Disco compacto

Un disco compacto, o CD, es un medio de almacenamiento óptico con datos digitales grabados en él. Los datos digitales pueden ser en forma de audio, vídeo o información informática. Cuando se reproduce el CD, la información es leída o detectada por una fuente de luz fuertemente enfocada llamada láser (de ahí el nombre de medio óptico). Este artículo se centrará en los discos compactos de audio, que se utilizan para reproducir música grabada.

La historia del disco compacto se remonta al desarrollo de la tecnología electrónica y, en particular, de la tecnología electrónica digital en la década de 1960. Aunque las primeras aplicaciones de esta tecnología no fueron en el área de la grabación, encontró un uso creciente en los componentes de audio a medida que la tecnología evolucionaba.

Durante el mismo periodo, muchas empresas comenzaron a experimentar con el almacenamiento óptico de información y la tecnología láser. Entre estas empresas, los gigantes de la electrónica Sony y Philips hicieron notables progresos en este ámbito.

En la década de 1970, las tecnologías digitales y ópticas habían alcanzado un nivel en el que podían combinarse para desarrollar un único sistema de audio. Estas tecnologías aportaron soluciones a los tres principales retos a los que se enfrentaban los desarrolladores del audio digital.

El primer reto era encontrar un método adecuado para grabar las señales de audio en formato digital, un proceso conocido como codificación de audio. Se desarrolló un método práctico de codificación de audio a partir de las teorías publicadas por C. Shannon en 1948. Este método, conocido como modulación por código de pulsos (PCM), es una técnica que muestrea un sonido durante un breve intervalo de tiempo y convierte la muestra en un valor numérico que luego se modula o almacena para su posterior recuperación.

El almacenamiento de señales de audio en formato digital requiere una gran cantidad de datos. Por ejemplo, para almacenar un segundo de música se necesitan un millón de bits de datos. El siguiente reto, por tanto, era encontrar un medio de almacenamiento adecuado para albergar cualquier cantidad significativa de sonido. La solución a este problema llegó con los discos ópticos. Un disco óptico puede almacenar grandes cantidades de datos fuertemente comprimidos. Por ejemplo, un millón de bits de datos en un CD puede ocupar un área más pequeña que la cabeza de un alfiler. Esta información se lee mediante un rayo láser que es capaz de enfocar un área muy estrecha, tan pequeña como la 1/2500ª parte de una pulgada.

El último reto del audio digital era procesar la información densamente empaquetada en los discos compactos con la suficiente rapidez para producir música continua. La solución la aportó el desarrollo de la tecnología de los circuitos integrados, que permiten procesar millones de cálculos en apenas microsegundos.

A finales de la década de 1970, los esfuerzos conjuntos de Sony y Philips desarrollaron un conjunto de normas comunes para los discos de almacenamiento óptico. Un consorcio de 35 fabricantes de hardware acordó adoptar este estándar en 1981 y los primeros discos compactos y reproductores de discos compactos se introdujeron en el mercado en 1982.

La fabricación de un disco compacto consiste en preparar primero un «master de disco» de cristal. Este máster se codifica con la información deseada y se somete a una serie de pasos de electroformación. En la electroformación, las capas de metal se depositan en el máster de vidrio mediante corrientes eléctricas. Cuando la versión maestra final está lista, su información se transfiere a un disco de plástico. Se aplica una capa de aluminio reflectante, seguida de una capa protectora de acrílico transparente y, por último, la etiqueta.

Materias primas

Un disco compacto es un dispositivo de apariencia engañosa si se tiene en cuenta la tecnología necesaria para fabricarlo. Los CD están formados por tres capas de materiales:

• Una capa base hecha de un plástico de policarbonato.
• Una fina capa de revestimiento de aluminio sobre el plástico de policarbonato.
• Un revestimiento acrílico protector transparente sobre la capa de aluminio.

Algunos fabricantes utilizan una capa de plata o incluso de oro en lugar de la capa de aluminio en la fabricación de sus discos compactos.

Diseño

El disco compacto está diseñado estrictamente según los estándares establecidos por Sony y Philips para mantener la compatibilidad universal. Un CD tiene un diámetro de 4,72 pulgadas (120 milímetros) y un grosor de 0,047 pulgadas (1,2 milímetros). El orificio de colocación en el centro tiene un diámetro de 0,59 pulgadas (15 milímetros). Un CD suele pesar alrededor de 0,53 de onza (15 gramos).

Un CD estándar puede almacenar hasta 74 minutos de datos. Sin embargo, la mayoría de los CD contienen sólo unos 50 minutos de música, que se graba en una sola cara del CD (la parte inferior). Los datos grabados en el CD adoptan la forma de una espiral continua que comienza desde el interior y se desplaza hacia el exterior. Esta espiral o pista se compone de una serie de hendiduras llamadas fosas, separadas por secciones llamadas tierras. Un minúsculo rayo láser que se desplaza por la pista refleja la luz hacia un fotosensor. El sensor ve más luz cuando está en una tierra que cuando está en una fosa, y estas variaciones en la intensidad de la luz se convierten en señales eléctricas que representan la música grabada originalmente.

El proceso de fabricación

Los discos compactos deben fabricarse en condiciones muy limpias y sin polvo en una «sala blanca», que se mantiene libre de prácticamente todas las partículas de polvo. El aire de la sala se filtra especialmente para evitar la suciedad, y los ocupantes de la sala deben llevar ropa especial. Dado que una partícula de polvo media es 100 veces mayor que la fosa y la tierra media de un CD, incluso la partícula de polvo más pequeña puede inutilizar un disco.

Preparación del máster del disco

• 1 La música original se graba primero en una cinta de audio digital. A continuación, el programa de audio se transfiere a una cinta de vídeo de 3/4 de pulgada (1,9 centímetros) y, después, se añaden a los datos de audio de la cinta los datos (denominados subcódigos) utilizados para la indexación y el seguimiento de la música. En este punto, la cinta se denomina premaster.
• 2 La cinta premaster se utilizará para crear el máster del disco (también llamado máster de vidrio), que es un disco hecho de vidrio especialmente preparado. El vidrio se pule hasta conseguir un acabado suave y se recubre con una capa de adhesivo y otra de material fotorresistente. El disco tiene un diámetro de aproximadamente 9,45 pulgadas (240 milímetros) y un grosor de 0,24 pulgadas (seis milímetros). Después de aplicar el adhesivo y la fotorresistencia, el disco se cura en un horno.
• 3 A continuación, tanto la cinta premaster como el disco master se introducen en una compleja máquina de corte por láser. La máquina reproduce el programa de audio de la cinta premaster. Al hacerlo, el programa se transfiere a un dispositivo llamado codificador de CD, que a su vez genera una señal eléctrica. Esta señal alimenta un rayo láser, que expone o «corta» los surcos en el revestimiento fotorresistente del disco de vidrio (el disco maestro).
• 4 Los surcos que han quedado expuestos se graban a continuación con productos químicos; estos surcos grabados formarán las fosas de la superficie del CD. A continuación, se aplica al disco un recubrimiento metálico, normalmente de plata. El máster del disco contiene ahora la huella exacta de las fosas y los surcos que tendrá el CD terminado.

Electroformación

• 5 Después del grabado, el máster del disco se somete a un proceso llamado electroformación, en el que se deposita otra capa de metal, como el níquel, sobre la superficie del disco. El término «electro» se utiliza porque el metal se deposita utilizando una corriente eléctrica. El disco se baña en una solución electrolítica, como el solfamato de níquel, y a medida que se aplica la corriente eléctrica, se forma una capa de metal en el disco maestro. El grosor de esta capa de metal se controla estrictamente.
• 6 A continuación, la capa de metal recién aplicada se separa del disco maestro, que se aparta. La capa metálica, o padre, contiene una impresión negativa de la pista del disco maestro; en otras palabras, la pista de la capa metálica es una réplica exacta, pero al revés, de la pista del disco maestro.
• 7 El padre metálico se somete entonces a una nueva electroformación para producir una o más madres, que son simplemente capas metálicas que vuelven a tener impresiones positivas de la pista original del disco maestro. Utilizando el mismo proceso de electroformación, cada madre produce un hijo (también llamado estampador) con una impresión negativa de la pista. Este hijo es el que se utiliza después para crear el CD real.
• 8 Después de ser separado de la madre, el hijo de metal se enjuaga, se seca, se pule y se pone en una máquina de perforación que corta el agujero central y forma el diámetro exterior deseado.

Replicación

• 9 El hijo de metal se introduce en una cavidad hueca -un troquel- con la forma de disco adecuada en una máquina de moldeo por inyección. A continuación, se vierte plástico de policarbonato fundido en esta matriz para que se forme alrededor del hijo de metal. Una vez enfriado, el plástico adquiere la forma del hijo, con las fosas y los surcos -una vez más en una impresión positiva de la pista maestra del disco original- formados en un lado.
• 10 El orificio central se perfora entonces en el disco de plástico, que es transparente en
  

  Un disco compacto terminado contiene una serie de pistas o hendiduras llamadas «tierras» y «fosas». Un reproductor de CD utiliza un rayo láser para leer estas capas y convertir el reflejo primero en una señal eléctrica y luego en música.

  esta etapa. A continuación, se escanea el disco en busca de defectos como burbujas de agua, partículas de polvo y deformaciones. Si se encuentra un defecto, el disco debe ser descartado.

• 11 Si el disco cumple con los estándares de calidad, se recubre con una capa extremadamente fina y reflectante de aluminio. El recubrimiento se aplica mediante deposición al vacío. En este proceso, el aluminio se introduce en una cámara de vacío y se calienta hasta el punto de evaporación, lo que permite que se aplique uniformemente al disco de plástico.
• 12 Por último, se aplica un plástico acrílico transparente al disco para ayudar a proteger las capas subyacentes de daños físicos como los arañazos. Después de imprimir la etiqueta, generalmente mediante un proceso de serigrafía, el disco compacto está completo y listo para su embalaje y envío.

Control de calidad

Un disco compacto es un dispositivo muy preciso y exacto. El tamaño microscópico de los datos no permite ningún error en el proceso de fabricación. La más mínima partícula de polvo puede hacer que un disco sea ilegible.

La primera preocupación de control de calidad es garantizar que el entorno de la sala blanca esté debidamente vigilado, con temperatura, humedad y sistemas de filtrado controlados. Además, los puntos de control de calidad se incorporan al proceso de fabricación. Por ejemplo, se inspecciona la suavidad del disco maestro y el grosor de la superficie fotorresistente mediante equipos láser. En fases posteriores del proceso, como antes y después de depositar el revestimiento de aluminio y tras aplicar el revestimiento acrílico protector, se comprueba automáticamente que el disco no presente alabeos, burbujas, partículas de polvo ni errores de codificación en la pista en espiral. Esta comprobación mecánica se combina con la inspección humana mediante luz polarizada, que permite al ojo humano detectar los huecos defectuosos en la pista.

Además de la comprobación de los discos, el equipo utilizado para su fabricación debe ser cuidadosamente mantenido. La máquina de corte por láser, por ejemplo, debe ser muy estable, porque cualquier vibración haría imposible un corte adecuado. Si no se mantiene un estricto control de calidad, la tasa de rechazo de los CD puede ser muy alta.

El futuro

La capacidad de almacenamiento masivo, la precisión de los datos y la relativa inmunidad al desgaste seguirán haciendo de los discos compactos un medio popular para aplicaciones de música y vídeo. El producto más novedoso que despierta el interés del público es el CD-Interactive o CD-I, un sistema multimedia que permite a los usuarios interactuar con los ordenadores y la televisión.

Las técnicas de fabricación seguirán racionalizándose y mejorándose, requiriendo instalaciones más pequeñas y una menor intervención humana en el proceso, lo que se traducirá en menores tasas de rechazo de los CD. Ya en la primera década de fabricación de CD, los procesos de fabricación y control de calidad se han automatizado casi por completo.

– Rashid Riaz