| Cím: | Miért látszik színesnek a CD lemez? | ||
| Szerző(k): | Tichy-Rács Ádám | ||
| Füzet: | 1996/január, 44. oldal |  PDF | MathML |
|
| Témakör(ök): | Egyéb (KöMaL pontverseny is) | ||
|
A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. A CD (compact disc) lemezek egyik oldalán általában felirat, vagy valamilyen díszítés látható. A másik oldaluk színes. Attól függően, hogy hogyan esik rá a fény, más-más színűnek látjuk. Már dekorációs elemként is előfordul néhány üzletben. A tárolt információ mennyiségét meghatározva és a tárolás-kiolvasás módját megismerve nem csodálkozunk, hogy a lemez ilyen érdekes látványt nyújt. A digitális hangrögzítés során a sztereo hangfelvevő berendezés mindkét csatornáján lévő feszültségből másodpercenként 44100-szor vesznek mintát 90 dB dinamikával, és a lemezen ezt az információt tárolják. A lejátszáskor a digitálisan tárolt értékekből állítják vissza a jelre jellemző feszültség-idő értékeket, ami a végül a hangszóróra kerül. A mintavételezéssel tehát a feszültséget az előírt 44,1 kHz gyakorisággal megmérik. Ebből a sorozatból a 20 kHz alatti frekvenciájú hangok jól visszaállíthatók. A hangfelvételek 90 dB dinamikája azt jelenti, hogy a legnagyobb leadott teljesítmény -szer nagyobb a legkisebbnél, tehát a rezgés-amplitudók aránya . A bináris tárolásnak megfelelő formában felírva az arány , vagyis az amplitudót 15 bittel lehet meghatározni. Az előjellel együtt ezért két bájton kell tárolni az egyes amplitudómérések eredményét. Egyetlen másodpercnyi hanganyagot bit, azaz bit tárol. A CD lemezen 72 percnyi hang van, azaz összesen bit, másképp 760 MB az információ mennyisége. Ezt a nagyszámú adatot a lemez egy oldala hordozza. A lemez hasznos felülete mintegy , amin ez a rengeteg adat csak úgy fér el, ha egy bit nem foglal el több helyet, mint egy oldalhosszúságú négyzet. (A számítógépeknél használt CD-k ,,csak'' 640 Mbájt hasznos információt tárolnak.) A tényleges helyzet egy kicsivel rosszabb a számítottnál. Mivel a lejátszáskor a lemez fordulatszáma állandó, és a másodpercenként kiolvasott információmennyiség nem függhet a kiolvasás sugarától, ezért a külső gyűrűkön (track) a sugárral arányosan nagyobb ívhossz tartozik ugyanahhoz az információmennyiséghez. A legrosszabb eset a legkisebb sugáron van, ezért az határozza meg az egy-egy gyűrű mentén tárolható információ mennyiségét, hogy a legkisebb sugáron mennyit tudunk tárolni. A hasznos tárolófelület ezért Mivel a kisebb technológiai fejlődést nem követi azonnal a szabványok változása, ezért a fejlődés egy darabig a belső sugár csökkentésével folytatódik. Emiatt látjuk, hogy a CD lemezeken kisebb -nél. A hatásos felülettel számolva a legkisebb sugáron csak áll rendelkezésre egyetlen bit tárolására. A CD lemezeknél az adatokat nem a külső felületre írják. Az adathordozó réteg fölött még egy átlátszó műanyagréteg van. Magát az adatot a fényt visszverő, vagy azt átbocsátó réteg tárolja. A CD lemezen rögzített adatokat egy vörös fényt kibocsátó félvezető lézer tapogatja le. A fényt az információhordozó rétegre fókuszálják, ezért a védőrétegbe még sokkal nagyobb felületen léphet be, tehát a felületi karcok, szennyeződések kevéssé rontják a leolvasás minőségét. A lemez kiválasztott pontjáról visszaverődő fényt egy fotodetektorra vetítik. Annak megfelelően, hogy a kiválasztott helyről érkezett-e reflektált fény, a detektor segítségével meghatározhatjuk az adott biteken tárolt értékeket. Érdemes megemlíteni, hogy mivel az olvasófejet nem a lemez és a fej között fellépő erő mozgatja, ezért nem kell spirál mentén ,,felírni'' az adatokat, hanem körgyűrűkön is elhelyezhetők. A 72 percnyi hangon kívül szinte elhanyagolhatóan kevés az a néhány kilobájtnyi segédinformáció, ami a felvételre vonatkozó adatokat, például a szerzők és az előadók nevét, a számok címét, valamint a számok időtartamát adja meg. Ennek segítségével indítható a lejátszás tetszőleges helyről. Az eredeti, címbeli kérdésre visszatérve, mivel az egyes biteket kb. méretű felületeken tároljuk, ráadásul olyan módon, hogy a különböző állapotoknak megfelelő foltok optikailag különbözőek, ezért azok a látható fényt szórják. A méret miatt a fény hullámhosszától függő irányokban lép fel erősítés és kioltás, tehát a lemez színesnek látszik. A lemez megfigyelésével, a fényszórás aszimmetriájából arra is rájöhetünk, hogy az egyes biteket nem négyzet, hanem téglalap alakú foltokban tárolják. Az egy-egy bitet tároló felület nem látható szabad szemmel, de még olcsóbb mikroszkóppal sem. Azt viszont megnézhetjük, hogy milyen színű a lemezről szóródott fény. Egyetlen izzólámpa kivételével kapcsoljunk le minden fényforrást a szobában, és nézzük ennek a lámpának a tükörképét a CD lemezben. Maga a tükörkép legyen éppen a lyukban. A lemezt a szemünkhöz közelítve körkörösen megfigyelhetjük a szivárvány színeit. Legkívül lesz a vörös, legbelül az ibolya. Ha megkeressük azt a távolságot, amelynél a vörös gyűrű sugara megegyezik a lemez sugarával, meghatározhatjuk a szóródás szögét. A hullámhosszúságú fény szóródása rácsállandójú optikai rácson jött létre, tehát Érdemes megfigyelnünk, hogy csak a sugárirányú szórást tudjuk kimutatni, mert a másik irányban nagyon kicsi a rácsállandó. Kísérletünket a tanár segítségével megismételhetjük az iskolai lézerrel is. A lézerfényt a lemezre irányítva a fény nem egyetlen irányba verődik vissza, hanem megjelennek az elhajlási maximumok is. Vigyázzunk, hogy a lézer fénye most se jusson a szemünkbe, azt vetítsük ernyőre vagy a falra. Az iskolában többnyire fénycsővilágítást találunk, a lakások világítására pedig kompakt fénycsövet ajánlanak. Nézzük meg a fénycsövet is ugyanolyan módon, ahogy az izzólámpát néztük az imént! Ehhez vagy menjünk jó messzire, vagy egy kisebb lyukon átbocsátott fényt érdemes néznünk. A szíványványszínű, elmosódott szélű gyűrű helyett most vékony, különféle színű gyűrűket láthatunk. Ez azt bizonyítja, hogy a fénycső nem olyan fehér fényt bocsát ki mint az izzólámpa, hanem a benne levő anyagokra jellemző vonalas spektrumú fényt. Ezt a fényt bontottuk fel összetevőire a lemez segítségével.
|