¿Por qué tocan los CDs?


Categoría: Pandilla Juvenil (1ro. 2do. y 3ro. de nivel Secundaria)
Área de participación: Ciencias de la ingeniería

Asesor: DIANA MORA ROJAS

Autor: MARCO ANTONIO MANZANO ZAVALA ()

Grado:

Resumen

El CD, Compact Disc, Disco Compacto, fue el gran salto para almacenar información digital después de los disquetes, el  DVD (Disco Versátil Digital), surge como una alternativa para almacenar mayor cantidad de datos. En muy poco tiempo se convirtió en un medio para la difusión de películas en video de alta calidad, y reemplazando también en muchos casos, al CD de audio y el CD-ROM.

La información del CD se encuentra, como ya se mencionó antes, en la parte interna de la capa de policarbonato y para leer esta información necesitamos el láser del lector de CDs. En el lector no sólo está el láser (es infrarrojo así que no es visible) sino que también tiene un sensor (fotodiodo) que recibe la luz del láser reflejada en la capa de aluminio. Por tanto, lo que este láser hace es ir “iluminando” cada punto del CD e ir comprobando si hay una hendidura o una llanura. El láser sabe en qué zona estamos ya que cuando no hay cambios, es decir hay una secuencia de llanura o de hendidura, el láser se refleja y llega bien al sensor.

Pregunta de Investigación

¿Cómo se reproduce un CD y un DVD? ¿De qué están hechos los CD s?

Planteamiento del Problema

En la actualidad cuando reproducimos un CD o un DVD, para poder ver información, escuchar música o simplemente ver películas no reflexionamos de los componentes o los elementos que hacen posibles que cada uno de los contenidos puedan ser vistos por nosotros en la comodidad de nuestro trabajo, escuela o para un momento de entretenimiento.

Antecedentes

Fue propuesto por las empresas Sony y Philips en 1980 y fue introducido al mercado estadounidense en 1983. Los primeros CDs fueron de audio y que reemplazaron gradualmente las cintas de audio. Las ventajas fueron evidentes desde el principio: mejor calidad de sonido, saltar rápidamente de un sector a otro del disco, escucharlo ilimitadas veces sin dañas el medio, más compactos y livianos, etc. En 1985, los CD-ROM llegan al mercado de las computadoras, pudieron almacenar muchísima más información que los discos flexibles del momento. En 1988, se lanzan los CD-R (CD-Recordable), tecnología que permitía al usuario de una computadora grabar (quemar en la jerga) CDs. De todas maneras esta tecnología se hizo popular recién a mediados de los 90 del siglo pasado.
El CD, Compact Disc, Disco Compacto, fue el gran salto para almacenar información digital después de los disquetes. Posteriormente fueron cayendo en el deshuso pues los DVD tienen mayor capacidad de almacenamiento y velocidad de trasmisión de datos, pero eso no quita que siguen siendo utilizados para grabar nuestros datos o escuchar música.

El surgimiento del CD (Compact Disc o Disco Compacto) de audio digital inició una revolución en los medios de almacenamiento de información (datos, texto, audio, video, software), pues permitió grabar en un disco de apenas doce centímetros de diámetro enormes cantidades de datos.

El DVD (Disco Versátil Digital), surge como una alternativa para almacenar mayor cantidad de datos. En muy poco tiempo se convirtió en un medio para la difusión de películas en video de alta calidad, y reemplazando también en muchos casos, al CD de audio y el CD-ROM. El DVD se basa en la misma tecnología del CD de audio convencional, siguiendo el mismo principio de lectura óptica.

El DVD no sólo representa un logro tecnológico impresionante, sino también diplomático. Sus orígenes se remontan a 1994, cuando Philips y Sony propusieron un estándar llamado “Disco Compacto de Alta Densidad” para programas de multimedia en computadoras. Unas semanas después, Toshiba, Matsushita y Time Warner Inc. propusieron un formato alternativo llamado Disco de Video Digital de Super Alta Densidad”, fundamentalmente con el propósito de distribuir películas. Parecía entonces que la industria se enfrascaría en una competencia similar a la guerra comercial entre los formatos Betamax y VHS, que inició en 1977 y cuyas consecuencias y desenlace ya todos conocen; sin embargo, para fortuna de la propia industria y de los consumidores, gracias a la intervención de los fabricantes de computadoras, ambos grupos se pusieron de acuerdo y adoptaron un formato común. Así, en septiembre de 1995, diez de las principales empresas electrónicas del mundo establecieron las normas para el DVD, saliendo al mercado los primeros equipos a principios de 1997.

Objetivo

Conocer cómo funcionan los CD, así como poder compartir dicha información con mis compañeros y mi comunidad.

Justificación

A mí me gusta mucho ver películas, y mientras las estoy viendo escucho diferentes sonidos en el reproductor, me pregunté cómo es que con un CD podemos ver las películas, como de algo que parece tan sencillo, resulta algo tan asombroso.

Hipótesis

Si en cada parte del arcoíris tiene imágenes, letras y sonidos, y el CD tiene muchas rayas, entonces según la cantidad de rayas será la duración de las películas.

Método (materiales y procedimiento)

El método utilizado fue la investigación documental, por lo cual acudí a una biblioteca del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Zacatenco. Donde pude hacer la consulta de diferentes libros relacionados a este tema Estructura / Componentes del CD El funcionamiento de un CD lleva detrás mucha más física de la que uno se podría imaginar en un principio. Para empezar debemos saber cómo es físicamente el CD. En el disco de 1,2 mm de grosor hay cuatro capas diferentes con funciones muy específicas:

  • A: Capa de policarbonato de plástico, donde está grabada la información en el CD.
  • B: Capa reflectante de aluminio, y más raramente de oro o plata, donde el láser se refleja.
  • C: Capa de laca para proteger y mantener limpia y brillante la capa de aluminio.
  • D: Opcionalmente, una etiqueta en la parte superior donde se puede escribir y/o tiene serigrafiada la carátula del disco.

Características generales del CD o disco compacto

  • Es un tipo de disco óptico
  • Circular usualmente de 4.75 pulgadas o 12 centímetros de diámetro.
  • Versiones de 3 pulgadas, llamados CD-3 (pueden ser leídos en la mayoría de las lectoras típicas).
  • Variedades: CD-ROM, CD-RW, CD-R, Video-CD, etc.
  • Almacenan 640 MB (puede extenderse hasta 700 MB de datos) u 80 minutos de audio calidad CD.

Funcionamiento del CD en el lector. La información del CD se encuentra, como ya se mencionó antes, en la parte interna de la capa de policarbonato y para leer esta información necesitamos el láser del lector de CDs. En el lector no sólo está el láser (es infrarrojo así que no es visible) sino que también tiene un sensor (fotodiodob) que recibe la luz del láser reflejada en la capa de aluminio. Antes, esta luz del láser tiene que atravesar la capa de policarbonato y sufre diferentes cambios dependiendo de cómo sea cada punto de esta capa. Y es que la capa de policarbonato no es completamente lisa si no que tiene pequeñas hendiduras (pits en inglés) que provocan alteraciones en la luz láser. Para diferenciar ambos lados del CD, ya que las hendiduras son tales desde el lado de la etiqueta (desde arriba), y desde el punto de vista del láser (desde abajo) son salientes. Consideraremos que estamos mirando el CD siempre del lado de la etiqueta, es decir, “desde arriba”. Las hendiduras tienen una profundidad de unos 100 nm con respecto a las llanuras (zonas de no hendidura), y tienen una anchura de unos 500 nm. Están ordenados en una espiral que recorre todo el CD y que si la midiéramos tendría más de 5,7 km de longitud. El lector de CD la recorre a una velocidad de unos 1,2 m/s así que la duración aproximada de capacidad de cada CD es de 80 minutos, o lo que es lo mismo, 700 MB. Por tanto, lo que este láser hace es ir “iluminando” cada punto del CD e ir comprobando si hay una hendidura o una llanura. El láser sabe en qué zona estamos ya que cuando no hay cambios, es decir hay una secuencia de llanura o de hendidura, el láser se refleja y llega bien al sensor. Mientras que cuando se produce una variación, es decir pasamos de hendidura a llanura o de llanura a hendidura, cambia el ángulo de reflexión y la luz láser no llega al sensor. Así pues ya tenemos la representación binaria que entiende el ordenador: a la zona de no variación se le asigna el valor 0 y cuando se produce un cambio se le asigna el valor 1. La secuencia de 0 y 1 es la que le permite saber al ordenador qué información hay almacenada en el CD para poder reproducirla en la pantalla, guardarla o lo que sea. Capacidad requerida para la Reproducción El CD es un medio de almacenamiento que brinda una capacidad suficiente para audio digital (74 minutos) y satisfactoria en la distribución del software de computadora (640~700 Mb), pero insuficiente para el caso de la grabación de señales de video digital. En una señal de audio, las frecuencias involucradas son relativamente pequeñas; recordemos que el ancho de banda audible por el ser humano abarca desde 20 hasta 20.000 Hz, por lo que cualquier medio de almacenamiento de audio que aspire a la máxima fidelidad de sonido deberá capturar toda esta gama de frecuencias. En el CD de audio se utiliza un muestreo a una frecuencia de 44.1 KHz, con una precisión de 16 bits por muestra; en consecuencia, para grabar un segundo de música estereofónica se necesitan aproximadamente 1.5 millones de bits, aunque debido a modulaciones y adición de datos auxiliares, la frecuencia de datos en un CD es de aproximadamente 4.3 megabits por segundo (Mbps), rango muy elevado, aunque manejable por circuitos de bajo costo. Por contraste, en la señal de video compuesto del estándar NTSC, el ancho de banda va de 0 Hz hasta 4.25 MHz, lo que requeriría una frecuencia de muestreo de por lo menos de unos 9 MHz. Suponiendo una digitalización de mediana calidad (por ejemplo, 10 bits por muestra), el equipo reproductor necesitará manejar 90 millones de bits por segundo como mínimo; y aunque esto no es imposible para la tecnología actual, sin duda requiere circuitos más costosos. Ante este panorama, y con el propósito de aprovechar un concepto tan poderoso como el del CD, se dio inicio a un trabajo de investigación y pruebas que culminó con el diseño del DVD, el cual es un dispositivo óptico que ofrece una extraordinaria capacidad de almacenamiento, aprovechable para la distribución de video digital y otras aplicaciones donde se manejen grandes volúmenes de datos digitales. 8.5 Diferencias entre un CD y un DVD La tecnología que sustenta al DVD, se basa en el mismo principio CD de audio digital; incluso, no es posible apreciar a simple vista las diferencias entre un CD y un DVD, pues salvo pequeñas variaciones, todos los principios teóricos que rigen la lectura de datos desde un CD, se siguen aplicando en el DVD. Sabemos que en un disco compacto la información se graba en la superficie de datos, en forma de minúsculas elevaciones o pits (figura 1), cuyas dimensiones son las siguientes: 0.5 micras de ancho, 0.11 micras de alto y un largo de entre 0.83 y 3.5 micras, con una separación entre tracks de 1.6 micras; precisamente, en los mayores o menores espacios que separan a uno de otro pit, es donde se codifica la información de audio digitalizada. Para poder leer tan minúscula información, es necesaria la intervención de un medio de lectura con una precisión como la que brinda un rayo láser. Para ello se utiliza un láser infrarrojo (cuya longitud de onda es de aproximadamente 780 nm), concentrándolo por medio de una lente hasta alcanzar un diámetro de 1.7 micras. A su vez, el CD tiene un espesor de 1.2 mm, casi completamente ocupado por una gruesa capa de plástico transparente; así, además de que la superficie de datos queda protegida contra posibles daños externos, es posible concentrar el haz láser hasta darle las dimensiones adecuadas para la lectura. La lectura es realizada por un dispositivo especial conocido como “recuperador óptico”, “lector láser”, “unidad óptica” o “pick up”. Dentro de éste, se combinan elementos electrónicos, ópticos y mecánicos, que permiten la emisión del rayo láser, su conducción hasta la superficie de datos del CD y la recuperación del reflejo; en este último viene modulada la información leída de los pits. El DVD utiliza el mismo principio electrónico-óptico para leer la información. Sin embargo, gracias a los avances en la tecnología de fabricación de semiconductores, en la actualidad es posible construir diodos láser de mayor frecuencia. El hecho que éstos alcancen la banda del color rojo, significa una menor longitud de onda (alrededor de 635-650 nm) y, por lo tanto, mayor precisión en la lectura de los datos. Gracias a la reducción de la longitud de onda, es posible construir pits más pequeños y con menor separación entre sí. De este modo, en el DVD es posible construir pits de tan sólo 0.4 micras de largo, contra las 0.83 micras de los pits del CD; y mientras que en el CD la separación entre pistas es de 1.6 micras, en el DVD se ha reducido a sólo 0.74 (figura 2). Estas minúsculas dimensiones han permitido almacenar mayor cantidad de datos por centímetro cuadrado, lo que a final de cuentas se traduce en una mayor capacidad para grabar datos digitales (4.7 GB de un DVD típico contra 0.7 GB de un CD-ROM). Para una más fácil referencia, consulte la tabla, donde se hace una comparación en el formato físico del CD-ROM (derivado del CD) y el DVD.

 

Galería Método


Resultados

Galería Resultados


Discusión

Conclusiones

Existen diferentes formas de poder ver una película o escuchar música, los conocimientos que se tienen hasta ahora han sido resultado de mucho tiempo, no se consiguieron de un día para otro o por una sola persona, sin embargo, es importante que nosotros seamos responsables de cómo los usamos y conscientes de todo el trabajo que implica el poder reproducirlos.

Los CD nos permiten poder disfrutar de diferentes contenidos, con muchas comodidades, y además nos permiten disfrutar de momentos de entretenimiento que están inmersos día con día en nuestra vida.

Bibliografía



¿Por qué tocan los CDs?



¿Por qué tocan los CDs?

Summary

Research Question

Problem approach

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Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

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Results

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Discussion

Conclusions

Bibliography