Pemutar Cakram Padat: Pemutaran Audio Digital Akurat dan Tanpa Aus
Latar Belakang
Cakram padat, juga dikenal populer sebagai CD, adalah medium penyimpanan optik dengan data digital yang direkam di permukaannya. Pemutar cakram padat adalah perangkat yang membaca data yang direkam melalui sinar optik dan secara akurat mereproduksi informasi asli (musik, gambar, atau data). Karena pemutar membaca informasi secara optik, tidak ada aus fisik pada cakram. Teknologi dasar yang digunakan dalam semua pemutar cakram padat pada dasarnya sama, baik pemutar dirancang untuk audio, video, atau aplikasi komputer. Artikel ini akan difokuskan pada pemutar untuk aplikasi audio (secara khusus, audio rumah).
Sejarah sistem cakram padat dapat ditelusuri kembali ke awal tahun 1970-an, ketika kemajuan cepat dalam elektronika digital, optik laser, dan teknologi integrasi skala besar (LSI) terjadi. Banyak perusahaan mulai mengeksplorasi kemungkinan menyimpan sinyal audio dalam bentuk optik menggunakan digital daripada analog. Metode praktis untuk modulasi sinyal audio ditemukan menggunakan teori yang diterbitkan pada tahun 1948 oleh seorang ilmuwan bernama Claude E. Shannon. Metode ini, dikenal sebagai Pulse Code Modulation (PCM), mensampel sinyal audio selama interval waktu pendek dan kemudian mengubah sampel menjadi nilai numerik untuk disimpan dalam format digital.
Penyimpanan audio dalam format digital (dikenal sebagai audio encoding) memerlukan jumlah data yang besar. Misalnya, menyimpan satu detik informasi audio memerlukan satu juta bit data. Cakram optik yang mampu menyimpan miliaran bit data dalam area yang sangat kecil ditemukan ideal untuk aplikasi seperti ini. Cakram optik dapat menyimpan hingga satu juta bit data pada area sekecil kepala pin. Setelah teknologi untuk merekam dan menyimpan audio digital ditemukan, produsen mulai mencari cara untuk membaca dan memproses data yang disimpan dalam area yang sangat kecil. Percobaan dengan perangkat laser (laser memancarkan sinar cahaya yang sangat sempit yang dapat difokuskan pada area yang sangat kecil) cukup berhasil. Pengembangan teknik LSI berarti bahwa jumlah data yang tersimpan pada cakram dapat diproses cukup cepat untuk menyediakan musik berkelanjutan. Panggung kini siap untuk pengembangan sistem cakram padat yang lengkap.
Meskipun banyak perusahaan berpartisipasi dalam penelitian awal dan eksperimen dengan berbagai teknologi yang terlibat dalam sistem cakram padat, dua perusahaan—Sony Jepang dan Philips Belanda—diapresiasi atas berhasil menggabungkan teknologi ini menjadi sistem lengkap. Keduanya bekerjasama untuk mengembangkan standar spesifik untuk sistem cakram padat, dan konsorsium 35 produsen setuju untuk mengadopsi standar ini pada tahun 1981. Pemutar cakram padat pertama diperkenalkan di pasar Eropa dan Jepang pada akhir tahun 1982 dan di Amerika Serikat pada awal tahun 1983.
Bahan Baku
Pemutar cakram padat adalah peralatan elektronik yang sangat canggih. Eksterior sederhana berisi mekanisme interior yang kompleks untuk membaca dan memproses sinyal audio menjadi musik yang sangat jernih dan tajam. Komponen-komponennya meliputi kabin perumah, rangkaian pick-up optik, dan papan sirkuit cetak (PCB), yang berisi mikrochip yang mengarahkan proses elektronik sistem.
Kabin yang menempatkan labirint komponen biasanya terbuat dari aluminium ringan yang diuatkan. Laser adalah tabung kaca kecil yang diisi gas dan supply daya kecil untuk menghasilkan sinar laser, sedangkan photodiode—bagian semikonductor yang mengubah cahaya yang terpantul dari cakram padat menjadi sinyal listrik—biasanya terbuat dari silicone atau geranium. Lensa dan cermin dalam rangkaian pick-up optik terbuat dari kaca atau plastik yang sangat terupolish. Rangkaian ini ditempatkan dalam enclosure plastik sendiri. Sebagian besar komponen elektronik—resistor, transistor, dan kapasitor—terdapat pada mikrochip yang dipasang pada PCB. Bahan dasar komponen ini biasanya silicone. Perangkat keras yang menghubungkan berbagai subrangkaian terdiri dari berbagai kancing logam dan plastik, baut, pelindung, roda gigi, motor, belt, dan kabel.
Desain
Cakram padat adalah cakram plastik poli karbonat dengan diameter 4,75 inci (12,065 sentimeter) yang berisi sekitar 74 menit informasi audio. Tidak semua informasi pada cakram adalah musik; sebagian digunakan untuk deteksi kesalahan, sinkronisasi, dan tujuan tampilan. Informasi pada CD dienkodekan pada track spiral dalam bentuk indentasi yang disebut lands dan pits yang mewakili biner tinggi dan rendah. Iya adalah indentasi ini yang dibaca oleh laser pemutar CD.
Secara konseptual, desain pemutar CD mirip dengan pemutar pita (rekaman). Seperti pita, cakram padat diputar pada meja putar, dan audio dibaca oleh perangkat pick-up. Namun, berbeda dengan pemutar pita, motor tidak memutar meja putar pada kecepatan konstan tetapi menyesuaikannya dengan jarak pick-up dari pusat meja putar. Selanjutnya, perangkat pick-up dalam pemutar CD bukan stylus mekanis (jarum) tetapi sinar laser optik yang tidak datang ke kontak fisik dengan cakram padat. Laser ini memfokuskan sinarnya pada track cakram yang berisi lands dan pits, dan detektor pemutar CD (photodiode) merasakan perbedaan antara cahaya yang terpantul dari lands dan yang terpantul oleh pits. Photodiode mengubah cahaya yang terpantul ini menjadi sinyal listrik. Disampaikan ke papan sirkuit elektronik, sinyal ini kemudian dikembalikan menjadi suara.
Ada tiga subrangkaian dasar dalam pemutar cakram padat: rangkaian mekanisme pengemudi cakram; rangkaian pick-up optik; dan rangkaian papan sirkuit elektronik, yang mengkoordinir sistem lain di dalam pemutar dan termasuk mekanisme servo dan rangkaian dekode data. Dengan mengirim sinyal ke mekanisme servo, papan sirkuit menyesuaikan kecepatan motor, fokus, dan pelacakan pick-up optik; mengelola aliran data ke rangkaian dekode; dan menyediakan informasi tampilan sebagai respons terhadap berbagai tombol pada panel kontrol.
Mekanisme pengemudi cakram terdiri dari poros yang memegang CD dan motor yang memutarnya. Motor, disebut spindle motor, dipasang di bawah lembar plastik pemuatan cakram atau meja putar. Motor terpisah yang dipasang pada chassis (dasar atau bingkai pemutar CD) memindahkan lembar pemuatan masuk dan keluar pemutar; ini dilakukan melalui roda gigi yang terpasang pada motor dan juga mengoperasikan roda gigi yang lebih besar untuk mengangkat dan menurunkan klap untuk memegang cakram pada tempatnya.
Rangkaian pick-up optik terdiri dari laser, photodiode, dan berbagai lensa dan cermin. Seluruh subrangkaian ini meluncur maju mundur pada rel dan dikontrol oleh mekanisme servo yang menerima sinyal arah dari papan sirkuit. Rangkaian pick-up optik biasanya terletak di bawah klap yang memosisikan cakram, sementara motor yang menggerakkan rangkaian ini dipasang pada chassis dekat rel. Mekanisme ini bekerja dengan mengarahkan sinar laser melalui lensa dan cermin ke bawah permukaan cakram padat. Lensa dan cermin memastikan sinar difokuskan dengan baik. Jika sinar mengenai pit pada cakram, tidak ada cahaya yang terpantul dan photodiode tidak aktif. Jika sinar mengenai land, cahaya terpantul kembali melalui lensa dan cermin ke photodiode, yang kemudian menghasilkan sinyal listrik. Sinyal ini ditransfer ke rangkaian papan sirkuit elektronik, di mana iya dikonversi oleh sistem dekode data menjadi sinyal audio untuk pemutaran.
Rangkaian papan sirkuit elektronik terdiri dari papan sirkuit cetak yang berisi sirkuit untuk mekanisme servo, yang mengoperasikan sistem pick-up optik, dekode data, dan sistem kontrol. Ada banyak chip integrated circuit, mikroprosesor, dan komponen terintegrasi skala besar pada rangkaian papan ini.
Rangkaian kunci dalam pemutar cakram padat adalah rangkaian pick-up optik. Iya terletak pada rel sehingga dapat bergerak maju mundur di bawah cakram padat. Iya bekerja dengan mengarahkan sinar laser pada CD; jika laser mengenai land, cahaya yang terpantul kemudian menuju ke photodiode, yang menghasilkan sinyal listrik. Sebaliknya, sinyal bergerak ke papan sirkuit pemutar CD, yang mengubah sinyal menjadi musik.
Proses Manufaktur
Dalam lingkungan manufaktur saat ini tidak ada satu metode produksi dan rangkain. Produk semakin dibuat sebagai subrangkaian dan digabungkan sebagai subrangkaian lebih besar atau sebagai produk akhir. Robotika dan baris yang dijalankan komputer memungkinkan hampir semua bagian dipasang pada setiap tahap subrangkaian pada setiap titik dalam proses. Urutan dapat diubah dalam hitungan menit untuk memungkinkan modifikasi atau titik pemeriksaan kualitas. Oleh karena itu, proses manufaktur yang dirinci diikuti pendekatan yang mirip dengan proses manufaktur yang sebenarnya digunakan di industri. Proses pertama kali dijelaskan dalam hal berbagai subrangkaian dan kemudian deskripsi ini membahas bagaimana berbagai subrangkaian digabungkan untuk membuat produk akhir.
Subrangkaian Pick-up Optik
- 1 Dibeli dari kontraktor luar, laser dan photodiode dipasang di bawah klap cakram. Berbagai lensa dan cermin dalam rangkaian ini harus diatur dan diselaraskan dengan baik sehingga dapat memfokuskan dan mengarahkan cahaya sesuai kebutuhan. Seluruh rangkaian kemudian diabadikan dalam casing plastik. Casing dibuat oleh salah satu proses pembentukan plastik biasa seperti ekstrusi atau injeksi cetak, sementara lensa dan cermin (biasanya silicone) dipotong ke bentuk yang tepat dan kemudian diupolish halus dengan abrasif. Photodiode semikonductor dibuat dengan menyiapkan dan mengupolish zat seperti silicone atau geranium dan kemudian menambahkan pengotor untuk membuat lapisan. Kontak listrik kemudian ditambahkan. Setelah komponen optik ditempatkan, roda gigi dan belt yang akan membantu memosisikan pick-up optik ditempatkan.
Subrangkaian Pengemudi Cakram
- 2 Selanjutnya, motor yang akan menggerakkan pick-up optik dihubungkan ke roda gigi dan belt dan ditempatkan pada chassis. Lembar pemuatan sekarang di pusat, dan motor poros yang akan memutar cakram dipasang. Setelah klap yang terpasang pick-up optik diposisikan di samping lembar pemuatan, lembar pemuatan, klap, dan motor pick-up dipasang dalam lembar pemuatan, yang ditempatkan di kabin pemutar CD.
Subrangkaian Papan Sirkuit Elektronik
- 3 Terakhir yang dirangkaikan adalah komponen elektronik. Dirancang oleh insinyur menggunakan paket CAD, papan sirkuit terdiri dari dasar berlapis tembola yang memiliki pola yang ditransfer ke dalamnya (masking) melalui layar cetak atau metode serupa. Setelah dilapisi bahan sensitif cahaya, area pola dietus secara kimiawi untuk membuat papan berlapis—lapisan-lapisan terdiri dari berbagai transistor dan kapasitor yang membentuk sirkuit. Mikrochip kecil (biasanya terbuat dari silicone) yang dipasang pada papan dibuat dengan cara yang sama, kecuali pada skala yang lebih kecil. Tergantung pada produsen, pemutar CD mungkin memiliki satu papan sirkuit besar atau beberapa papan kecil. Setelah dipasang pada panel atau panel, sirkuit dipasang pada panel kontrol depan pemutar CD, rangkaian saklar, dan akhirnya supply daya.
Rangkain Akhir
- 4 Setelah berbagai subrangkaian siap, iya dihubungkan dan diinterface bersama untuk menyelesaikan rangkain akhir. Sebagian besar pekerjaan yang dilakukan pada tahap ini dilakukan oleh pekerja manusia. Pemutar CD sekarang diuji dan dikirim untuk dikemas.
Kontrol Kualitas
Seperti yang telah disebutkan, pemutar cakram padat adalah perangkat yang sangat canggih, dan langkah-langkah kontrol kualitas yang ketat diadopsi dari tahap awal hingga akhir produksi untuk memastikan pemutar berfungsi dengan baik sesuai standar industri.
Karena begitu banyak komponen dalam pemutar cakram padat dibuat oleh vendor khusus, produsen pemutar harus bergantung pada vendor ini untuk menghasilkan bagian berkualitas. Beberapa elemen paling penting adalah yang ada dalam rangkaian pick-up optik. Lensa dan cermin yang digunakan dalam pick-up laser, misalnya, terbuat dari kaca berkualitas tinggi, dan kontak manusia harus dihindari selama proses manufaktur untuk menjaga permukaannya bersih dan bebas noda. Sebagian besar komponen sirkuit elektronik harus dibuat di lingkungan "ruang bersih" (mengandung filter udara khusus serta persyaratan pakaian), karena bahkan satu partikel debu dapat menyebabkan gangguan dalam sirkuit. Papan sirkuit dan chip diuji pada banyak tingkat oleh mesin diagnostik untuk menentukan kesalahan dalam sirkuit.
Seperti yang disebutkan sebelumnya, pemutar cakram padat adalah perangkat yang sangat canggih, dan langkah-langkah kontrol kualitas yang ketat diadopsi dari tahap awal hingga akhir produksi untuk memastikan pemutar berfungsi dengan baik sesuai standar industri.
Karena begitu banyak komponen dalam pemutar cakram padat dibuat oleh vendor khusus, produsen pemutar harus bergantung pada vendor ini untuk menghasilkan bagian berkualitas. Beberapa elemen paling penting adalah yang ada dalam rangkaian pick-up optik. Lensa dan cermin yang digunakan dalam pick-up laser, misalnya, terbuat dari kaca berkualitas tinggi, dan kontak manusia harus dihindari selama proses manufaktur untuk menjaga permukaannya bersih dan bebas noda. Sebagian besar komponen sirkuit elektronik harus dibuat di lingkungan "ruang bersih" (mengandung filter udara khusus serta persyaratan pakaian), karena bahkan satu partikel debu dapat menyebabkan gangguan dalam sirkuit. Papan sirkuit dan chip diuji pada banyak tingkat oleh mesin diagnostik untuk menentukan kesalahan dalam sirkuit.
Sebagai bagian dari kontrol kualitas oleh produsen pemutar, rangkaian pengemudi cakram diperiksa untuk penyelarasan yang tepat dari motor, poros, lembar pemuatan, dan berbagai roda gigi. Selain itu, pick-up optik diperiksa untuk penyelarasan yang tepat dari lensa dan sinar laser. Setelah subrangkaian diikat bersama dalam kabin, semua koneksi kabel diperiksa untuk kontak listrik yang tepat dan antarmuka yang benar dengan komponen lain. Pemeriksaan visual untuk memeriksa belt, roda gigi, dan roda gigi adalah bagian integral dari proses kontrol kualitas. Pemeriksaan akhir terdiri dari memutar cakram uji yang menghasilkan sinyal dan pola khusus, memungkinkan pekerja untuk melacak kesalahan dalam sistem. Selain itu, berbagai saklar dan tombol pada panel depan diperiksa untuk memastikan bahwa mereka melakukan fungsi yang ditunjukkan dan menampilkan informasi yang sesuai pada panel.
Masa Depan
Teknologi sistem CD telah berkembang pesat dalam beberapa tahun terakhir, dan aplikasi baru untuk sistem CD ditemukan setiap hari. Pasir telah melihat perkenalan CD-ROMs, CD-Videos, dan CD-Interactive. Produk terbaru yang menarik perhatian konsumen adalah Photo-CD dari Kodak, yang dapat menampilkan foto di layar televisi dan komputer. Gambar ini dapat diedit atau dipotong oleh pengguna, sama seperti gambar klip art.
Sistem audio CD akan melihat perkenalan banyak fitur baru dalam beberapa tahun mendatang. Pemutar dengan fungsi remote control canggih sekarang dalam tahap pengembangan. 
Perumah untuk pemutar CD mencakup top cover atau "bonnet" dan panel kontrol depan. Cakram padat berada di lembar pemuatan yang meluncur masuk dan keluar pemutar. Fungsi-fungsi ini akan memungkinkan pengguna untuk menampilkan informasi pada unit remote control itu sendiri, seperti judul lagu, nama artis, dan lirik lagu yang sebenarnya. Cakram padat yang mampu merekam dan memutar, seperti pita kaset, juga sedang dikembangkan. Kapasitas penyimpanan yang besar CD juga cocok untuk banyak aplikasi multimedia yang luas, dan sangat mungkin cakram padat akan menjadi medium pertukaran data umum untuk semua aplikasi audio, video, dan komputer.
