Un tipo esaltava il suo lettore CD high-end (senza dubbio di costo stratosferico) sostenendo che l'apparecchio, per l'esecuzione della funzione muting tra un disco e l'altro o tra una traccia e l'altra, utilizzava nello stadio finale di amplificazione audio dei relè MECCANICI al posto dei soliti transistor. Si suppone che questi relè meccanici presentino una minore capacità parassita e quindi non influenzino la 'fluidità' o qualche altra caratteristica del suono ugualmente non misurabile e senza alcun significato scientifico. In base allo stesso articolo, "solo i lettori di CD economici del costo minore di 900 dollari utilizzano i transistor per il muting. Tutti i lettori più costosi utilizzano relè". Se ciò fosse vero, allora come fanno i produttori a dichiarare una risposta in frequenza tra 20 Hz e 20 KHz contenuta entro +/-0,3db anche per i lettori CD che costano molto meno di 900 dollari?
Beh, il mio Technics SLP-2 vecchio di 10 anni utilizza dei relè, ma di sicuro costa molto meno di 900 dollari. Facciamo un po' di calcoli:
Capacità parassita, ammettiamo 100 pF (molto molto maggiore rispetto a quella reale). Massima frequenza che ci interessa riprodurre: 20 KHz.
L'ordine di grandezza dell'impedenza di questa capacità parassita sarebbe:
|Z|=1/(2*pi*f*C) = 1/(2*3.14159*2E+4*1E-10) = 80 K Ohm
Paragonate il valore così ottenuto all'impedenza di uscita di un tipico stadio finale audio, diciamo minore di 1 K Ohm (di solito anche molto inferiore, ma 1 K Ohm va bene per un calcolo di quelli fatti sul retro di una busta). Già, perderò un bel po' di sonno per risolvere una questione così delicata. Ci sono cose ben più importanti di cui preoccuparsi rispetto ad una irregolarità immisurabile nella curva di risposta in frequenza: i transistor sono localizzati proprio al termine dello stadio di uscita? Oh perbacco, sarebbe meglio iniziare a ricercare dei cavi audio a capacità ultra bassa del costo di almeno 1000 dollari ciascuno, con conduttori intrecciati senza ossigeno e protetti ad acqua. Ma attenzione: vi state collegando ad un amplificatore dotato di impedenza di ingresso non infinita (forse, orribile come potrebbe sembrare, ed anche non-uniforme)? Il vostro impianto deve suonare uno schifo! Come potete averlo con voi in casa? Nella riproduzione dell'audio digitale ad alta fedeltà sono coinvolte così tante variabili che tutto ciò è significativo come un foruncolo su un elefante.
Richiedete un paragone A-B progettato ed implementato in modo scientifico; non riuscirete mai ad ottenerlo perchè i risultati potrebbero essere troppo scioccanti per l'industria audio, nel caso in cui le 'orecchie d'oro' falliscano nel tentativo di distinguere con sicurezza tra due lettori CD alle due estremità opposte della fascia dei prezzi.
Alcuni dischi CD-ROM includono delle tracce audio del tutto ascoltabili. Ad ogni modo, i CD-ROM contenenti soli dati potrebbero anche non essere affatto riconosciuti dai più nuovi lettori per CD audio. Nei più vecchi, progettati prima che gli standard CD-ROM fossero stati sviluppati, il lettore CD potrebbe visualizzare una directory composta da una sola traccia. Il tentativo di 'suonare' un simile disco con molta probabilità non provoca alcun danno al lettore CD, ma il suono sarà, per così dire, strano. Se decidete di intraprendere un tale esperimento, ABBASSATE IL VOLUME!!! I dischi contenenti dei dati non obbediscono a nessuna delle regole che governano le frequenze e le ampiezze audio del mondo reale; potreste far fuori i vostri altoparlanti (o le vostre orecchie) se il volume è regolato troppo alto, o anche solo a livelli più che normali.
Non vedo alcun buon motivo per intraprendere seriamente un progetto di questo tipo se non per pura curiosità, ma la domanda sembra spuntare di tanto in tanto.
Se la vostra intenzione è quella di convertire un lettore per CD audio un un drive CD-ROM, toglietevelo dalla testa, non sprecate il vostro cervello su considerazioni di questo tipo. Sebbene l'ottica e l'elettronica di front end siano similari, al lettore per CD audio manca tutta la circuitazione necessaria per decoficare i dati del CD (i CD-ROM utilizzano una correzione d'errore più sofisticata), mancano gli ingressi di controllo, ed è virtualmente impossibile ottenere schemi dettagliati o listati del firmware.
E, per finire, ammesso di riuscire nell'intento, otterreste un drive allo stato dell'arte a singola velocità, visto che i sistemi servo e i motori di un lettore per CD audio non sono in grado di operare a velocità maggiori di 1X. Probabilmente potrete venire in possesso di un drive CD-ROM 1X per meno di 10 dollari; ormai praticamente li regalano nelle scatole di cereali oggigiorno (o forse si trattava di quegli hard disk da 1 GigaByte? La tecnologia avanza così velocemente!).
Poichè quasi tutti i drive CD-ROM sono anche in grado di riprodurre i CD audio, è naturale chiedersi se sia possibile fornire alimentazione ad un vecchio drive CD-ROM 1X (o anche 2X o 10X) ed utilizzarlo come lettore CD audio senza collegarlo ad un computer.
Per molti modelli la risposta è affermativa; si tratta di quei modelli che prevedono un qualche mezzo per avviare la riproduzione e spostarsi fra le varie tracce direttamente dal pannello frontale. Di solito, si tratta di un paio di pulsanti che combinano le funzioni di riproduzione, espulsione e salto alla traccia successiva, uniti ad un controllo di volume. Tutto ciò che serve a questi drive CD-ROM per funzionare come lettori CD audio è l'alimentazione; per l'ascolto in cuffia si può utilizzare l'apposito jack presente sul pannello frontale, mentre per il collegamento dell'uscita linea del lettore agli ingressi CD o AUX di un impianto stereo è sufficiente costruirsi un cavetto dotato dei connettori idonei.
Per i modelli sprovvisti di controlli di riproduzione audio la questione si complica; nel caso dei drive con interfaccia SCSI o IDE probabilmente non vale nemmeno la pena di intraprendere l'impresa, visto che per il funzionamento possono essere richiesti degli speciali comandi. Non ho idea del livello di complessità nel caso di interfacce custom come nel caso dei drive Sony, Panasonic, e Mitsumi; potrebbe trattarsi di un set di comandi più semplice, ma dubito che si tratti semplicemente di ponticellare un segnale a massa.
Ad ogni modo, si noti che le prestazioni audio dei drive CD-ROM risultano solitamente un po' inferiori rispetto a quelle di un tipico lettore CD audio; dopotutto, in un drive CD-ROM i circuiti audio sono soltanto un accessorio. In conclusione, non aspettatevi una risposta in frequenza, una gamma dinamica e una silenziosità allo stesso livello a cui siete abituati con il vostro impianto stereo o finanche con il vostro lettore CD portatile.
Frugare all'interno di un lettore CD funzionante costituisce un eccellente esercizio per lo studente. I lettori CD per impianti stereo a componenti separati spesso dispongono di test point chiaramente contrassegnati per la RF, il fuoco, il tracking, e i dati audio. Operando con la dovuta cautela, il rischio di danneggiare l'apparecchio è trascurabile, a condizione di non andare a manomettere le varie regolazioni interne.
Se non avete niente di meglio da fare ed avete il vostro lettore CD aperto, provate a localizzare i test point per i dati, tracking fine, e fuoco; saranno contrassegnati con delle sigle tipo TP.DTA (o TP.RF), TP.FO, TP.TR.
TP.DTA o TP.RF sono i dati provenienti dal disco, dopo che hanno attraversato solo il combinatore dei segmenti di fotodiodi e probabilmente il preamplifiatore. Utilizzando una sonda 10:1, regolate l'oscilloscopio per uno sweep orizzontale di circa 0,5 us/div. Provate con una sensibilità verticale di circa 0,2 Volt per divisione come inizio, e regolate poi la sensibilità per estendere la visualizzazione a tutto schermo. Utilizzate il trigger interno positivo. Mente riproducete un disco, dovreste vedere il classico diagramma 'occhio' utilizzato nel mondo delle telecomunicazioni per caratterizzare la qualità del canale.
Il diagramma 'occhio' disegnato qui sotto è il risultato delle caratteristiche della codifica con modulazione 8-14 'a lunghezza limitata' utilizzata sul CD, nella quale non ci sono mai meno di 3 e più di 11 cicli di clock per ogni simbolo. Dovreste rendervi conto che la minima distanza tra i bit del canale è 3 e la più piccola distanza tra le transizioni dei bit è di circa 3*232 ns. Il clock di lettura è di 1/(232 ns) o circa 4,321 MHz.
Un buon diagramma 'occhio' deve essere pulito, simmetrico e stabile, con una buona visibilità nella aree cross hatched. Questa forma d'onda può essere visualizzata con un oscilloscopio in grado di offire una larghezza di banda di almeno 5 MHz.
__________________________________________
/ \ \ \ \ \/ \/ \/ \/ \/
/ \ \ \ \ /\ /\ /\ /\ /\
/ \ \ \ \/ \/ \/ \/ \/ \/
\ \ \ /\ /\ /\ /\ /\ /\
\ \ \/ \/ \/ \/ \/ \/
\___\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__
|<--1 us-->| (approssimativamente)
L'esame del diagramma 'occhio' dovrebbe essere la prima misurazione da effettiare per determinare le condizioni delle parti ottiche ed elettroniche del lettore CD. Un buon diagramma 'occhio' è sufficiente a scartare la maggioranza dei componenti del pickup ottico da quelli sospetti.
TP.FO o TP.FE è il test point del segnale di errore per la bobina del fuoco. Osservando questo segnale durante la riproduzione di un disco in buone condizioni vedrete che apparirà come rumore, costituito dalla fluttuazioni più o meno casuali nella corrente dell'attuatore, necessarie per mantenere un fuoco adeguato entro +/- 0,5 micron della superficie del disco. Su un disco deformato osserverete che il livello di tensione continua di questo segnale tenderà a variare alla velocità di rotazione del disco. In presenza di un disco danneggiato, osserverete della variazioni di maggior frequenza nel livello, dipendentemente dal tipo di difetti presenti. Dando leggeri colpetti al gruppo dell'ottica dovreste notare un effetto visibile su questo segnale così come una reazione dei sistemi servo, tesa a correggere la vostra cattiveria.
TP.TR o TP.TE è il test point del segnale di errore per la bobina utilizzata come tracking fine. Come nel caso del TP.FE, sarà presente una forma d'onda rumorosa con un buon disco. Su un disco che oscilla, noterete una perdioca variazione di livello alla frequenza di rotazione dello spindle. Si noti come il valore della componente in corrente continua di tale segnale vari gradualmente man mano che l'attuatore a bobina mantiene l'aggancio sulla traccia mentre la traccia a spirale si sposta verso il bordo esterno del disco.
Eventualmente, questo errore potrebbe crescere al punto tale da azionare il motore del tracking coarse per spostare il pickup di una frazione di mm e centrarlo sulla traccia, nel qual punto la tensione continua del segnale che state osservando cambierà immediatamente.
Su un disco graffiato ci saranno delle deviazioni in frequenza di maggior entità, che saranno chiaramente visibili sull'oscilloscopio. Date dei leggeri colpetti al deck ottico da vari punti ed osservate gli effetti su questo segnale.
Sia nel caso del fuoco che del tracking, è possibile ascoltare il rumore degli attuatori a bobina che tentano di compensare i piccoli difetti o semplicemente il normale diagramma dei dati. Si tratta del rumore 'granuloso' generato dai meccanismi di trasposrto di un lettore CD audio o drive CD-ROM durante il normale funzionamento, ed è una indicazione che almeno il laser ed il fuoco funzionano con molta probabilità correttamente. Se ascoltate con attenzione, potete in realtà riuscire ad individuare ad orecchio i vari difetti del disco tramite l'effetto che questi hanno su questo suono 'granuloso', anche se non si ascolterà nessun difetto corrispondente nelle uscite audio, diversamente da quanto accade nel caso di un LP.
Se disponete di un CD di test (ma potete anche utilizzare un normale CD), collegate il vostro oscilloscopio su una delle uscite audio. Attaccate alcuni sottili pezzi di nastro adesivo o disegnate con un pennarello (con punta di feltro e inchiostro solubile in acqua) delle linee radiali sulla superficie inferiore del disco in modo da creare alcuni 'difetti'. Ascoltate delle tracce che abbiano un tono costante puro o silenzio. Per i difetti di larghezza inferiore alla massima capacità di correzione d'errore del chipset LSI montato nel vostro lettore, non dovreste notare alcun degrado significativo nel segnale audio riprodotto. Verificate cosa accade aumentando la larghezza dei difetti da voi introdotti. Mentre il disco sta ruotando, rallentate la velocità di rotazione del disco premendo leggermente con un dito sullo spindle o sulla superficie del disco. Osservate che, a meno che non premiate così forte da far rallentare considerevolmente il disco, la riproduzione continuerà normalmente senza alcuna variazione di tonalità. Tutto ciò grazie al controllo dei sistemi servo ed all'intensa bufferizzazione dei dati, diversamente da un LP dove la velocità istantanea è quella che determina la tonalità.
Altri esperimenti sono lasciati allo studente come esercizio.
Diametro totale del disco: 120 mm (4,75 pollici).
Spessore del disco: 1,2 mm.
Materiale costituente il disco: policarbonato.
Larghezza delle tracce: 0,6 micron (um) approssimativamente.
Distanza fra le tracce: 1,6 micron.
Durata di riproduzione: 74 min e 15 sec. (>78 min. tramite artifici)
Frequenza di campionamento: 44,1 KHz per canale.
Numero di canali: 2.
Dimensione dei campioni: Codice 16 bit lineare in complemento a due.
Bit rate: 4,3218 Megabit/secondo in media (1X).
Data rate (CD-ROM): 150-600 KBytes/secondo (1X-4X).
Velocità spindle: da 200 a 500 giri/min (1X, velocità lineare costante).
Velocità lineare: da 1,2 a 1,4 metri/secondo (1X).
Modulazione: Eight-to-fourteen, RLL(3.11).
Correzione d'errore: Cross Interleave Reed Soloman Code - CIRC.
Tipo di laser: Diodo semiconduttore GaAlAs.
Lunghezza d'onda del laser: 780 nanometri (la più comune).
Potenza del laser: 0,1-1 milliWatt tipica (alla lente).
Risposta in frequenza: da 5 a 20.000 Hz +/- 3 dB.
Distorsione armonica: 0,008 % ad 1 KHz.
Gamma dinamica: Maggiore di 90 dB.
Rapporto segnale/rumore: Maggiore di 85 dB.
Wow e flutter: sotto i limiti misurabili (stessa stabilità del quarzo).
Questo rivelatore IR può essere utilizzato per controllare i telecomandi a raggi infrarossi, i diodi laser dei lettori CD, ed altri sorgenti di radiazioni di bassa potenza vicine all'infrarosso.
I valori dei componenti non sono critici. Acquistate un fotodiodo sensibile ai raggi infrarossi (750-900 um) o recuperatene uno da un fotoaccoppiatore o un fotosensore. I mouse per computer, tranne i più vecchi, di solito contengono fotodiodi sensibili ai raggi infrarossi. Per comodità alimentate il circuito con una batteria da 9V; anche una batteria mezza scarica funzionerà bene. Assemblate il circuito in modo tale che il LED non illumini il fotodiodo!
Il segnale rivelato può essere monitorizzato attraverso i terminali collettore ed emettitore del transistor con l'ausilio di un oscilloscopio.
Vcc (+9 V) >-------+---------+
| |
| \
/ / R3
\ R1 \ 500
/ 3.3K /
\ __|__
| _\_/_ LED1 LED visibile
__|__ |
IR ----> _/_\_ PD1 +--------> Collegamento all'oscilloscopio
Fotodiodo | |
sensore | B |/ C
+-------| Q1 2N3904
| |\ E
\ |
/ R2 +--------> GND
\ 27K |
/ |
| |
GND >--------+---------+
_|_
-
Una tipica ottica di un laser per lettori CD emette da 0,1 a 1 milliWatt sulla lente dell'obiettivo sebbene il fotodiodo sia in grado di emettere fino a 4 o 5 milliWatt dipendentemente dal tipo. I diodi laser montati nei lettori CD sono a raggi infrarossi, di solito a circa 780 nanometri. Presso molti distributori sono anche disponibili dei diodi laser a luce visibile; la lunghezza d'onda più comune è di 670 nanometri, che corrisponde ad un profondo rosso, ma sono disponibili anche diodi a 630 nanometri, corrispondenti a rosso arancio, che appaiono molto più luminosi (ma sono attualmente più costosi). I relativamente economici puntatori laser utilizzano diodi laser a luce visibile con potenze di uscita che vanno fino a 5 milliWatt. Queste potenze sono sufficienti a provocare danni alla retina se si guarda nel raggio, specialmente quando ben collimato, come richiesto nel caso di un puntatore. Fate attenzione.
Le correnti tipiche sono comprese tra 30 e 100 mA a tensioni tra 1,7 e 2,5 Volt. Ad ogni modo, la curva di potenza è estremamente non lineare, visto che esiste una soglia sotto la quale non c'è alcun segnale in uscita. Per un diodo con valore di soglia di 80 mA, la massima corrente operativa sarà di soli 85 mA. Questa è una ragione per cui in tutte le applicazioni reali è presente una rivelazione ottica per regolare la potenza del raggio (esiste un fotodiodo contenuto nello stesso contenitore del generatore del raggio laser). E' facile distruggere un diodo laser se si eccede la corrente di sicurezza anche per un solo istante. E' di importanza critica non eccedere in nessuna circostanza il limite di corrente di sicurezza anche per un solo microsecondo!
I diodi laser sono inoltre estremamente sensibili alle cariche elettrostatiche; prendete quindi le appropriate precauzioni. Inoltre, non provate a controllarne la funzionalità con un tester analogico che sulla portata più bassa degli Ohm potrebbe eccedere il limite di sicurezza della corrente.
Sebbene il diodo laser dissipi al massimo solo poche centinaia di milliAmpere, la presenza di un buon dissipatore di calore è importante per garantire una lunga vita e stabilità. Il pickup ottico è di solito costituito da una colata in metallo in parte per questa ragione. Ricordate che la parte attiva del chip del diodo è larga solo circa 0,1 mm per lato.
E' possibile pilotare i diodi laser servendosi di un alimentatore in corrente continua ed un resistore ma, a meno che non siate a conoscenza dei precisi valori richiesti, è facile superare la massima corrente tollerata dal componente.
Un approccio funzionale per il controllo consiste nell'utilizzo di un alimentatore in corrente continua con tensione regolabile tra 0 e 10 Volt (preferibilmente del tipo lineare - un alimentatore switching potrebbe emettere degli impulsi sufficienti a distruggere un diodo laser) con un resistore di un centinaio di Ohm in serie al diodo. Aumentate lentamente la corrente fino ad ottenere un raggio; utilizzate un rivelatore di raggi infrarossi per accorgervi della presenza del raggio! Se avete collegato polarità invertita o avete collegato il fotodiodo interno, la tensione sul diodo può salire oltre i 3 Volt o essere minore di 1 Volt; in tal caso spegnete l'alimentatore ed invertite la polarità. NOTA: alcuni diodi laser possono essere distrutti da tensioni inverse superiori a 3 Volt; la massima tensione inversa è riportata sul foglio delle specifiche. I diodi che ho provato non hanno accusato problemi fino ad almeno 5 Volt di tensione inversa.
Ad ogni modo, senza disporre di un misuratore di potenza per diodi laser, non avrete alcun modo di sapere quando viene raggiunto il limite di sicurezza della potenza del raggio (sicuro per il diodo laser, si intende). Se disponete del data sheet per il vostro diodo laser, allora il meglio che potrete fare è limitare la corrente al massimo valore specificato. Inoltre, quando il diodo è alimentato di solito è visibile una debole emissione che appare di color rosso (per i diodi a raggi infrarossi). Non crediate che la potenza del diodo laser sia debole solo perchè l'intensità dell'emissione luminosa rossa che osservate è debole. Il raggio principale è a raggi infrarossi e quindi invisibile, e la sua potenza è fino a 10.000 volte maggiore rispetto alla debole emissione rossa che appare visibile.
Il raggio emesso dal chip del diodo laser ha forma di un largo cono tipicamente di 10 x 30 gradi. E' necessaria una lente convessa per collimare il raggio (rendere i raggi paralleli). Per un risultato ottimale, la lente dovrebbe essere anamorfica, cioè con lunghezze focali orizzontali e verticali differenti, in modo da correggere l'astigmatismo del raggio. I pickup ottici prodotti in grande serie utilizzati nei lettori CD includono sia questo accorgimento che molti altri sofisticati accorgimenti di ottica.
Per un'applicazione reale, dovreste utilizzare il feedback ottico per regolare la potenza del raggio; di solito il circuito è costituito da un semplice alimentatore controllato in corrente, con intenso filtraggio capacitivo ed un riferimento regolato. E' possibile modulare la potenza del raggio inserendosi nel circuito di feedback, a condizione di non eccedere le specifiche di massima corrente. I diodi laser non si comportano come i normali LED e non possono accettare degli impulsi di potenza maggiore, ma in queste situazioni si trasformano istantaneamente in DED, Dark Emitting Diode, diodi emittenti buio.
Questo circuito è stato ricavato da una luce laser continua commerciale; è possibile che siano stati commessi degli errori nella trascrizione. Il tipo e le specifiche del gruppo diodo laser (diodo laser e fotodiodo) sono ignote. La potenza di uscita è anch'essa ignota, ma il circuito dovrebbe essere sufficiente per i tipici diodi laser da 3 a 5 mW a luce visibile o a raggi infrarossi (supponendo la stessa polarità per il diodo laser e il fotodiodo o con idonee modifiche per unità con polarità differente).
Se costruite questo o altri circuiti per pilotare un diodo laser, suggerirei di controllare il corretto funzionamento prima con un normale LED e fotodiodo discreto, in modo da verificare il funzionamento in limitazione di corrente. Successivamente, dopo aver montato il diodo laser, iniziate i controlli con una tensione di alimentazione più bassa invece dei 9 Volt, fino a che avete determinato le regolazioni ottimali, ed aumentatela gradualmente. I diodi laser non ci pensano due volte a guastarsi.
Si noti l'intenso filtraggio capacitivo. Potrebbero essere necessarie delle variazioni per consentire di modulare questo circuito a frequenze ragionevoli.
D1
>-----|>|-------+------------+-----------------+-----+--------+
+9 1N4001 | | | | |
Protezione | | Regol. potenza | _|_ __|__
contro le | / R3 10K (2) | PD /_\ LD _\_/_
inversioni | R2 \ +----+ | | |
di polarità | 560 / | V +-----|---||---+
| \ +---/\/\--+-------+ C4 |
| | | | 0,1 uF |
|+ | | +----||----+ |
__|__ | | __|__ C2 (1)| /
C1 ----- | | E / \ 100 pF| \
10 uF | - +-----|------' Q1 '-------+ / R4
| | | BC328-25 (5) | \ 3,9
| | | (PNP) | |
| | | | |
| +---+ | | |/ Q2 (NPN)
| |_ _|_i | +---| BD139
| VR1 _/_\_ | +| |\ (5)
| LM431 | | C3 __|__ E|
| 2.5 V | | 10 uF ----- |
| (3) | | -| |
R1 3.9 | | | | |
>----/\/\/\-----+------------+-----+--------------------+-----+
GND
Note: