si efectivamente no hay espacio blanco), se inserta un indicador del inicio de la música, que puede utilizarse durante operaciones de búsqueda simples. Selecciones grabadas en el disco (“pistas”) pueden numerarse del 1 al 99. En cada pista, se pueden dar hasta 99 índices, que pueden separar secciones especificas de la pista. Además esta información se codifica en el propio disco. El tiempo de reproducción también se codifica en la grabación en minutos, segundos y 1/75 de un segundo; antes de cada selección, este tiempo se cuenta atrás. También está disponible espacio adicional para codificar otra información como títulos, nombres de ejecutantes, e incluso información gráfica que pueden representarse en televisión.

Troqueladora

Capa de reflexión

Superficie de la señal Película de protección

Fig. 3.9 Troquelado del compact

15 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento 3.2.2.- Proceso de grabación de un CD El proceso general seguido por la señal de audio hasta convertirse en la señal EFMI y pasar finalmente al grabado físico se resume en el diagrama a bloques de la figura 3.10

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Las operaciones realizadas en cada uno de los bloques de la figura 3.10 son las siguientes: Bloque LPF: Este es un filtro pasa bajo. Aquí se eliminan las componentes de frecuencia que superen los 20 KHz Bloque S/H: Este es un circuito de muestreo y retención. En este bloque la señal es convertida a señal PAM. El ancho de los pulsos de la señal PAM deberá tener duración suficiente para que la muestra pueda ser medida y convertida a señal PCM en el siguiente bloque. La frecuencia de muestreo es de 44.1 KHz. Bloque A/D: Este es el convertidor análogo-digital. La señal PAM (análoga) es medida y convertida a un patrón numérico conocido como señal PCM (digital). Bloque de protección contra errores: Aquí a la señal PCM se le incluye, a partir de ciertas reglas, un conjunto de protección datos que servirán como clave en el proceso de los errores. Bloque EFMI: Este es el convertidor de 8 a 14 y modulador digital NRZI. Los datos binarios del bloque anterior llegan aquí como símbolos de 8 bits, y son convertidos a símbolos de 14 bits modulados según el sistema de modulación NRZI. Bloque de grabado: Aquí la señal es registrada finalmente en el medio de grabación escogido. Al conjunto de los bloques S/H y A/D que están encerrados por un recuadro de líneas punteadas en la figura 3.10, también se le llama convertidor A/D.

Figura 3.10 Rev. Dic2004

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En el proceso de grabación de discos compactos se siguen esencialmente los pasos descritos en el diagrama de la figura 3.10 Sin embargo, siendo más específicos, en el proceso de grabación de discos compactos debemos considerar que se graban dos canales (izquierdo y derecho). Además, ya que se trata de un proceso digital sincrónico, se deben incluir señales especiales de sincronismo, necesarias para la recuperación ordenada de los datos en el proceso de reproducción. Dicho lo anterior, un diagrama a bloque más específico se muestra en la figura 3.11

Figura 3.11 17 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento Las señales analógicas L y R provenientes de los bloques LPF (figura 3.11) entran a los convertidores A/D, para ser convertidas en una secuencia de muestras PCM. Luego de la conversión A/D las muestras PCM, entran a un circuito de conmutación digital, el multicanalizador MPX1 ("multiplexer 1"). Este circuito realiza la intercalación de los datos digitales correspondientes a cada muestra según se indica en la figura 3.11 a. Cada muestra está constituida por dos símbolos. Muestras del canal izquierdo

L-CH A/D

Señales análogas Procedentes del LPF

L1

L2 L3 L4 L5 L5

16 bits = 1 palabra

8 bits = 1 símbolo

Muestras del canal derecho

R-CH A/D

R1 R2 R3 R4 R5 R6

16 bits = 1 palabra

8 bits = 1 símbolo

Figura 3.11 a El bloque del CIRC ("Cross-Interleave Reed-Solomon Code") en la figura 3.11, es equivalente al bloque de protección contra errores de la figura 3.10. En este bloque se generan los datos claves para el proceso posterior de los errores y, además se realiza la transposición de los datos. La inclusión de los datos claves para el proceso de los errores se hace a intervalos regulares según se indica en la figura

Audio Básico 3.11.b. Cada grupo de datos claves CIRC está constituido por 4 símbolos. Observe que (figura 3.11.b) aunque los datos de los canales L y R siguen estando intercalados, luego del bloque del CIRC la secuencia de las muestras correspondientes a cada canal ya no es la misma. Esto es debido a la transposición. La regla de esta transposición y la operación matemática empleada en la generación de los datos claves del CIRC, son informaciones que no han sido divulgadas. No obstante, se puede decir que involucran procedimientos matemáticos complejos. Posterior al bloque del CIRC (figura 3.11), los datos se intercalan con un símbolo de control que contiene sincronismo y cierta información adicional. El bloque multicanalizador MPX2 intercala el símbolo de control a intervalos regulares según se indica en la figura 3.11b Todos los datos en la salida del MPX2 (figura 3.11) están constituidos por símbolos de 8 bits. Al llegar al bloque del modulador EFMI estos símbolos son convertidos a símbolos de 14 bits y se les intercalan 3 bits de acoplamiento. La señal resultante quedará modulada según el sistema de modulación digital NRZI. Después del bloque del modulador EFMI (figura 3.11) los datos se intercalan con un patrón de sincronismo llamado sincronismo de trama en el multicanalizador MPX3. Este es un patrón único de 24 bits que define el inicio de una secuencia de datos llamada trama ("frame"). Esta trama está compuesta por: - 1 Sincronismo de Trama de 24 bits. - Símbolo de control - 6 Muestras de audio PCM del canal izquierdo L y 6 muestras del canal derecho R, cada muestra está constituida por 2 símbolos (16 bits). - 2 Patrones CIRC, cada uno constituido por 4 símbolos.

18 Rev. Dic2004

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Además (figura 3.11.b), puesto que se trata de símbolos de 14 bits, después de cada símbolo y después del sincronismo de trama encontramos 3 bits de acoplamiento. Finalmente, luego del MPX3 (figura 3.11), la señal procesada pasa al cortador láser y de allí al CD.

Figura 3.11 b 19 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento 3.2.2.1 El canal Q Según se describe en la figura 3.12 una trama esta constituida por un sincronismo de trama y por los datos que aparecen hasta el próximo sincronismo de trama. Después de una trama sigue otra trama. Las tramas que se van sucediendo podemos imaginar que se extraen según se muestra en la figura 3.12 mencionada anteriormente.

Figura 3.12

Audio Básico Un conjunto de 98 tramas sucesivas constituyen lo que llamaremos bloque. El agrupamiento en bloques nos permitirá recuperar la información contenida en los símbolos de control. Los bloques así como las tramas, se separan entre sí por medio de un patrón único de bits llamado sincronismo de bloque. Este sincronismo esta contenido en los primeros símbolos de control de cada bloque como se muestra en la figura 3.13. Observe que todos los símbolos de sincronismo de bloque se representan como símbolos de 14 bits. De esta manera es como se ha extraído el sincronismo de bloque al momento de la reproducción.

Figura 3.13 20

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Texto de entrenamiento La información contenida en los demás símbolos de control, inferior a los dos símbolos de sincronismo de bloque, hay que considerarla pensando en símbolos de 8 bits (recuerde que antes sw la modulación EFM estos símbolos eran de 8 bits). En la figura 3.14 se muestran los símbolos de control, interpretados como 8 bits extraídos de un bloque.

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Los 8 bits de cada símbolo, están nombrados: P, Q,R,S,T,U,V,W. La información contenida el desde este tercer símbolo hasta el nonagésimo octavo símbolo debe leerse de arriba hacia abajo, considerando únicamente al bit Q. La secuencia de los bits Q se llaman canal Q. El canal Q contiene la información importante para el sistema de control de la unidad reproductora de CD. Según se indica en la figura 3.14, en este canal se definen las subdivisiones de bits que se describen a continuación. SO y S1 (2 bits) Estos dos bits no tienen interpretación individual. Con los demás bits horizontales (de P a W) forman parte de los símbolos de sincronización de bloque que, como hemos dicho, serán leídos como símbolos de 14 bits. CTL ( 4 bits) Indica el número de canales, y si el audio se grabó con pre-énfasis, o no. El pre-énfasis es una técnica de audio análoga que todavía puede emplearse. El empleo de esta depende del fabricante. ADR (4 bits) Indica de que manera deberá interpretarse la información contenida en DATA Q. Existen 3 modos de interpretación, actualmente solo existe el modo 1 para interpretar la información. DATA Q (72 bits) Contiene información de tiempos, número de bloque, número de selección musical en curso, etc. La manera en que deberá interpretarse la da ADR. En la parte inicial del disco (figura 3.15), se registra el índice de las selecciones musicales, con sus ubicaciones y tiempos correspondientes. Este índice es llamado tabla de contenidos

Figura 3.14 21 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento o TOC. Su lectura inicial es fundamental para la posterior lectura de los datos musicales. Si por alguna razón no se puede leer el TOC, la unidad reproductora detendrá toda operación. Debido a la importancia de TOC, su información se repite varias veces. El número de repeticiones depende del fabricante de CD´S.

Audio Básico CRC(16 bits) Contiene un patrón clave para la protección contra errores detectados en los bits del canal Q. Esto es necesario porque el símbolo de control se anexa después de la generación e inclusión del bloque del CIRC.

3.2.3 Proceso de reproducción de un CD El proceso de reproducción del CD se inicia con el bloque óptico a continuación se describirá como esta construido el Pick Up que es el encargado de recoger la información grabada en los pits del CD. Después de esto estudiaremos los servo circuitos para entender como es que se recupera la señal con ayuda mecánica de todos los servos. Una vez que el pick up recupera la señal esta es llevada a una serie de bloques que irán regenerando la señal hasta convertirla en la señal original de audio que fue grabada.

Figura 3.15

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3.2.3.1Descripción del bloque óptico del CD. Revisemos como es que esta compuesto un pick up,

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Figura 3.16

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Texto de entrenamiento Para poder leer los datos del CD, necesitamos que una luz se refleje sobre su superficie, después recoger esta luz e interpretar sus niveles de intensidad para así conocer la información. Esta luz coherente o rayo láser que se reflejará en la superficie del disco, es generada por un diodo láser. Los rayos del haz principal generados por este diodo (figura 3.16) pasan a la rejilla de difracción a fin de generar dos rayos secundarios que son usados por el servo circuito de seguimiento para detectar el seguimiento correcto, después de esto son filtrados en el prisma de polarización pasando la mitad de la luz, aproximadamente. Después de este filtrado, los rayos de luz polarizada resultantes mantienen la misma dirección que al momento de entrar al prisma y siguen separándose entre sí. Los rayos son entonces colimados (alineados paralelamente) en la lente colimadora, pasando luego por la placa de ¼ de longitud de onda, en donde la luz cambia de polarización lineal a circular. Los rayos siguen hacia el objetivo, para ser concentrados en un punto sobre la pista del disco. El objetivo está montado en un mecanismo llamado dispositivo de dos ejes, que permite controlar la posición del objetivo, tanto lateral como verticalmente. La luz que se refleja del disco regresa por el mismo camino, pasando por el objetivo y llegando a la placa de ¼ de longitud de onda. En esta placa se reconvierte la polarización lineal de la luz, pero con 90° de rotación. La luz reflejada prosigue hacia la lente colimadora, llegando luego al prisma de polarización. Aquí la luz, puesto que se ha rotado 90°, se refleja hacia la lente cilíndrica, no pasa por el prisma. En la lente cilíndrica el haz sufre una elongación transversal. La forma transversal que adquiera el haz al pasar por esta lente depende de la posición del objetivo. Esta propiedad permitirá hacer la medición de la distancia focal para controlar la posición

Audio Básico del objetivo. Finalmente llega a los fotodiodos, que detectan tanto el haz principal como los haces primarios. (figura 3.17 y 3.19)

Figura 3.17 24

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llegará la cuarta parte de la luz que originalmente se tomó procedente de la rejilla de difracción. Este tipo de estructura, que solo aprovecha la cuarta parte de la luz láser, pudo hacerse funcional gracias a que logró desarrollarse fotodiodos detectores más sensibles. El proceso de reproducción realizará la reconversión de la señal EFMI a la señal de audio original. Disco CD

Placa de ¼ de onda

Figura 3.18

Lentes de colimación Lente cilíndrico

Note que en este dispositivo se reemplazó el prisma de polarización por el prisma semiespejo, y que la placa de ¼ de longitud de onda se reemplazó por el prisma espejo. Cuando la luz procedente de la rejilla de difracción llega al prisma semiespejo, la mitad de la luz será reflejada y se perderá; la otra mitad pasará a través del material, dirigiéndose hacia la lente colimadora. Cuando la luz retorna del disco tendremos otra reducción; la mitad de la luz se reflejará hacia la lente cilíndrica, y la otra mitad se perderá. Como resultado de estas reducciones, a la lente cilíndrica

4 detectores principales de puntos luminosos Prisma de polarización Detectores laterales Rejilla de difracción

Figura 3.19 Diodo láser

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Una parte fundamental para la comprensión del funcionamiento de los servo mecanismos, es saber como captan la señal estos 6 fotodiodos que recogen la señal láser que es reflejada por la superficie del CD, es por eso que nos detendremos a analizarlos mas de cerca. Cuando el rayo láser, después de pasar la lente de colimación, es convergido en la superficie inclinada del prisma de polarización, la luz láser, polarizada horizontalmente, será reflejada por la superficie inclinada del prisma hacia la parte del detector del dispositivo del fonocaptor o fotodiodos. El rayo láser es influido por la lente cilíndrica a fin de concentrar el rayo láser sólo en un plano, para posibilitar la detección de la condición de enfoque del punto de lectura en la superficie del disco. Finalmente, el rayo láser tropieza con 6 fotodetectores (ver figura 3.20) o fotodiodos es decir, 4 detectores principales de puntos luminosos y 2 detectores laterales de puntos luminosos, posibilitando la lectura de la información de los hoyos del disco.

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4 detectores principales de puntos luminosos

F A

B

D

C

E

2 detectores laterales de puntos luminosos Figura 3.20

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3.2.3.2 Los servo circuitos Una parte muy importante en el proceso de reproducción de un CD, son los servo circuitos sin los cuales no podríamos hacer lecturas correctas o simplemente no podríamos leer el disco. Estos servos son los encargados de hacer el enfoque del pick up, de moverlo cuando este esta desalineado y de corregir las posiciones en general, es por eso que lo estudiaremos brevemente. Un servo circuito es un circuito de control de re-alimentación en el que el valor de la señal variable controlada se compara con un valor de referencia. La diferencia entre estas dos señales genera una señal de error actuante que se aplica a los elementos de control en el sistema de control. La señal de error actuante amplificada es devuelta al sistema, por ello tiende a reducir la diferencia a cero.

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4. El servo circuito del motor del disco: este circuito controla la aceleración constante del motor del disco, garantizando que el compact disc sea leído a una velocidad lineal constante. Debemos notar que el captador óptico es el generador de las señales de re alimentación para los cuatro servo circuitos.

Dispositivo de 2 ejes

Optical pick-up

Focus servo

En general se utilizan 4 diferentes circuitos, estos son: 1. El servo circuito de enfoque: este servo circuito controla el movimiento vertical del mecanismo de dos ejes y garantiza que el punto focal del rayo láser este con precisión en la superficie de espejo del compact disc. 2. El servo circuito de seguimiento: este circuito controla el movimiento horizontal del mecanismo de 2 ejes y obliga al rayo láser a seguir las pistas en el compact disc. 3. El servo circuito de deslizamiento: este circuito acciona el motor de deslizamiento que desplaza el bloque óptico a través del compact disc.

Tracking servo

Sled servo

Sled motor

Disk motor servo

Disk motor

Figura 3.21 27 Rev. Dic2004

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El servo circuito de enfoque Enseguida veremos la detección focal correcta. El rayo láser reflejado se dirige al detector principal del punto luminoso. Este detector principal del punto luminoso es realmente un conjunto de cuatro fotodiodos llamados A,B,C y D.

Figura 3.22b

Figura 3.22 a

Figura 3.22c

Si el enfoque está bien, el rayo caerá igualmente en los cuatro diodos y la señal de error (A+C)-(B+D) será cero (Ver figura 3.22 a )

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Si el rayo esta fuera del enfoque, se generará una señal de error como se muestra en la figura 3.23. Esto se debe a que el rayo va a través de una lente cilíndrica, que hará el rayo elíptico si no está en el enfoque (véase figura 3.24)

Figura 3.24 operación de la lente cilíndrica Figura 3.23 29 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento La figura 3.23 muestra la señal de error de enfoque como una función de la distancia entre el dispositivo de 2 ejes y el compact disc. El servo circuito de enfoque actúa de esta forma para que la señal de error de enfoque sea tan pequeña como sea posible, y esto garantiza que el punto focal del rayo láser este exactamente en la cara del espejo del compact disc.

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Figura 3.25

El circuito de búsqueda de enfoque Cuando el disco se coloca en el aparato, la distancia entre el dispositivo de dos ejes y el disco es demasiado grande, la señal de error de enfoque resultante es cero (véase la figura 3.23 y el servo circuito de enfoque esta inactivo. Por ello, se utiliza un circuito de búsqueda de enfoque que, después de poner el disco, desplaza el dispositivo de dos ejes lentamente hacia el disco. Cuando la señal RF (= la señal de salida (A+B+C+D) supera un cierto nivel de umbral, se activa el servo de enfoque. El servo de enfoque ahora controla el dispositivo de dos ejes para una señal de error cero. El servo circuito de seguimiento

Figura 3.26

La figura 3.25 muestra las tres situaciones posibles y la salida resultante desde el detector lateral del punto luminoso. El detector lateral del punto consiste en dos fotodiodos (E YF) y origina una señal de error de seguimiento: T.E = E – F El servo de seguimiento actúa así para que la señal de error de seguimiento sea lo mas pequeña posible, lo que significa que el punto principal esta exactamente sobre la pista.

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El servo circuito de deslizamiento El dispositivo de dos ejes se puede desplazar horizontalmente y asi seguir un número limitado de pistas (= seguimiento fino). Para desplazar la unidad óptica completa a través del disco (= seguimiento tosco) se utiliza otro servo circuito llamado servo circuito de desplazamiento. Este circuito de servo utiliza la misma señal de error de seguimiento que la entrada de realimentación. La salida del servo circuito de seguimiento se relaciona linealmente con la señal de error de seguimiento, mientras que la salida del servo circuito de deslizamiento lleva una histéresis incorporada. Únicamente cuando la señal T.E. (Eléctrica transversal) supera un nivel de umbral fijado, el servo de deslizamiento excita al motor de deslizamiento.

El servo circuito del motor del disco Como antes se señalo, la información del disco se registra en bloques denominados cuadros. Cada cuadro empieza con una única palabra de sincronización la cual se utiliza para controlar el modo del disco. La frecuencia de estas palabras de sincronización es comparada respecto a una frecuencia fija (derivada de un oscilador de cristal) en un comparador de fase y el motor es excitado de acuerdo con alguna frecuencia o diferencia de fase.

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3.2.3.3 Procesamiento de la señal Ahora que hemos estudiado como se encuentra compuesto un bloque óptico y que sabemos como los servo circuitos nos ayudan en la lectura de señal, el siguiente paso es saber como la señal leída pasa a través de un proceso digital para la regeneración de la señal de audio original. A continuación analizaremos cada uno de estos bloques: Primero debemos tomar en cuenta que este proceso de regeneración de la señal, se sigue en forma inversa, los mismos pasos que estudiamos en el proceso de grabación.

Figura 3.27

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Texto de entrenamiento Observando el diagrama de la figura 3.27, lo primero que debemos hacer en la reproducción de un CD es la recreación de la luz láser que produjo las protuberancias del disco (pits). Esta operación es hecha por el Dispositivo Óptico de Lectura. La señal que esperaríamos tener en este momento debería ser cuadrada. Sin embargo, esta señal se parece más a una señal de RF(figura 3.28) que a una señal digital, por lo tanto, todavía requeriremos corregirla en un paso intermedio que hemos representado como el bloque regenerador de señal cuadrada (figura 3.27), de tal manera que cumpla con las especificaciones de una señal digital.

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sin sincronismo de trama se traduce a símbolos de 8 bits, realizándose con ello una operación que conoceremos como conversión de 14 a 8. A la señal PCM resultante se le detecta el cana Q. La señal resultante con los datos y muestras se somete al proceso de errores y desintercalado. Las muestras de 16 bits de los canales L y R se separan y entran, cada una por su lado, al convertidor D/A. Finalmente, las señales PAM, L y R, se hacen pasar por un filtro LPF (filtro pasa bajos), con el objeto de detectar la envolvente. En la figura 3.29, se muestra un diagrama a bloques a fin de comprender un poco más acerca del sistema de reproducción de un CD así como su relación con los servomecanismos. En este diagrama están incluidas todas las operaciones descritas en el diagrama de la figura 3.27, con la variante de que los bloques separador de sincronismo de trama, detección de sincronismo de bloque, convertidor de 14 a 8, detección del canal Q, eliminación del símbolo de control, y proceso de errores y desintercalado, se han sustituido por el bloque llamado proceso digital de audio.

Figura 3.28 EN el siguiente bloque del diagrama a la señal EFMI se le extrae el sincronismo de trama y como los símbolos del sincronismo de bloque son patrones únicos, no será necesario convertirlos de 14 a 8, de modo que se detectan directamente como símbolos de 14 bits. Luego, la señal EFMI

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Figura 3.29 34 Rev. Dic2004

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Texto de entrenamiento La unidad de lectura óptica tiene la función de suministrar la luz láser de lectura y de capturar las reflexiones del haz principal y los dos secundarios. Las señales de corriente A+C, B+D, E y F (figura 3.29) se convierten a voltaje y son amplificadas en el bloque AMP I V. En la salida de este bloque tenemos las mismas señales que teníamos en las entradas (amplificadas y convertidas) más la señal RF-EFM, que como sabemos, no es más que la suma de las señales. La señal RF-EFM entra entonces al regenerador de señal cuadrada en donde será convertida a una señal digitalmente inteligible, la señal EFMI-1. Esta señal, hasta el momento, no es más que una sucesión arbitraria de niveles altos y bajos. No obstante, no hay forma de saber cuáles son los instantes posibles en los cuales pueden ocurrir las transiciones. Este problema es resuelto en el bloque subsiguiente, el sincronizador de lectura. La señal EFMI-1 al entrar a ese bloque permite la generación de una señal de "reloj" llamada PLCK, y se convierte en la señal EFMI-2. La diferencia de esta señal con la señal EFMI-1, es que tiene sus transiciones perfectamente sincronizadas con la señal PCLK. La señal EFMI-2 contiene la información grabada en el disco: muestras de los canales L y R, sincronismo de trama, CIRC y símbolo de control. Toda ésta información se procesa en el bloque proceso digital de audio, el cual recupera ordenadamente los valores digitales de las muestras de los canales L y R, extrayendo los sincronismos, el canal Q, y otras señales necesarias para la operación de los servomecanismos. Las señales recuperadas L/R que se obtienen en la salida del proceso digital de audio, pasan luego al convertidor D/A, el cual las convierte en las señales PAM L y R. Estas últimas señales entrarán a filtros LPF, para convertirse en las señales analógicas de audio L y R que finalmente van a las bocinas.

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4.- ESTANDARES DE UN MD. 4.1.-Características generales de un MD Debido a las limitaciones del audio analógico (ruido, distorsión, etc.) y la limitación del Compact Disc al ser no regrabable como los cassettes de audio convencionales, SONY en 1991 introduce un nuevo formato de disco, capaz de grabar audio digital: el MiniDisc. El medio de grabación de los equipos de audio MiniDisc es de dos tipos: discos pregrabados y discos grabables. Ambos tipos de discos están cubiertos en forma semejante a los microfloppy disks de 3.5" empleados en las computadoras (desarrollados también por SONY). Las especificaciones visibles de ambos tipos de discos se muestran en la figura 4.1. En la tabla 4.1, se muestran las principales características y diferencias entre los dos tipos de mini-disc que existen.

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Figura 4.1 36 Rev. Dic2004

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Tabla 4.1 37 Rev. Dic2004

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4.2.-DISEÑO, GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN (MD) 4.2.1- Proceso de diseño de un MD En ambos tipos de discos, pregrabados y grabables, los datos se graban mediante modulación digital EFMI, a velocidad lineal constante (CLV) entre 1.2 m/seg y 1.4 m/seg, lo cual depende de las especificaciones del disco. Para discos de 74 min. La velocidad es de 1.2 m/seg. ; para discos de 60 min, la velocidad es de 1.4 m/seg. El formato físico de grabación de los discos pregrabados es similar al de los CD's (figura 4.2).

Aquí contamos con protuberancias (pits), y las transiciones de estas protuberancias se corresponden con las transiciones de la señal EFMI. Sin embargo, los datos antes de ser grabados tienen un proceso distinto que en un CD.

Figura 4.2 38 Rev. Dic2004

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muestreo, como en CD, es de 44.1 KHz Los discos grabables son los que presentan más innovaciones. Las principales de estas innovaciones son: - Durante la grabación, además de un haz de luz láser, se requiere la participación de una cabeza magnética El número de capas que se identifican en el corte transversal del disco es mayor. - En el área grabable, la señal EFMI no se registra mediante pits, sino mediante cambios en la magnetización de la capa MO . - Los discos están previamente canalizados en el trayecto espiral de la pista . Esta canalización ("wbble" o "pregroove") presenta una ondulación.

4.2.2.- Proceso de grabación de un MD

Bloque Atrac directo : Estas son las iniciales de "Adaptive Transform Accoustic ATRAC Coding", es decir, Codificación Acústica por Transformación (directo) Adaptiva. Aquí se realiza una operación que no se hace en CD : conversión del dominio del tiempo a dominio de la frecuencia. En el dominio de la frecuencia es posible recurrir a las características psicoacústicas del sistema auditivo humano, para eliminar información no relevante. Como resultado de las operaciones aquí realizadas, se tiene que la información digital obtenida en su salida quedará reducida a la quinta parte de la que llega a la entrada. Este artificio dio como resultado que el tamaño del disco MD (2.5") sea aproximadamente la mitad del CD (4.7"), manteniendo el mismo tiempo de grabación (74 min.).

El proceso general seguido por la señal de audio hasta convertirse en la señal EFMI y pasar finalmente al grabado físico del disco se muestra en el diagrama a bloques de la figura 4.3. A continuación se describirán las operaciones realizadas en cada uno de los bloques de este proceso. Bloque LPF: Ambos son filtros pasa bajas que cumplen la función de prevenirla aparición de falsas armónicas o frecuencias seudónimas ("aliasing"). Bloque A/D: En este bloque se condensan las operaciones del Convertidor A/D y MUX multicanalización de las señales digitales correspondientes a los canales L y R. La frecuencia de

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Audio Básico Bloque de protección contra choques: Por la naturaleza del proceso de ATRAC, los datos grabados en el disco son muy significativos. Por consiguiente si no se contara con un eficiente sistema de protección contra choques, la ocurrencia de estos generaría una tremenda distorsión, en el audio reproducido o se dejarían de grabar los datos en las zonas que les corresponden en el disco, el sistema de protección contra choques emplea un elemento principal a una RAM de amortiguación Bloque de agrupación: En este bloque se definen y marcan nuevos niveles de agrupación de información: sectores y clusters. Los datos de audio que se obtienen a la salida del bloque de ATRAC están agrupados en lo que se llama grupos de sonido. Estos grupos de sonido se unirán entre sí para conformar sectores. A su vez, los sectores se agrupan en clusters. Estos niveles de agrupación permitirán el acceso rápido y preciso de los datos, siguiendo estándares similares a los definidos en los discos ópticos de computadora CD-ROM. Bloque codificador ACIRC/EFMI: El nombre de este codificador proviene de "Advanced CIRC" y EFMI. Codificador Como ya sabemos, el CIRC es el sistema de protección contra errores ACIRC/ empleado en el CD. En el MD se emplea una versión mejorada EFMI de este mismo sistema. Bloque de sometido físico de grabación: Aquí la señal se graba finalmente en el disco. El disco es Proceso sometido simultáneamente a la acción de un campo magnético, el Físico de cual transfiere los datos al disco; y a la acción de un rayo láser, el Grabación cual marca el lugar exacto de la grabación

Figura 4.3 40 Rev. Dic2004

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4.2.3.- Proceso de reproducción de un MD

Como el CD, el inicio de la reproducción se realiza con el bloque óptico. A continuación se muestra la estructura del bloque del minidisc. Descripción del bloque óptico del MD En la figura 4.3a se muestra un esquema del bloque óptico en donde se aprecia la trayectoria del haz láser a partir del diodo. El diodo láser proporciona una luz polarizada linealmente con una longitud de onda de 780nm. En reproducción la potencia total de la emisión que sale por el objetivo es aproximadamente 0.5mW. En grabación, la potencia de emisión depende del disco. Nominalmente se da en términos de la potencia del haz principal, la cual está entre 2.5mW y 5mW. Siguiendo las instrucciones del manual de servicio, con base en la potencia total, la emisión en grabación deberá ser de 6.8mW.

Figura 4.3a

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Texto de entrenamiento El haz láser se dirige a la rejilla de difracción, en donde se genera un haz principal y dos haces primarios. Estos tres haces se dirigen hacia la lente colimadora, la cual redirecciona los haces para que no se dispersen, siguiendo una trayectoria paralela. Se prosigue, entonces, hacia el prisma semiespejo en donde un 50% de la luz incidente se refleja hacia el fotodiodo de APC automatic power control, control automático de potencia y el otro 50% pasa sin cambiar de dirección dirigiéndose al espejo de 45°. El fotodiodo de APC permitirá conocer la potencia de la emisión para que, en caso necesario, el circuito de APC haga la corrección pertinente. La luz que llega al espejo de 45° se refleja hacia la lente objetivo, enfocándola en un punto del disco. En grabación, está luz permitirá elevar la temperatura del material MO arriba de 185°C (temperatura Curie). En reproducción los cambios que sufre la luz desde que llega a la superficie del disco hasta que es reflejada fuera de este, dependen de la estructura que el disco posea en el punto. Si este punto contiene “pits”, lo cual es el caso de los discos pregrabados y del área de entrada de los discos grabables, la luz reflejada sufrirá cambios alternantes en su intensidad, debido a los mismos fenómenos que ocurren en la reproducción de un CD. Si el disco es grabable y si la luz incide sobre el material MO, la luz reflejada sufrirá cambios alternantes en la orientación de su polarización, básicamente no se producirán variaciones de intensidad. Estos cambios de orientación son los que contienen la información digital. Luego de que la luz sufre en el disco las transformaciones previamente descritas, desde el disco sólo se reflejará el 20% o el 80%, dependiendo si el disco es grabable o es pregrabado, respectivamente. La porción reflejada de la luz regresa la lente objetivo, y de aquí al espejo de 45 y al prisma repartidor del haz.

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Un 50% de la luz que retorna al semiespejo de 45° pasará y se perderá, el otro 50% se reflejará hacia el extremo constituido por un espejo de 45°. Debido a que anteriormente la luz total proveniente del láser ya se había disminuido a un 50% y a que el disco absorbe una proporción de la luz incidente, en este momento puede decirse que al extremo de este prisma llega el 5% de la luz total en los discos grabables y 20% de la luz total en los discos pregrabados. Desde el extremo del espejo de 45°, del prisma repartidor del haz, la luz se dirige hacia el Prisma de Wallaston. Este dispositivo descompone a la luz en tal forma que nos permitirá determinar cual es la orientación de su polarización. Después de este prisma la luz se dirige hacia la lente colimadora, la cual ocasiona que el haz láser se concentre adoptando una forma cónica, forma que habilita al sistema de multilentes que sigue para que genere un patrón lumínico que permita determinar el error de foco. El sistema multilentes tiene como uno de sus lentes principales a la lente cilíndrica. Finalmente, la luz se dirige al detector fotoeléctrico. El proceso general de reproducción seguido por la señal RF hasta en la señal de audio, y pasar finalmente a las bocinas, se muestra en el diagrama a bloques de la figura 5.11. Como se puede observar, en este proceso se siguen en forma inversa, aproximadamente, las mismas etapas del proceso de grabación (figura 4.3)

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Lo primero que se debe hacer en la reproducción de un MiniDisc, es la recreación de la luz láser que produjo el registro del disco. Esta operación la realiza el Dispositivo Óptico. La señal que se obtiene en la salida de este dispositivo se parece más a señal de RF que a una señal digital, semejante a lo visto en CD. Por lo tanto, también se recurrirá al regenerador de señal cuadrada (figura 4.4). Desde aquí hasta la salida del bloque Proceso de Errores y Desintercalado, los procesos son semejantes a los del Disco Compacto. En la entrada del bloque de Análisis de Grupos, los datos llegan en el formato de sectores y clusters. De este modo, en este bloque se extraerán 3 tipos de información: - En los discos grabables, datos de dirección para el encadenamiento - Información complementaria de subdata - Grupos de sonido Los primeros dos tipos de datos constituyen información valiosa para el SYSCON. Los grupos de sonido contienen, los datos relevantes de audio en el dominio de la frecuencia. Los grupos de sonido serán manejados temporalmente por el bloque de protección contra choques. En este bloque, los datos se depositarán en una memoria RAM, la cual actuará como buffer. Previo a este bloque, cualquier dato que se haya producido durante la ocurrencia de un choque no se registrará en la memoria. En operación normal, el contenido de la memoria tiende a crecer, con riesgo de saturarse (figura 4.5) si no se activara una pausa. Cuando el contenido de la memoria adquiera un nivel mínimo (definido por las especificaciones del diseño), el SYSCON retirará la pausa y volverá a leer. En ausencia de choques ésta será la operación normal, la cual es provocada porque los datos se escriben en la memoria

Figura 4.4 43 Rev. Dic2004

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mas rápido de lo que son leídos. Del bloque de protección contra choques los grupos de sonido se dirigen al bloque de ATRAC. Aquí se realizará una transformación MDCT inversa, haciendo una reconversión de los datos del dominio de la frecuencia al dominio del tiempo. Finalmente, las muestras digitales PCM de los canales L y R, en el dominio del tiempo, se someterán a una conversión D/A, distribuyéndose a las salidas de audio.

Figura 4.5

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5. TENDENCIAS 5.1 Súper Audio CD “SACD”. En lo que respecta a Audio, la tendencia que se sigue, al igual que todas las demás áreas, es la convergencia digital. En Audio se llama Súper Audio CD “SACD”. 1. Este sistema tiene una reproducción de alta calidad, calidad de 64 bits y almacenamiento cuatro veces mayor al actual. 2. Compatibilidad con reproducción multicanales, es decir, surround con calidad y transparencia inigualable. 3. Completa compatibilidad con formato de CD estándar. Esto se logró gracias al DSD Direct Stream Digital, que logra grabar señales inmediatamente después de ser convertidas de análogas a digitales. Cuando se obtiene la señal digital, pasa por un procesador, después por un filtro pasa bajas y de ahí al sistema de grabación DSD, utilizando Direct SBM.

Figura 5.1 45 Rev. Dic2004

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5.2 Super Bit Mapping Direct, Direct SBM

El SBM es una tecnología nueva que convierte el DSD grabado, a un bit de alta velocidad que encierra la señal análoga, manteniendo la pureza del DSD, en un CD. La señal de alta calidad del DSD, es convertida del CD usando un formato de filtro de Súper-alta precisión digital y el mecanismo SBM, que extrae la información analógica lo más pura posible. Toda esta información es incluida en un disco híbrido de dos capas. La primera capa es muy parecida a la capa de un CD normal, mas la segunda capa es una capa de alta densidad. La primera capa trae Alta calidad de CD gracias al DSD y al SBM Direct. Pero, no obstante, la segunda capa trae: -Dos Canales Estéreo DSD -Mezcla de multicanales -Datos extras (Texto, Gráficos y/o vídeo) Las dos capas son leídas del mismo lado, gracias al sistema de dos bloques ópticos, que están enfocados cada uno en su capa que le corresponde y la información de cada capa se maneja por separado.

Cuando se lee un CD normal, sólo funciona un bloque óptico, de esa forma no se utiliza el bloque de HD (High density). Es importante mencionar que la segunda capa del SACD es de alta densidad (HD), es decir, tiene mayor densidad de pits. Esto se logra al tener una longitud de onda diferente en cada uno de los lectores (utilizar una menor lambda permite mayor densidad). El Direct SBM es un sistema donde se maneja un bit a 64 veces la frecuencia de muestreo y se entregan 16 bits a 44KHz. Este sistema ya fue usado en su forma menos evolucionada en el DAT. En otras palabras el Direct SBM es un sistema que maneja mucha información digital, al grado de que es casi nula la pérdida de señal analógica y al final de todo el proceso se entregan 16 bits por palabra, que es lo que se usa en CD. El ruido digital en el SACD existe, pero se elevan a un rango de frecuencia inaudible (arriba de 20Khz) y de esa forma obtenemos una pureza incomparable.

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Comparativa del SACD & CD normal CD convencional

SACD

Diámetro externo

120mm

120mm

Espesor

1.2mm

1.2mm

Caras de lectura

Una

Una

Convencional

16 bit PCM,44.1khz muestreo

5-20 000Hz 96dB en la banda audible 74 min CD Text

16 bit PCM,44.1khz muestreo 1 bit Direct Stream Digital 2.8224Mhz muestreo 6 canales de Direct Stream Digital 0-100 000Hz(DSD) 120dB en la banda audible 74 min Texto, Gráficas Video

No

Códigos ISRC y SID No

No 0 83um en la capa

Sí 0 83um en la capa

Super Audio Multicanalización Respuesta de frecuencia Rango dinámico Tiempo de reproducción Capacidad de almacenamiento Medidas anticopia Necesidad de Caddy* al reproducir * Caja porta CD Capa Semitransmitiva Mínima longitud entre pit

Tabla 5.1

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Texto de entrenamiento APENDICE A. Señales

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y ajustes de CD

Señales del circuito de CD. Esta sección mostrara como medir en un caso práctico las señales para verificar el correcto funcionamiento de la sección de CD, la medición y observación de estas señales darán la pauta para saber si es necesario cambiar un elemento (pick up) o no. Estas señales en particular son del JAX-PK5, pero todos los equipos tienen estas señales y puntos de prueba en cada uno de sus manuales en la sección ELECTRICAL ADJUSTMENTS. Señal de RF Para hacer la medición de las siguientes Señales se recomienda fuertemente el uso del Yeds-18 con número de parte 3-702 101-01. La señal de RF ya conocida por todos, es la conocida como señal de Diamante esta señal nos es muy útil para saber el estado en que se encuentra la emisión del Diodo Láser, este debe tener un voltaje Pico a Pico como el que se observa en la figura.

La señal de FE. Esta señal deberá presentar la forma que se muestra en la figura.

La forma de onda es irregular, muy parecida a audio frecuencia, en este caso lo que se deberá verificar es el valor máximo medidle P-P que deberá ser de Mínimo 180mV como se indica en el acotamiento de la derecha en la figura. 4.3 La curva S Es el resultado del Focus error, esta señal deberá ser simétrica en sus secciones A y B y deberá ser de un voltaje P-P de 3± 0.5. Se usa TP (VC) y TP (FE)

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Otro ejemplo es el de la grabadora modelo CFD-F15CP

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APÉNDICE B

APÉNDICE C

Bloques ópticos (CD & MD) Comparativa Como se puede ver el bloque óptico del CD y del MD son muy parecidos pero tienen importantes diferencias. En el MiniDisc, el bloque óptico tiene nuevos elementos que lo hicieran capaz de recuperar los datos grabados mediante pits, o mediante cambios de magnetización en el material MO, además de los datos de dirección de ADIP, que son grabados en la ondulación de la canalización. Entre estos elementos destaca el prisma de Wallaston, que en el proceso de lectura recupera, según el caso (PIT/GRV), cuatro señales: RF-EFM, TE, FE y ADIP. Como en la reproducción del MiniDisc se tienen previstas diversas modalidades de operación, se necesito agregar un circuito AGC que independiza la señal de RF de su origen (diferente índice de reflectividad, MO, PIT) Además, se necesita un circuito de APC capaz de adaptarse a cada una de estas modalidades, garantizando el nivel de potencia del láser especifico para cada una de ellas. En el CD No tenemos prisma de Wallaston, ni Circuito APC porque en el CD siempre tenemos Pits, y tenemos siempre la misma modulación.

Circuitos básicos: El PLL El PLL, PHASE LOCKED LOOP, Lazo de Amarre de Fase es de usos múltiples en electrónica por ejemplo como sintonizador de frecuencia, modulador, demodulador de FM, detector de fase, etc. En el Cd los usamos como detector de fase. Véase figura C.1.

En la figura vemos como el PLL nos sirve para detectar la fase para mantener en fase la señal EFM-1 con la señal PLCK.

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El VCO es un oscilador controlado por voltaje, y Vo es una señal de referencia o ajuste (DC). Este ajuste es automático en los CD actuales, pero en las

generaciones anteriores era manual.

APENDICE D Secuencia lógica de operación de los servomecanismos En la figura C.2 se muestra el diagrama de flujo que siguen tanto los modelos portátiles como los modelos No portátiles. En los modelos portátiles empezamos cuando el equipo está apagado, cuando se enciende, pasamos al rombo inferior, preguntando ¿hay disco y oprimió Play?, Si la respuesta es negativa, se apaga; si es afirmativa se ubica el bloque óptico, es decir se mueve al centro y activa el switch de limite, esto último es por que los discos se leen de adentro hacia fuera. Después de realizado lo anterior empieza a girar el disco a favor de las manecillas de reloj, visto desde la parte superior (etiqueta). Obtenida la velocidad aproximada, se busca FOK (focus OK) y se mantiene retroalimentación para mantener el enfoque continuamente. Posteriormente se realiza la lectura de TOC (tabla de contenido) y se empieza la reproducción. En los modelos No portátiles el proceso es muy parecido con leves diferencias (ver flujo“b”). Primeramente, el equipo está en espera de que sea apretada la tecla de POWER, si es oprimida empieza el proceso de espera de disco, si el disco está en el compartimiento, empieza a ubicarse el bloque óptico (pick up), mas sí esto no pasa, continua en espera de disco. Como se pudo haber dado cuenta, empieza un proceso idéntico al de los CDs portátiles, solo que aquí no se activa la reproducción automáticamente, sino que se tiene un bloque en espera de play, que solamente cuando es oprimido PLAY, empieza la reproducción.

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BIBLIOGRAFIA CORTÉS, Publio. “AUDIO DIGITAL 1. Disco Compacto”. SONY Grupo de Enseñanza. SONY CORPORATION OF PANAMA, S.A. 1996 Impreso en Colombia. CORTÉS, Publio. “AUDIO DIGITAL 2. Disco Compacto”. SONY Grupo de Enseñanza. SONY CORPORATION OF PANAMA, S.A. 1996 Impreso en Colombia. CORTÉS, Publio. “AUDIO DIGITAL 3. Mini Disc”. SONY Grupo de Enseñanza. SONY CORPORATION OF PANAMA, S.A. 1996 Impreso en Colombia. SONY SERVICE CENTRE (EUROPE) N.V. “Introduction to Compact Disc”. SONY, Diciembre 1984. SONY SERVICE CENTRE (EUROPE) N.V. “Curso de audio digital y su aplicación al compact disc y P.C.M.”. SONY, Diciembre 1986.Ediciones AURA . Impreso en España.

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