Почему CD-плеер крутил диск в начале альбома быстрее, чем в конце

В начале альбома двигатель CD-плеера мог делать около 500 оборотов в минуту, ближе к внешнему краю диска — около 200. При этом плеер воспроизводил каждую песню в её исходном темпе. Стоило вернуться с последней песни на первую, и диск снова разгонялся. Почему компакт-диск нельзя было крутить как виниловую пластинку, на одних и тех же оборотах от начала до конца?

Где на компакт-диске начинался альбом

У виниловой пластинки иглу ставят у края, откуда она постепенно идёт к центру. У звукового компакт-диска направление обратное. Первые песни записаны на внутренних витках спирали, рядом с центром, а по мере воспроизведения оптическая головка смещается наружу.

Границы треков отмечают позиции на общей спирали. После окончания одной песни головка может читать следующую, продолжая двигаться наружу. А если альбом короткий, последняя песня может закончиться задолго до края.

Поэтому значение около 200 оборотов в минуту относится к внешней части области записи. На диске с коротким альбомом плеер заканчивает чтение ближе к центру и при более высоких оборотах.

Почему к краю можно было сбавить обороты

Представим две метки на диске. Одна находится в двух сантиметрах от центра, вторая — в четырёх. За один оборот обе вернутся на прежнее место, но дальняя метка опишет окружность вдвое длиннее. При одинаковых оборотах поверхность на большем радиусе движется под лазером быстрее.

Для CD-плеера важна длина дорожки, которую лазер считывает за секунду. Если головка ушла вдвое дальше от центра, то для сохранения той же скорости чтения достаточно вдвое уменьшить обороты. Так внутренние и внешние витки проходят мимо лазера примерно с одинаковой скоростью, хотя двигатель работает по-разному. Этот режим называют постоянной линейной скоростью, или CLV.

У долгоиграющей виниловой пластинки со скоростью 33⅓ оборота в минуту всё устроено иначе. За один оборот игла у края проходит больше сантиметров канавки, чем возле центра. Проигрыватель при этом держит одни и те же обороты до конца стороны, а скорость движения канавки под иглой падает.

Разницу хорошо видно в характеристиках Sony CDP-101. Для двигателя указаны 200-500 оборотов в минуту, а для сканирования дорожки — 1,2-1,4 метра в секунду. Первая величина описывает вращение всего диска, вторая — движение участка записи относительно лазера.

Как плеер понимал, когда менять скорость

Оптическая головка направляет луч на дорожку и улавливает изменения отражённого света. Из этого сигнала электроника извлекает цифровые данные. Когда участок записи проходит под лучом быстрее, изменения сигнала поступают чаще. Когда диск замедляется, интервалы между ними растут.

Электроника использует считанный сигнал и для управления двигателем. В одной из типовых схем из сигнала выделяют тактовую частоту и сравнивают её с частотой кварцевого генератора. Если дорожка идёт под лазером слишком быстро, схема уменьшает обороты. Если слишком медленно, прибавляет.

Этот способ регулировки описан в патенте Sony на управление приводом оптического диска.

Почему вместе с диском не замедлялась музыка

В CD звук записан как последовательность цифровых отсчётов. Плеер восстанавливает её и подаёт на преобразователь с заданной частотой. У того же Sony CDP-101 в технических характеристиках указано 44,1 кГц, то есть 44 100 отсчётов в секунду для каждого канала. Эта частота одинакова для первой и последней песни. Меняются условия, в которых плеер получает данные с диска, а каждую секунду записи он по-прежнему воспроизводит за одну секунду.

Если сразу выбрать последнюю песню длинного альбома, головка переместится к её началу, и привод установит обороты для этого места. При обратном переходе, с последней песни на первую, диск снова раскрутится быстрее. В обоих случаях двигатель подстраивается под положение лазера. Порядковый номер песни только указывает плееру, где на диске начинать чтение.