Mini Disc – 18-to Letni Nośnik


Historia MiniDisc nie jest już taka młoda, bowiem prace nad nim firma Sony rozpoczęła w 1986 roku. Premiera nastąpiła po 6 latach, w 1992 roku. Miał on zastąpić dochodzący kresu swoich możliwości magnetofon analogowy, proponując łatwy sposób cyfrowego zapisu na niewielkim dysku o średnicy 64 mm, zamkniętym w kasecie o wymiarach 7 x 7 cm. Pojemność dysku wynosi 140 MB i dzięki kompresji danych może pomieścić 74 minuty, cyfrowo zapisanego dźwięku oraz dodatkowe informacje tekstowe (np. nazwę dysku, tytuły płyt). Minidisc jest mniejszy od płyty CD i kasety magnetofonowej i jednocześnie bardziej funkcjonalny.
Odtwarzacz stacjonarny MiniDisc wyglądem przypomina odtwarzacz CD a właściwie nagrywarkę CD-R. Na płycie przedniej ma duży wyświetlacz, przyciski i pokrętła a do wysuwanej szuflady wkładamy Minidisc. Z tyłu posiada standardowe wejścia i wyjścia tak analogowe jak i cyfrowe.
Początkowo rynek nieufnie podszedł do Minidisku. Związane było to z niższą jakością dźwięku która wynikała z niedoskonałych algorytmów kompresji. Firma Sony dokonała znacznych udoskonaleń, i obecnie Minidisc stał się składnikiem wysokiej jakości systemów Hi-Fi.

Jak jest zbudowany MiniDisc?
Minidisc o średnicy 64 mm i grubości 1.2 mm jest umieszczony w obudowie przypominającej dyskietkę komputerową. (72x68x5mm). Taka kasetka zapewnia wygodę obsługi i odpowiednią ochronę nośnika.
Istnieją trzy typy dysków: nagrane fabrycznie (niezapisywalne) i dwa rodzaje, które umożliwiają zapis muzyki przez użytkownika. Pierwszy rodzaj dysku jest podobny do dysków CD. Ma aluminiową warstwę odbijającą i informacje zapisaną w postaci pitów. Nagrywalny dysk MD jest wyposażony w zapisywalną warstwę magnetyczną. Trzeci typ, tzw. hybrydowy ma zarówno obszar informacji nagranej w formie pitów, jak i zapisywalną warstwę magnetyczną. Ponieważ zapis i odczyt odbywa się na drodze optyczno-magnetycznej, rekorder/odtwarzacz MD posiada dwufunkcyjny system optyczno-magnetyczny. Na zdjęciu – budowa Mini Disc.

Zapis.
Materiał zapisywalnej warstwy to stop żelaza, kobaltu i terbu. Do zapisu na nagrywalnym MD stosuje się modulację pola magnetycznego. W systemie tym po jednej stronie dysku znajduje się zapisująca głowica magnetyczna, a po drugiej głowica laserowa. Wiązka optyczna lasera o mocy ok. 4,5 mW podgrzewa warstwę nośnika w miejscu ogniskowania do temperatury Curie (jest to temperatura, w której materiał może być magnetyzowany dość słabym polem magnetycznym – w przypadku MD jest to 180 0C). Umieszczona z drugiej strony głowica magnetyczna jednocześnie magnesuje cząstki według podanego sygnału, zgodnie z kierunkiem namagnesowania N lub S. Kiedy laser minie zapisywany obszar, po jego ostygnięciu warstwa zachowuje nadane jej właściwości. Procesy kasowania (rozmagnesowania) i zapisu zachodzą jednocześnie.
Do odtwarzania używa się wiązkę lasera o małej mocy, która nie podgrzewa nośnika. Po odbiciu od warstwy magnetycznej wiązka światła ulega skręceniu lub zmianie polaryzacji (efekt Faraday’a) w zależności od orientacji pola magnetycznego cząstek – N lub S. Głowica optyczna wykrywa polaryzację fali odbitej i przekształca ją w cyfrowy strumień danych. Te dane są przekazywane do następnych bloków odtwarzacza.

Przepis na zapis.
Dla uzyskania dużej gęstości zapisu i odpowiedniej korekcji błędów stosuje się te same metody kodowania co CD- R. Próbkowanie odbywa się częstotliwością 44.1 kHz z rozdzielczością 16 bitów, a zapis przy użyciu kodu ACIRC (Advanced CIRC). Kodowanie CIRC zostało trochę zmodyfikowane by możliwa była interpolacja danych przy innej częstotliwości próbkowania (32 i 48 kHz). Informacje o mocy lasera, ścieżkach, czasie nagrania, tytułach utworów zapisywane są na obszarze znajdującym się w pobliżu otworu płyty w obszarze U-TOC (User Table Of Contents).

Dane nieco ściskane…
Płyta CD ma pojemność 650 a nawet 700 MB. Pojemność MD wynosi jedynie 140 MB. Aby zapisać 74 minuty muzyki na tak małym dysku, potrzebna jest kompresja danych. W tym celu opracowano system o nazwie ATRAC (Adaptive TRAnsform Coding) który jest ciągle udoskonalany. U podstaw procesu kompresji, w którym dane ulegają redukcji w stosunku 5:1, leżą efekty psychoakustyczne, takie jak próg słyszalności oraz maskowanie cichych tonów przez silne o sąsiednich częstotliwościach. Działanie systemu opiera się na wyodrębnieniu składowych dźwięku, na które człowiek jest najbardziej wrażliwy i zakodowaniu ich z dużą dokładnością, natomiast części mniej istotne koduje się z większą, chociaż dającej gorsze efekty brzmieniowe, kompresji.
Pierwsze dostępne rekordery MD (z ATRAC 1 i 2) charakteryzowały się szumem w przerwach pomiędzy utworami, i słyszalnymi zniekształceniami w cichych partiach utworu. Po dalszych udoskonaleniach (ATRAC 4.5 i wyższe) jakość dźwięku zbliżyła się do jakości płyty kompaktowej.

Przenośne MD.
Sprzęt przenośny narażony jest na wibracje i wstrząsy, które źle wpływają na odczyt informacji przez system optyczny, gdyż strumień laserowy gubi ścieżkę. Dlatego pomiędzy blokiem wstępnego przetwarzania a dekoderem ATRAC wprowadzono pamięć buforową o dużej pojemności (np. 4 MB). Ponieważ szybkość odczytu lasera jest pięciokrotnie szybsza niż praca dekodera ATRAC, pamięć bufora jest napełniana szybko. W przypadku przerwy w odczycie danych, ATRAC korzysta z danych przechowywanych w pamięci (12 sekund w przypadku buforu 4 MB). Kiedy wiązka lasera odzyska właściwą pozycję i odczyta ponownie dane z przerwanego miejsca, pamięć jest uzupełniana, a system wraca do standardowej operacji przepływu informacji.

Źródła i źródełka.
Rekordery MD mogą współpracować tak ze źródłami analogowymi jak i cyfrowymi. Sygnał analogowy jest konwertowany na zgodny ze standardem 16bit/44.1 kHz (jak CD) i tak przetworzony trafia do dalszej obróbki.
Sygnały ze źródła cyfrowego, jeżeli nie są zgodne z tym standardem, (np. tuner cyfrowy –32 kHz, DAT – 48 kHz) są konwertowane na ten standard w specjalistycznym układzie scalonym, który na zasadzie interpolacji dopasowuje dane do standardowej częstotliwości 44.1 kHz. Jeżeli konwersja nie jest potrzebna, układ pracuje nadal, aby zapobiec drganiom fazy (jitterowi).

Możliwości MD.
Oprócz nadawania nazw dyskom, poszczególnym ścieżkom oraz wprowadzenia daty i czasu rejestracji MD oferuje inne możliwości edycyjne. Można kasować dowolną ścieżkę, lub dowolny fragment muzyczny. Jeden utwór muzyczny można podzielić na dwie części, lub złączyć dwie ścieżki w jedną. Można także dowolnie przesuwać względem siebie utwory. Podczas przegrywania ze źródła cyfrowego początek danego utworu (ścieżki) rozpoznawany jest automatycznie. W przypadku sygnałów analogowych, do wyboru mamy dwie możliwości. Podczas nagrywania początki utworów mogą być rozpoznawane na podstawie 2-sekundowej ciszy, lub wstawiane ręcznie przez użytkownika.

Co dalej?
O ile w początkowych latach dynamika wzrostu sprzedaży rekorderów i minidisków była duża, obecnie zauważa się jej przyhamowanie. Być może jest to spowodowane rosnącą popularnością nagrywalnych dysków CD-R i CD-RW, szczególnie dokonywanych na nagrywarkach komputerowych. Tym bardziej że niektóre stacjonarne odtwarzacze CD i DVD mają możliwość czytania plików MP3 nagranych na płytę.
Przy niskiej cenie czystych CD-R, poniżej 2 zł, ceny czystych Minidisków są 3-5 razy wyższe przez co nie są konkurencją dla formatu CD. A przecież coraz bardziej popularne stają się nagrywalne DVD.
Stoimy na progu upowszechnienia się nowych nośników danych. Są nimi FMD, pamięć holograficzna, wielowarstwowy zapis na płytach podobnych do CD, zapis na płytach CD/DVD lecz o większej gęstości zapisu dzięki zastosowaniu niebieskich (a więc o krótszej fali) laserów i inne nad którymi w tajemnicy pracuje dziesiątki laboratoriów. Który format będzie powszechny w przyszłości?