CD-Spieler

Cdplayer1.jpg Ein CD-Spieler (engl. CD player) ist ein Abspielgerät für CDs. CD-Spieler dienen ausschließlich dem Abspielen von Audio-CDs und können keine anderen Medien-Formate wie z. B. DVD oder Daten-CD-ROM verarbeiten.

Es gibt sie in verschiedenen Ausführungen:

eigenständiges stationäres Gerät zum Anschluss an HiFi-Anlage
portables Gerät, z.B. der Discman (eingetragene Marke von Sony)
integriert in andere Geräte (HiFi-Anlagen oder Autoradios)
als Funktion eines Personal Computers mit eingebautem CD-Laufwerk (CD-ROM oder DVD-Brenner (Hardware)) zusammen mit einer Soundkarte und einer Medienspieler-Software.

Grundsätzliche Funktion

Die Informationen auf der CD sind auf einer spiralförmig von innen nach außen verlaufenden Datenspur in Form von Pits und Lands (kleinen Vertiefungen/Erhöhungen) gespeichert. Die Wechsel zwischen Pit und Land entsprechen dabei einer binären 1, Pit oder Land ohne Wechsel entsprechen einer binären 0 (siehe Aufbau einer CD). Die Datenspur wird im CD-Spieler berührungslos von einer infraroten Laserdiode mit einer Wellenlänge von 780 nm +/- 10 nm von der Rückseite der CD abgetastet. Das von der CD reflektierte Licht wird von einem Array aus mehreren Fotodioden aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Laser und Fotodioden sind in der Abtasteinheit, dem sogenannten Pickup, zusammengefasst.

Aufbau

Ein CD-Spieler teilt sich in zwei Bereiche auf:

Laufwerk

CDM210_cd_laufwerk.jpg Das Laufwerk umfasst alle mechanischen und elektronischen Anteile zum Laden und Abtasten der CD. Der Ladevorgang erfolgt bei stationären Geräten meist über eine motorgetriebene Schublade. Nach dem vollständigen Einfahren der Schublade wird die CD auf den Antriebsteller abgesenkt bzw. der Antriebsteller mit Abtasteinheit wird unter die CD gehoben. Bei portablen Geräten wird die CD in der Regel direkt auf den Antriebsteller gelegt und durch Schließen des Gerätedeckels gesichert.
Der Antrieb der CD erfolgt durch einen Gleichstrommotor, bei hochwertigen Geräten auch durch einen verschleißarmen elektronisch kommutierten Motor. Die Antriebsdrehzahl wird durch die zugehörige Servoelektronik geregelt.
Die Abtasteinheit (Pickup) tastet die Datenspur der CD von der Unterseite her ab und wird radial von innen nach außen bewegt. Diese Tracking-Bewegung kann als Schwenkbewegung wie bei einem Plattenspieler-Tonarm oder linear erfolgen. Im ersten Fall (siehe Bild) geschieht der Antrieb durch eine Spule, die direkt am Schwenkarm montiert ist und in einem kreisringsegmentförmigen Magnetfeld bewegt wird. Im zweiten Fall wird der Pickup auf zwei Führungsstangen linear verschoben, die grobe Positionierung erfolgt meist über einen Zahnstangenantrieb mit einem Gleichstrommotor. Dieser wird Schlitten- (Sled-) motor genannt. Die Feinpositionierung erfolgt über einen Tauchspulenantrieb ähnlich dem Membranantrieb eines Lautsprechers. Bei aktuellen CD-Spielern hat sich aufgrund des kleineren Fertigungsaufwands leider der verschleißanfälligere lineare Antrieb mit Gleichstrommotor durchgesetzt.
Für die Fokussierung des Laserstrahls auf die Informationsschicht der CD wird ebenfalls ein Tauchspulenantrieb eingesetzt. Er bewegt die Objektivlinse in der Abtasteinheit auf- und abwärts und verändert so deren Abstand zur CD.

Elektronik

Die Elektronik eines CD-Spielers gliedert sich in mehrere Teilbereiche:

Stromversorgung

Die Stromversorgung stellt alle zum Betrieb des Gerätes nötigen Betriebsspannungen bereit. Ziel ist dabei unter anderem, die gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Elektronikbereiche minimal zu halten.

Steuerbereich

Im Steuerbereich sind alle Funktionen zusammengefasst, die mit der Bedienung und Steuerung des CD-Spielers zu tun haben. Dazu zählen die Abfrage der Tastatur am Gerät und der Empfang von Fernbedienungssignalen, die Steuerung des Displays und der Laufwerksfunktionen. Es werden ein oder mehrere Mikrocontroller eingesetzt.

Servoelektronik

In einem CD-Spieler existieren drei Regelkreise, die unabhängig voneinander die Antriebsdrehzahl der CD, die Fokussierung des Lasers (Focus) und die Spurhaltung (Tracking) regeln.
Der CD-Spieler spielt die CD von innen nach außen ab. Je weiter sich die Lasereinheit zum äußeren Rand der CD bewegt, desto langsamer dreht die CD, so dass die Umfangsgeschwindigkeit, mit der die Datenspur abgetastet wird, und somit die Datenmenge pro Zeiteinheit konstant bleibt. Die Antriebsdrehzahl wird dabei so geregelt, dass der Datenstrom genau so groß ist wie von der anschließenden Signalverarbeitung benötigt. Je nach Position der Abtasteinheit liegt die Drehzahl zwischen 200 min^-1 und 500 min^-1.
Der Focus-Regelkreis bezieht seine Eingangssignale von den in der Abtasteinheit untergebrachten Fotodioden. Durch die astigmatische Optik in der Abtasteinheit lassen sich Fokussierungsfehler erkennen und führen zu einem entsprechenden Korrektursignal an den Fokussierungs-Tauchspulenantrieb.
Der Tracking-Regelkreis erhält seine Eingangssignale ebenfalls von den in der Abtasteinheit untergebrachten Fotodioden. Kleine Spurhaltungsfehler werden zunächst mit dem Radial-Tauchspulenantrieb korrigiert. Die Abtastung der spiralförmigen Datenspur auf der CD führt zum stetigen Anwachsen des Tracking-Fehlers; wenn eine bestimmte Schwelle überschritten wird, erfolgt eine radiale Bewegungen der Abtasteinheit mittels des Zahnstangenantriebs und des Schlitten- (Sled-) motors. Dieser Vorgang ist im Abstand von einigen Sekunden nötig und wird ebenfalls vom Tracking-Regelkreis kontrolliert. Im Falle des Schwenkantriebs für die Trackingbewegung entfällt die Unterteilung in Grob- und Feinbewegung, hier wird der komplette Vorgang vom Direktantrieb-Radialmotor übernommen.

Signalverarbeitung

Die elektrischen Signale von der Abtasteinheit werden zunächst verstärkt und in einem FIFO-Puffer zwischengespeichert, dessen Füllstand als Eingangssignal für die Drehzahlregelung des CD-Antriebsmotors dient. Es folgt die Fehlerkorrektur nach dem Cross-Interleaved-Reed-Solomon-Code und die Extraktion der Audio- und der Subcodedaten.
Es schließen sich das Überabtastungsfilter, die Digital-Analog-Wandlung und das Tiefpassfilter an. Im Falle von CDs, die mit Höhenanhebung (Emphasis) produziert wurden, erfolgt eine spiegelbildliche Absenkung des Hochtonanteils (Deemphasis), um einen insgesamt linearen Frequenzgang wieder herzustellen. Die Höhenabsenkung wird von einem Subcodebit auf der CD automatisch eingeschaltet, wird jedoch nur selten angewandt. Danach steht das Signal in analoger Form am Ausgang des CD-Spielers bereit.
Zusätzlich kann das digitale Audiosignal im S/P-DIF Format in elektrischer oder optischer Form vom CD-Spieler bereitgestellt werden, um eine verlustfreie Übertragung zu anderen digitalen Audiogeräten zu ermöglichen. Das Serial Copy Management System (SCMS) wird dabei eingesetzt, um sicherzustellen, dass nur eine Kopiengeneration von urheberrechtsgeschützten Cds angefertigt werden kann.

Besonderheiten

Üblicherweise ist die Wiedergabe der CD quarzgesteuert und erfolgt mit fester Geschwindigkeit. Es gibt jedoch auch CD-Spieler für DJs, bei denen sich die Geschwindigkeit der Musik regeln lässt (pitchen).

Neuere CDs enthalten CD-Text. Diese Zusatzinformationen, z.B. über den Künstler und die Titel, können von einem entsprechend ausgerüsteten CD-Spieler angezeigt werden.

Die meisten CD-Spieler können auch gemischte Daten- und Musik-CDs abspielen.

Einige CD-Spieler haben Probleme, kopiergeschützte CDs korrekt abzuspielen, weil diese CDs nicht dem CD-Red-Book-Standard entsprechen. Dies gilt insbesondere für neuere CD-Spieler, die auf PC-Laufwerken basieren.

Neuere Entwicklungen erlauben das Abspielen von MP3- und ähnlichen Formaten. Für das Abspielen von DVDs sind DVD-Spieler notwendig, die prinzipiell ähnlich gebaut sind, sich aber in der Datendichte, Aufzeichnungsmethoden und Formaten von der CD unterscheiden.

Siehe auch

Elektrogerät | Musiktechnik

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