صناعة القرص المضغوط عبر التاريخ

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

القرص المضغوط ، أو القرص المضغوط ، هو وسيط تخزين ضوئي مزود ببيانات رقمية مسجلة عليه. يمكن أن تكون البيانات الرقمية في شكل معلومات صوتية أو فيديو أو كمبيوتر. عند تشغيل القرص المضغوط ، تتم قراءة المعلومات أو اكتشافها بواسطة مصدر ضوء شديد التركيز يسمى الليزر (وبالتالي الاسم الوسيط البصري). ستركز هذه المقالة على الأقراص الصوتية المضغوطة التي يتم استخدامها لإعادة تشغيل الموسيقى المسجلة.

يمكن إرجاع تاريخ القرص المضغوط إلى تطوير 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 المكونات الصوتية مع تطور التكنولوجيا.

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

بحلول السبعينيات ، وصلت التقنيات الرقمية والبصرية إلى مستوى حيث يمكن دمجها لتطوير نظام صوتي واحد. قدمت هذه التقنيات حلولاً للتحديات الرئيسية الثلاثة التي يواجهها مطورو الصوت الرقمي.

كان التحدي الأول هو العثور على طريقة مناسبة لتسجيل الإشارات الصوتية بتنسيق رقمي ، وهي عملية تعرف باسم ترميز الصوت. تم تطوير طريقة عملية لتشفير الصوت من النظريات التي نشرها C. Shannon في عام 1948. هذه الطريقة ، والمعروفة باسم تعديل رمز النبض (PCM) ، هي تقنية تقوم باختبار الصوت خلال فترة زمنية قصيرة وتحويل العينة إلى عدد القيمة التي يتم بعد ذلك تعديلها أو تخزينها لاسترجاعها لاحقًا.

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

كان التحدي الأخير للصوت الرقمي هو معالجة المعلومات المعبأة بكثافة على الأقراص المضغوطة بسرعة كافية لإنتاج موسيقى مستمرة. تم توفير الحل من خلال تطوير تكنولوجيا الدوائر المتكاملة ، والتي تسمح بمعالجة ملايين الحسابات في ثوانٍ صغيرة فقط.

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

يتضمن إنشاء قرص مضغوط أولاً إعداد “قرص رئيسي” زجاجي. يتم بعد ذلك ترميز هذا المعلم بالمعلومات المطلوبة ووضعه من خلال سلسلة من خطوات التشكيل الكهربائي. في التشكيل الكهربائي ، يتم ترسيب الطبقات المعدنية على الزجاج الرئيسي باستخدام التيارات الكهربائية. عندما تكون النسخة الرئيسية النهائية جاهزة ، يتم نقل معلوماتها إلى قرص بلاستيكي. يتم تطبيق طبقة ألومنيوم عاكسة ، تليها طبقة واقية شفافة من الأكريليك ، وأخيرًا الملصق.

مواد أولية

القرص المضغوط هو جهاز بسيط المظهر مخادع مع مراعاة التقنية المطلوبة لصنعه. تتكون الأقراص المضغوطة من ثلاث طبقات من المواد:
طبقة أساسية مصنوعة من بلاستيك البولي كربونات.
طبقة رقيقة من طلاء الألمنيوم فوق بلاستيك البولي كربونات.
طلاء أكريليك واقي واضح فوق طبقة الألومنيوم.

يستخدم بعض المصنعين طبقة فضية أو ذهبية بدلاً من طبقة الألومنيوم في تصنيع أقراصهم المدمجة.

التصميم

تم تصميم القرص المضغوط بدقة وفقًا للمعايير التي وضعتها سوني وفيليبس من أجل الحفاظ على التوافق العالمي. يبلغ قطر القرص المضغوط 4.72 بوصة (120 ملم) وسمك 0.047 بوصة (1.2 ملم). يبلغ قطر فتحة التموضع في المنتصف 0.59 بوصة (15 ملم). عادة ما يزن القرص المضغوط 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 حلزوني مستمر يبدأ من الداخل ويتجه إلى الخارج. يتكون هذا اللولب أو المسار من سلسلة من المسافات البادئة تسمى الحفر ، مفصولة بأقسام تسمى الأراضي. يعكس شعاع الليزر الصغير الذي يتحرك على المسار المسار الضوء إلى جهاز استشعار الصورة. يرى المستشعر المزيد من الضوء عندما يكون على أرض أكثر من عندما يكون على حفرة ، ويتم تحويل هذه الاختلافات في شدة الضوء إلى إشارات كهربائية تمثل الموسيقى المسجلة أصلاً.

عملية التصنيع

يجب تصنيع الأقراص المدمجة في ظروف نظيفة للغاية وخالية من الغبار في “غرفة نظيفة” ، ويتم الاحتفاظ بها خالية من جميع جزيئات الغبار تقريبًا. يتم ترشيح الهواء الموجود في الغرفة خصيصًا لمنع الأوساخ ، ويجب على شاغلي الغرفة ارتداء ملابس خاصة. نظرًا لأن متوسط ​​جسيم الغبار أكبر 100 مرة من متوسط ​​الحفرة والأرض على قرص مضغوط ، فإن أصغر جسيم الغبار يمكن أن يجعل القرص عديم الفائدة.

تحضير سيد القرص

• 1 يتم تسجيل الموسيقى الأصلية لأول مرة على شريط صوتي رقمي. بعد ذلك ، يتم نقل البرنامج الصوتي إلى شريط فيديو 3/4-inch (1.9 سم) ، ثم تتم إضافة البيانات (تسمى الرموز الفرعية) المستخدمة لفهرسة وتتبع الموسيقى إلى البيانات الصوتية على الشريط. عند هذه النقطة ، يُسمى الشريط تمهيديًا.
• 2 سيتم استخدام الشريط التمهيدي الرئيسي لإنشاء قرص رئيسي (يسمى أيضًا الزجاج الرئيسي) ، وهو قرص مصنوع من الزجاج المعد خصيصًا. الزجاج مصقول إلى إنهاء سلس ومطلي بطبقة من مادة لاصقة وطبقة من مادة مقاومة للضوء. يبلغ قطر القرص حوالي 9.45 بوصة (240 ملم) وسمك .24 بوصة (ستة ملم). بعد تطبيق المادة اللاصقة ومقاوم الضوء ، يتم علاج القرص في الفرن.
• 3 بعد ذلك ، يتم وضع كل من الشريط التمهيدي وسيد القرص في آلة قطع ليزر معقدة. يقوم الجهاز بإعادة تشغيل البرنامج الصوتي على الشريط التمهيدي. أثناء القيام بذلك ، يتم نقل البرنامج إلى جهاز يسمى مشفر القرص المضغوط ، والذي بدوره يولد إشارة كهربائية. تعمل هذه الإشارة على تشغيل شعاع الليزر ، الذي يكشف أو “يقطع” الأخاديد في طلاء مقاوم للضوء على القرص الزجاجي (سيد القرص).
• 4 ثم يتم حفر الأخاديد التي تم كشفها عن طريق المواد الكيميائية ؛ ستشكل هذه الأخاديد المحفورة حفر سطح القرص المضغوط. ثم يتم وضع طلاء معدني ، عادة الفضة ، على القرص. يحتوي القرص الرئيسي الآن على المسار الدقيق للحفرة والأرض الذي سيحتوي عليه القرص المضغوط النهائي.

التشكيل الكهربائي

• 5 بعد الحفر ، يخضع سيد القرص لعملية تسمى التشكيل الكهربائي ، حيث يتم ترسيب طبقة معدنية أخرى مثل النيكل على سطح القرص. يتم استخدام عبارة “electro” لأن المعادن يتم ترسيبها باستخدام تيار كهربائي. يتم غمر القرص في محلول كهربائي ، مثل سلف النيكل ، ومع تطبيق التيار الكهربائي ، تتشكل طبقة من المعدن على القرص الرئيسي. يتم التحكم في سمك هذه الطبقة المعدنية بشكل صارم.
• 6 بعد ذلك ، يتم سحب الطبقة المعدنية المطبقة حديثًا بعيدًا عن سيد القرص ، الذي يتم وضعه جانبًا. تحتوي الطبقة المعدنية ، أو الأب ، على انطباع سلبي للمسار الرئيسي للقرص ؛ وبعبارة أخرى ، فإن المسار على الطبقة المعدنية هو نسخة طبق الأصل بالضبط ، ولكن في الاتجاه المعاكس ، للمسار الموجود على القرص الرئيسي.
• 7 ثم يخضع الأب المعدني لمزيد من التشكيل الكهربائي لإنتاج أم أو أكثر ، وهي ببساطة طبقات معدنية لها انطباعات إيجابية مرة أخرى عن المسار الرئيسي للقرص الأصلي. باستخدام نفس عملية التشكيل الكهربائي ، تنتج كل أم بعد ذلك ابنًا (يُطلق عليه أيضًا الختام) مع انطباع سلبي عن المسار. هو الابن الذي يستخدم بعد ذلك لإنشاء القرص المضغوط الفعلي.
• 8 بعد فصله عن الأم ، يتم شطف الابن المعدني وتجفيفه وصقله ووضعه في آلة تثقيب تعمل على قطع الثقب المركزي وتشكيل القطر الخارجي المطلوب.

تكرار

9 ثم يتم وضع الابن المعدني في تجويف مجوف – قالب – على شكل قرص مناسب في آلة التشكيل بالحقن. ثم يصب البلاستيك البولي المصهور في هذا القالب لتشكيل حول الابن المعدني. وبمجرد تبريده ، يتشكل البلاستيك مثل الابن ، مع تكوين الحفر والأخاديد – مرة أخرى في انطباع إيجابي عن المسار الرئيسي للقرص الأصلي – في جانب واحد.
10 ثم يتم ثقب الثقب المركزي من القرص البلاستيكي الشفاف عند

يحتوي القرص المضغوط النهائي على سلسلة من المسارات أو المسافات البادئة تسمى “الأراضي” و “الحفر”. يستخدم مشغل الأقراص المضغوطة شعاع ليزر لقراءة هذه الطبقات وتحويل الانعكاس أولاً إلى إشارة كهربائية ثم إلى موسيقى.هذه المرحلة. بعد ذلك ، يتم فحص القرص بحثًا عن العيوب مثل فقاعات الماء وجزيئات الغبار والالتواءات. إذا تم العثور على عيب ، يجب التخلص من القرص.
11 إذا كان القرص يفي بمعايير الجودة ، فحينئذٍ يتم تغليفه بطبقة رقيقة للغاية من الألمنيوم العاكسة. يتم تطبيق الطلاء باستخدام ترسيب فراغ. في هذه العملية ، يتم وضع الألمنيوم في غرفة مفرغة ويتم تسخينه إلى درجة التبخر ، مما يسمح بتطبيقه بالتساوي على القرص البلاستيكي.
12 أخيرًا ، يتم وضع بلاستيك أكريليك شفاف على القرص للمساعدة في حماية الطبقات الأساسية من التلف الجسدي مثل الخدوش. بعد طباعة الملصق ، بشكل عام باستخدام عملية غربلة الحرير ، يكون القرص المضغوط كاملاً وجاهزًا للتعبئة والشحن.

مراقبة الجودة

القرص المضغوط هو جهاز دقيق للغاية. لا يسمح الحجم المجهري للبيانات بأي أخطاء في عملية التصنيع. أصغر جزيئات الغبار يمكن أن تجعل القرص غير قابل للقراءة.

أول ما يهم مراقبة الجودة هو التأكد من مراقبة بيئة الغرفة النظيفة بشكل صحيح ، مع التحكم في درجة الحرارة والرطوبة وأنظمة الترشيح. أبعد من ذلك ، يتم إنشاء نقاط التفتيش لمراقبة الجودة في عملية التصنيع. على سبيل المثال ، يتم فحص سيد القرص للحصول على نعومة وسطح مقاوم للضوء لسمك مناسب عن طريق معدات الليزر. في المراحل اللاحقة من العملية ، مثل قبل وبعد طلاء طلاء الألومنيوم وبعد تطبيق طلاء الأكريليك الواقي ، يتم فحص القرص تلقائيًا بحثًا عن الالتواءات والفقاعات وجزيئات الغبار وأخطاء التشفير على المسار اللولبي. يتم الجمع بين هذا الفحص الميكانيكي والتفتيش البشري باستخدام الضوء المستقطب ، والذي يسمح للعين البشرية برصد الحفر المعيبة في المسار.

بالإضافة إلى فحص الأقراص ، يجب صيانة المعدات المستخدمة لتصنيعها بعناية. يجب أن تكون آلة القطع بالليزر ، على سبيل المثال ، مستقرة للغاية ، لأن أي اهتزاز سيجعل القطع الصحيح مستحيلاً. إذا لم يتم الحفاظ على رقابة صارمة على الجودة ، فقد يكون معدل رفض الأقراص المضغوطة مرتفعًا جدًا.

المستقبل

ستستمر إمكانات التخزين الضخمة ودقة البيانات والحصانة النسبية من البلى في جعل الأقراص المضغوطة وسيلة شائعة لتطبيقات الموسيقى والفيديو. إن أكثر المنتجات الجديدة إثارة التي تثير اهتمام الجمهور هو CD-Interactive أو CD-I ، وهو نظام وسائط متعددة يسمح للمستخدمين بالتفاعل مع أجهزة الكمبيوتر والتلفزيون.

سيستمر تبسيط تقنيات التصنيع وتحسينها ، الأمر الذي يتطلب مرافق أصغر وتدخلاً بشريًا أقل في العملية مما يؤدي إلى انخفاض معدلات رفض الأقراص المضغوطة. بالفعل في العقد الأول من تصنيع الأقراص المضغوطة ، أصبحت عمليات التصنيع ومراقبة الجودة مؤتمتة بالكامل تقريبًا.

مصدر