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Wissenschaft im Alltag: CD-Spieler


Musik als Strom von Bits und Bytes ermöglichen knisterfreien Hörgenuß

Eingefleischte HiFi-Freaks schwören zwar noch auf den analogen Datenträger Langspielplatte, doch seit ihrer Markteinführung 1982 hat sich die Compact Disk (CD) schnell zum knister- und knackfreien Standard entwickelt. Musik und Sprache speichert sie digital (die CD-ROM zusätzlich auch Code und Daten für Computerprogramme).

Dazu wird ein Schallsignal in kurzen Zeitintervallen abgetastet und seine Amplitude als Binärzahl, also als Folge von Nullen beziehungsweise Einsen dargestellt. Bei derzeit 16 Stellen (Bits) läßt sich die Amplitude in Schritten von – 32768 bis + 32767 angeben.

Bit für Bit überträgt man die Daten als mikroskopisch kleine Vertiefungen (pits) und glatte Stellen (lands) auf die Informationsebene der CD; ein Übergang von einem Bereich zum nächsten codiert eine Eins. Solch eine Datenspur kann bis zu fünf Kilometer lang sein und aus bis zu drei Milliarden Vertiefungen bestehen. Weil jede für zwei binäre Einsen steht, dazwischen aber 2 bis 10 Nullen liegen können, ergibt sich eine Speicherkapazität von etwa 650 Megabyte pro CD.

Beim Abspielen wird der Laserstrahl des CD-Spielers von den pits gestreut, seine Photodioden messen dies als Abfall in der Intensität des reflektierten Lichts. (Auf beschreibbaren CDs übernimmt eine Farbstoffschicht diesen Part: Durch Bestrahlung verändert sie lokal ihre Beschaffenheit und damit die Reflexivität.) Auf diese Weise entsteht wieder eine Folge von Nullen und Einsen. Ein Digital-Analog-Wandler kehrt den Prozeß der Aufnahme um und erzeugt ein analoges elektrisches Signal, das verstärkt und über Lautsprecher wiedergegeben wird.

Tatsächlich ist der Aufwand sogar noch größer. So werden die zu speichernden Daten umcodiert (Modulation), um eine gut durch pits und lands darstellbare Bit-Struktur zu erhalten. Spezielle Algorithmen korrigieren fehlerhaft ausgelesene oder beschädigte Bits – Flecken und Kratzer verlieren so ihre Schrecken.

Um bis zu 17 Gigabyte und somit ganze Spielfilme speichern zu können, einigten sich die Hersteller weltweit auf das DVD-Format als Nachfolger der CD. Laser mit kürzerer Wellenlänge sollen kleinere pits und lands sowie schmalere Datenspuren ermöglichen. Überdies sieht das DVD-Audio-Format 24-Bit-Daten vor. Der Vorwurf, 16-Bit seien zu schlecht für feinste Feinheiten, sollte damit vom Tisch sein.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 9 / 1999, Seite 117
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH

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