Lecteur CD - DVD - SACD - BD

Présentation du lecteur de disque optique. 

Tous les lecteurs optiques fonctionnent selon les mêmes principes. La finesse de gravure optique allant de pair avec la longueur d’onde du laser du lecteur. Pour expliquer les principes de fonctionnement, le lecteur CD sera pris comme exemple. 

La compatibilité est descendante, c’est-à-dire qu’un lecteur DVD peut lire des CD et un lecteur Blu-ray peut lire les CD comme les DVD.  Le SACD, quant à lui, nécessite un lecteur DVD spécifique. 

Contrairement aux platines vinyle, la trajectoire de lecture du disque est identique à la trajectoire de gravure. Elle part du centre du disque vers son bord en suivant son rayon et la rotation du disque est dans le sens contraire des aiguilles d’une montre. 

La vitesse angulaire du système d’entrainement varie de 500 tours/min au centre à 200 tours/min au bord afin de maintenir une vitesse linéaire de lecture constante de 130 cm/s, car le signal numérique PCM ou DSD a échantillonné le signal analogique des microphones en temps réel. 

Des variations de vitesse de lecture peuvent toutefois survenir et, à l’instar du vinyle, conduire à l’effet de pleurage. 

Mais le lecteur laser s’en prémunit grâce au signal d’horloge présent dans le PCM (word clock) et l’utilisation d’une mémoire tampon. Une horloge d’une très grande précision synchronise ensuite le signal numérique, éliminant ainsi tout pleurage. 

Une diode laser émet une lumière cohérente, c’est-à-dire que les ondes électromagnétiques de cette lumière sont toutes de la même longueur d’onde et sont toutes polarisées dans le même sens de propagation.  

Ces ondes sont également en phase, ce qui signifie que les bosses et les creux des ondes se superposent parfaitement. Dans ce cas, les propriétés physiques des ondes font qu’elles s’additionnent et voient leur amplitude doublée. L’amplitude d’une onde correspond à la hauteur des creux ou des bosses de cette même onde. 

L’intensité lumineuse correspond au carré de cette amplitude. Le faisceau laser jaillit de la diode et rencontre la surface du CD. 

À la surface du CD, il passe sur la piste qui est formée de plats et de fosses reposant sur la surface réfléchissante où il forme le spot du laser ou, autrement dit, le point lumineux. 

Le faisceau laser est alors réfléchi vers le capteur photoélectrique dont la tension varie avec l’intensité lumineuse (plus l’intensité lumineuse est élevée et plus la tension électrique augmente). Le capteur photoélectrique est le transducteur qui va convertir le signal lumineux du laser en signal électrique. 

Quand le faisceau laser passe sur un plat ou une fosse, il est parfaitement réfléchi et l’intensité lumineuse arrivant sur le capteur photoélectrique est maximale. Donc, la tension électrique du capteur est également maximale. 

En revanche, quand le faisceau laser passe sur la marche entre un plat et une fosse ou la marche d’une fosse à un plat, les ondes électromagnétiques vont subir un déphasage. En effet, une partie du faisceau doit parcourir un peu plus de distance dans l’air et un peu moins dans le polycarbonate du CD (ou inversement) avant et après sa réflexion sur la surface métallique. Or, la vitesse de la lumière est un peu moins grande dans le polycarbonate du CD que dans l’air. Une partie des ondes électromagnétiques du faisceau laser va prendre un léger retard et être déphasée par rapport aux autres ondes électromagnétiques du faisceau laser. Comme ces ondes se superposent, une partie d’entre elles vont avoir des bosses alignées avec les creux des autres et en s’additionnant, elles s’annulent. 

Dans ce cas, le capteur photoélectrique reçoit un spot lumineux formant des bandes d’interférences qui sont une alternance de bandes lumineuses et de bandes sombres. Les bandes lumineuses sont les ondes en phases et les bandes sombres correspondent aux ondes en opposition de phase qui se sont annulées. 

Quand cela se produit, l’intensité lumineuse arrivant au capteur photoélectrique est minimale et la tension électrique est également minimale. 

Nous avons alors deux états du faisceau laser reçu par le capteur : intensité maximale et intensité minimale quand il passe d’un plat à une fosse ou d’une fosse à un plat. 

Sur le disque optique, les marches plat/fosse ou fosse/plat correspondent au bit de valeur 1. Le laser donnera l’intensité minimale que le capteur photoélectrique transformera en tension minimale. Les plats et les fosses réfléchissent le maximum d’intensité du laser qui est interprété en tension électrique maximale par le capteur photoélectrique. 

Sur la piste du CD, il y a un bit tous les 0,3 µm et seules les marches plat/fosse ou fosse/plat constituent des bits de valeur 1. Entre les 1, les bits de valeurs 0 sont ajoutés par interpolation tous les 0,3 µm de la piste quand l’intensité du faisceau laser captée est maximale. 

Par exemple : 

La lecture par un laser n’entraine aucune usure du disque. 

Caractéristiques des lasers des différents lecteurs de disques optiques. 

CD : 

• Longueur d’onde : 0,78 µm (infrarouge invisible pour l’œil humain). 
• Diamètre du spot : 1,6 µm. 

DVD : 

• Longueur d’onde : 0,65 µm (rouge). 
• Diamètre du spot : 1,1 µm. 

BD : 

• Longueur d’onde : 0,405 µm (bleu-violet). 
• Diamètre du spot : 0,48 µm. 

Le codage linéaire du PCM du CD est lu par le laser et les valeurs binaires 1 et 0 sont données par le signal électrique du capteur photoélectrique qui transmet le signal numérique à la mémoire tampon. 

Le signal numérique est ensuite traité pour être multiplexé afin de reconstruire les échantillons de musique dans les canaux de gauche et de droite ainsi que les métadonnées (titre, durée, numéro de piste, etc.). 

La lecture peut donner lieu à des erreurs à cause d’une poussière ou d’une rayure modérée par exemple. 

Nativement, le PCM contient 2 systèmes de repérage des erreurs de lecture potentielles. 

• Le bit de validité dont la valeur est mise à 0 si les 16 bits de l’échantillon sonore sont corrects. 
• Le bit de parité qui est égale à 0 si la somme des 16 bits du son est paire et qui est égale à 1 si cette somme est impaire. Les DSP (Digital Signal Processor ou processeur de signal numérique) et le DAC font le même calcul pour vérifier la parité des données lues à partir du CD. 

En cas d’erreur, les DSP et le DAC peuvent remplacer l’échantillon défaillant en tenant compte du précédent et du suivant en lui donnant une valeur par interpolation ou, au pire, mettre le niveau sonore à zéro pour cet échantillon. 

Le signal audionumérique est ensuite envoyé dans le convertisseur numérique analogique (DAC) où le signal analogique est reconstruit pour gagner l’étage de sortie.