Undisque compact, le plus souvent désigné par son sigle anglaisCD – abréviation deCompact Disc[1] – est undisque optique utilisé pour stocker desdonnées sous formenumérique.
En1980, leRed Book détermine les caractéristiques techniques du nouveau disque et le partage desbrevets entre les deux concurrents : àPhilips la conception du CD (sur la base de leur expérience de la technologie duLaserDisc) et des lentilles qui permettent la lecture ; àSony la définition du format utilisé pour numériser la musique et la méthode decorrection d'erreurs. Parmi les principaux membres de l’équipe, les plus connus sontPieter Kramer (directeur du laboratoire de recherche optique de Philips dans lesannées 1970) etKees A. Schouhamer Immink pour Philips,Toshitada Doi pour Sony.
Le disque compact est inventé conjointement par les firmes Philips et Sony[4]. Alors que les deux entreprises décident de travailler ensemble en1979[4], le projet prévoyait que les platines laser seraient équipées despuces électroniques les plus puissantes jamais commercialisées pour un produit grand public. Les premiers CD sont commercialisés à partir de[5], et début enFrance[4]. Philips et Sony annoncent fin être prêtes à sortir leur nouveau produit et commencent les ventes à l’automne. La production industrielle commence le àLangenhagen, près deHanovre (RFA)[2]. Les premiers albums produits étaientUne Symphonie alpestre, deRichard Strauss (Herbert von Karajan avec l'Orchestre philharmonique de Berlin) etThe Visitors (ABBA)[2]. La première platine est vendue auJapon le accompagnée de l’album52nd Street deBilly Joel. EnEurope, le premier lecteur de CD est commercialisé en[6].
Au début de la commercialisation des CD, on distingue le procédé analogique (A) ou numérique (D, pourdigital) pour les trois phases principales d'enregistrement (indiquées théoriquement sur chaque CD du commerce) :
AAD (Analogique-Analogique-Digital) : utilisation d'un magnétophone analogique pendant les séances d'enregistrement, le mixage ou le montage, et numérique pour la gravure. On trouve aussi la mention « AAD masterisé » dans le cas d'anciens enregistrements analogiques « digitalisés », en transformant le signal analogique en unsignal numérique en « dents de scie » (en principe meilleur, car formé debits 0 ou 1, donc ôtant les signaux ou bruits de surface parasites notamment)[évasif] ;
ADD (Analogique-Digital-Digital) : utilisation d'un magnétophone analogique pendant les séances d'enregistrement, puis numérique pour le mixage ou le montage, puis la gravure ;
DDD (Digital-Digital-Digital) : utilisation d'un magnétophone numérique pendant les séances d'enregistrement, le mixage ou le montage, puis la gravure.
Les pochettes de microsillons indiquaient aussi durant les dernières années ces sigles, se terminant logiquement cette fois par lalettre « A », puisque le support lui-même était forcément analogique : AAA (toujours vrai pour les premiers microsillons, avant les magnétophones numériques), et ADA ou DDA lors des enregistrements numériques sur microsillons.
Le succès du CD est progressif, d'autant que l'industrie du disque décide d'un prix de vente majoré de 60 à70 % (enFrance) par rapport aumicrosillon et que les premiers appareils de lecture sont eux aussi d'un coût élevé (en1983, supérieur auSMIC mensuel et en1988 on commence à voir des modèles d'un coût de l'ordre de50 % duSMIC mensuel) limité dans un premier temps à l’albumThe Visitors d’ABBA (PolyGram,label de Philips), et à un enregistrement de la Symphonie alpestre deRichard Strauss dirigée par Karajan. Le CD passe surtout dans les premiers temps pour un support réservé auxmélomanes classiques, grâce à la qualité sonore qu’il offre. Quelque200 titres, classiques essentiellement, sont ainsi produits par Philips. C’est la mise sur le marché, en1985, de l'albumBrothers in Arms, du groupeDire Straits (premier album entièrement numérique), qui démocratise le CD : l'album se vend à plus d’un million d’exemplaires[2].
Dès1986, les platines laser se vendent mieux que les autres, et en1988 les ventes de CD dépassent celles des disques vinyle. En France, la démocratisation du CD passe par l'activité d'éditeurs indépendants comme NTI (David Mufflarz) etChristian Brunet (Levitan SA - CD One music). Cet indépendant est le premier à travailler sur le « fond de catalogue », et donc sur un prix de vente raisonnable, alors qu'un CD est toujours proposé à des tarifs ne pouvant motiver que l'élite du public. Ainsi apparaissent dans le circuit de la grande distribution des collections très bon marché, là où les CD commercialisés par lesmajors sont excessivement chers. Dès 1991 sont vendus des coffrets de dix CD pour moins de 90 francs (13,72 euros). Cette collection (Romance du classique) sera vendue à plus de 2,5 millions d'exemplaires en moins d'un mois, durant les fêtes de fin d'année. Cette politique de prix fera exploser les ventes delecteurs de CD en France. Christian Brunet réalise pour le groupeCarrefour cette première opération.
Le CD connait un large succès et se substitue rapidement auxdisques microsillons (vinyles) comme support musical de par ses caractéristiques plus avantageux comme notamment l'absence d'usure (dans le cas d'un bon stockage et à l'abri de lachaleur, de la lumière et de l'humidité), et la diminution de sa taille par rapport au vinyle (de 12 cm puis 8 cm), avec une épaisseur nominale de 1,2 mm. Le CD possède également une qualité théorique de reproduction sonore supérieure auxcassettes audio et vinyles (rapport signal sur bruit bien plus important, absence de bruit de fond et de sonorités parasites liés au support, reproduction exacte à chaque lecture grâce au système de correction d’erreur). Le format CD permet aussi un retour à l'écoute intégrale sans avoir à retourner le support audio dans le lecteur, avec un accès sans manipulation mécanique, ce qui ne s'était pas vu depuis la disparition descartouches 8 pistes. Le CD a aussi accès direct aux différents morceaux musicaux ainsi (pour certains lecteurs) qu'à des index pour chaque morceau ; certainsmagnétocassettes disposaient aussi d'un système de recherche de plages qui détectait les passages sans données audio (ce système est évidemment plus lent que sur un CD audio).
Les CD-R (CD vierges à graver) ont les mêmes dimensions, et peuvent être utilisés pour stocker des donnéesRed Book (qui définit la norme audio pour le CD, telle que les 44,1 kHz defréquence d'échantillonnage et 16 bits de résolution)[7]. On distingue lesCD-R PC, qui sont conçus pour une utilisation avec un graveur intégré à unPC, et lesCD-R Audio, qui sont conçus spécifiquement pour les enregistreurs domestiques autonomes (lesquels ne peuvent pas lire lesCD-R PC). Ils sont d’ailleurs plus chers, car il est tenu compte d'un pourcentage pour lesdroits d'auteur qui sont reversés à laSACEM enFrance ou laSABAM enBelgique.
L'arrivée des sites web et logiciels enP2P, en particulier deNapster, au début de1999, signe le début du déclin de l'industrie du disque[2]. Dès lors, les partages illégaux de fichiers audio numérisés et copiés à partir des CD se multiplient. En2004, dans son articleCrise des ventes de disques et téléchargements sur les réseaux peer-to-peer, laFédération internationale de l'industrie phonographique (IFPI) estime que près de800 millions de fichiers musicaux étaient présents sur les réseaux en P2P[2].
En2007, soit plus de vingt ans après la création du disque, Philips estime à plus de200 milliards le nombre de CD vendus dans le monde[2], avec150 millions d'unités enFrance en2002 et700 millions aux États-Unis en2004[2].
Lerayon réfléchi est enregistré par uncapteur. Plus précisément, lorsque le faisceau passe de la surface plane à cette cavité, il se produit desinterférences lorsque le faisceau ne rencontre qu'une surface plane, l'intensité lumineuse du faisceau réfléchi vers le capteur est maximale, et fait correspondre à cet état la valeur binaire 0. Quand le faisceau passe sur lepit, le capteur détecte les interférences et l'intensité du signal reçu diminue. La valeurbinaire 1 est alors attribuée[8].
En effet, lorsque le laser est émis sur une telle discontinuité, une partie des rayons lumineux émis sera réfléchie depuis le creux, tandis que l'autre partie sera réfléchie depuis le plat. Aussi se crée-t-il une différence de marche entre ces deux rayons réfléchis, c'est-à-dire undéphasage entre les deux ondes.
Or, la profondeur dupit est très spécifique à celle du laser utilisé pour la lecture. En effet, elle estλ/4, avecλ la longueur d'onde du laser. Deux ondes issues d'une source cohérente sont dites constructives (c'est-à-dire que leurs amplitudes s'additionnent) lorsque la différence de marche notéeδ vérifie :δ =λ·k, aveck un entier relatif. C'est le cas lorsque le laser se réfléchit sur un plat ou un creux (k = 0). Au contraire, lorsque le rayon se réfléchit sur un passage creux/plat (ou plat/creux), où l'onde réfléchie dans le creux parcourt donc la profondeur dupit multipliée par deux (aller plus retour) soit une distanced = 2λ/4 =λ/2, la valeur de la différence de marche vérifie :δ =λ (k + 0,5), correspondant à une différence de marche pour des ondes destructives (dont les amplitudes s'annulent).
C'est donc l'intensité du signal lumineux réfléchi sur la piste du support de stockage et reçu par le capteur — lequel associe des variations de tension aux variations d'intensité reçues — qui est codée en binaire (cours de physique de terminale scientifique). Lorsque le disque compact est utilisé comme support pour l’écoute musicale (premières utilisations), l’information binaire est ensuite transformée en un signalanalogique par unconvertisseur numérique-analogique.
Dès son apparition, ce support est promu par sesinventeurs et les éditeurs musicaux comme offrant une meilleurequalité sonore que les autres supports existants (notamment lesdisques vinyle). Ces qualités sont parfois contestées[Par qui ?] et de nouveaux supports sont apparus, dotés d'une résolution supérieure (SACD :Super Audio Compact Disc, ouDVD-A :Digital Versatile Disc Audio). On constate par ailleurs, au cours des années 2010, un regain de popularité du supportvinyle[9].
Les creux et les bosses ne représentent pas les « 0 » et les « 1 » des informations binaires. C’est le passage d’un creux à une bosse ou d’une bosse à un creux qui indique un « 1 ». S’il n’y a pas de passage bosse-creux, alors il s’agit d’un « 0 ». On appelle cela un « front » (voircodage Miller). Ensuite, ces données sont soumises au traitementEFM (Eight-to-Fourteen Modulation) utilisé lors du codage des données audionumériques en données numériques pour CD audio, de façon à obtenir les données audionumériques brutes[10].
La fabrication industrielle d’un CD se fait suivant différentes étapes : un CD ainsi produit assure une longévité de l’ordre d'un siècle s'il est stocké et manipulé soigneusement. En comparaison, un CD-R a une durée de vie de l’ordre d'une décennie, du fait de sa sensibilité aux rayons lumineux.
La création du disque matrice, appelé aussi matrice de verre, correspond au marquage des données sur un disque de verre. Le point de départ du disque matrice est une vitre fortement polie, dont les caractéristiques de surface ressemblent de près à celles d'unmiroir astronomique. Cette plaque de verre est couverte d’unsubstrat sensible à la lumière, appelé résine photosensible. La couverture de la plaque par un procédé de rotation (dépôt par centrifugation) assure une couche absolument plane et uniforme de 120 nm d’épaisseur. C’est l’épaisseur de cette couche qui détermine la profondeur des creux.
Lagalvanisation est une opération qui crée la matrice de production à partir de la matrice de verre. La matrice de verre est plongée dans un bain de galvanisation comportant uneanode denickel. La couche argentée de la matrice de verre est transformée encathode. Le courant ainsi créé entraîne un déplacement des ions de nickel sur l’anode, couvrant peu à peu la plaque de verre d’une couche de nickel. La séparation de la couche de nickel de son support de verre amène la destruction de ce dernier. Si à ce stade de l’opération les normes de qualité ne sont pas respectées, tout le processus précédent est à refaire. La couche de nickel, copie tirée directement de la matrice de verre, est nommée « original » ou « copie père » : c’est une reproduction en négatif de l’original. Pour éviter une perte de cet original, on en fait une copie appelée « copie mère », qui sert ensuite à tirer les sous-matrices.
Les sous-matrices sont, comme l’original, des négatifs et servent à imprimer les données sur les disques en plastique pendant leur fabrication. Elles sont perforées au centre et polies à l’endos. La qualité du dos de la matrice a une grande influence sur le bruit qui sera perçu par les photorécepteurs des lecteurs de CD-ROM. La rugosité moyenne maximale est de 600 nm. Comme l’air, la propreté de l’eau est importante pour la qualité finale du produit.
La fabrication en série des disques compacts peut se faire parmoulage par injection ou par pression. Le premier principe consiste en l'injection dupolycarbonate liquide dans la matrice ; le second procédé a pour principe l’impression des cuvettes dans le disque encore chaud parpressage. Le polycarbonate est retenu dans la conception des CD pour ses propriétés telles que la pureté optique, latransparence et unindice de réfraction constant.
Les CD sont couramment protégés par des boîtiers standards enplastique. Ce matériau, bien que fragile (très sensible aux rayures, des fissures apparaissent si l'on appuie dessus et, à l'usage, les pattes permettant l'ouverture du boîtier se cassent), a été choisi pour ses propriétés optiques. Très transparent, il permet la création d'un boîtier attractif, où l'on peut glisser une feuille ou un livret, afin d'améliorer la présentation.
Le format de données, connu sous le nom de normeRed Book, est dressé parDutch Electronics du groupe Philips qui possède les droits du CDDA et du logo qui apparaît sur les disques. En termes techniques, il s’agit d’une pistestéréo encodée enPCM à une résolution de 16 bits (linéaire en amplitude, sans compression logarithmique des amplitudes hautes) avec une fréquence d’échantillonnage de 44,1 kHz.
Leséchantillons sont ensuite regroupés enframes, chaqueframe comporte six échantillons stéréo (6 × 2 × 16 bits = 192 bits soit 24 octets), plus 8 octets de correction d’erreur et un 1 octet desubcode, soit un total de 33 octets parframe. Lecode correcteur est ajouté pour permettre la lecture d’un disque comportant des salissures ou rayures modérées ; il s’agit de deuxcodes de Reed-Solomon à la suite et d’un entrelacement des données effectué entre les deux codages.
La fréquence d’échantillonnage de 44,1 kHz est héritée d’une méthode de conversion numérique d’un signal audio en signal vidéo pour un enregistrement surcassette vidéo qui était le seul support offrant unebande passante suffisante pour enregistrer la quantité de données nécessaire à un enregistrement audionumérique (voirmodulation d'impulsion codée). Cette technologie peut stocker six échantillons (trois par canal en stéréo) par ligne horizontale. Unsignal vidéoNTSC possède 245 lignes utilisables par trame et 59,94 champs par seconde qui fonctionnent à 44 056 échantillons par seconde. De même, un signal vidéoPAL ouSÉCAM possède 294 lignes et 50 champs qui permet de délivrer 44 100 échantillons par seconde. Ce système pouvait en outre stocker des échantillons de 14 bits avec des corrections d’erreur ou des échantillons de 16 bits sans correction d’erreur.
Un CD, comme unCD-R, est constitué, d'après leOrange Book, de trois zones composant la zone d'information (information area) :
ZoneLead-in : LaLead-In Area contient des informations décrivant le contenu du support (ces informations sont stockées dans la TOC,Table of Contents). La zone Lead-in s'étend du rayon 23 mm au rayon 25 mm.
Les CD de l'industrie (pressés) ont une longévité annoncée initialement entre 50 et 200 ans. Toutefois, les analyses duLaboratoire national de métrologie et d'essais (France)[11] montrent que la durée de vie des CD gravés (CD-R) est nettement inférieure, assujettie aux conditions d'archivage, au support et au graveur. Les causes dudisc rot(en) résident principalement dans la migration d'encres ou de solvants à travers la mince épaisseur de plastique qui sépare la face des inscriptions de la couche réfléchissante portant l'enregistrement[12].
Il existe plusieurs formats de disques compacts répertoriés dans lesRainbow Books, en voici une liste non exhaustive :
CD audio (CDDA ou CDA) :Compact Disc Digital Audio ou en français « Compact Disc Audio ». Cette famille comprend également lesSHM CD, lesBlu-spec CD ainsi que les DSD CD.
Blu-spec CD (l'appellation commerciale d'un Compact Disc) : conçu selon un processus propriétaire, lancé parSony fin2008. Son nom vient du fait que son processus de fabrication est celui utilisé pour la création desBlu-ray. En lieu et place d'un rayoninfrarouge standard, un laser bleu est utilisé pour créer les encoches numériques sur la matrice mère, qui sera dupliquée par moulage. En raison de sa finesse, le laser bleu crée des encoches plus précises d'une largeur minimale de 125 nm (contre 500 nm pour un CD standard, et 780 nm pour unDVD ouSuper Audio CD), qui diminueraient le nombre d'erreurs dans la lecture numérique. Cela ne change aucunement le format CD (PCM 44,1 kHz, 16 bits) ni la longueur des encoches numériques gravées dans le disque. Un Blu-spec CD peut donc être lu par n'importe quelle platine CD conventionnelle à rayon laser rouge (longueur d'onde 780 nm) et ne nécessite aucunement l'emploi d'un laser bleu.
DSD-CD : disque compact conventionnel (donc lisible par n'importe quel lecteur de CD du marché) issu par conversion d'unmaster réalisé enDSD (DSD →PCM), lui permettant d'avoir une meilleure définition qu'avec un master habituel d'origine PCM (PCM → PCM). Il est fréquent que l'on rafraichisse ce résultat au moyen d'un processeur Sony SBM (Super Bit Mapping) spécialement adapté pour ces conversions DSD : il s'agit du Super Bit Mapping Direct[13]. Il convient de noter que cette technologie est toujours employée dans le cas d'un Super Audio CD hybride, car la couche Compact Disc est en soi un DSD-CD, étant systématiquement réalisée à partir du master DSD utilisé pour la couche haute définition du même disque[13]. En 2013, il existe un cas particulier de DSD-CD : après avoir sorti l'albumParanoid deBlack Sabbath en formatSHM SA-CD le,Universal Japan décide d'en utiliser le master DSD pour sortir ce même album le au formatSHM CD (voir ci-dessus), destiné à conforter les auditeurs dépourvus de lecteur deSuper Audio CD, ne pouvant écouter leSHM SA-CD. Ce disque, étant unSHM CD réalisé à partir d'un master DSD, est donc unSHM-DSD-CD, combinant les deux technologies. Le DSD-CD peut en outre être perçu comme un intermédiaire tamisant larivalité concurrentielle entre le DSD et le PCM.
CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory), officiellement « cédérom » en français : support destockage informatique.
GD-ROM : format du Compact Disk développé parSega pour sa console de jeuxDreamcast.
CD-i (Compact Disc interactif) : ses spécificités sont définies dans leGreen Book. Les premiers lecteurs CD-i ont été commercialisés en1991.
CD Extra (ouEnhanced CD ou « disque amélioré ») : disque compact réunissant en premier une session ne contenant que les pistes audio et une session ne contenant que des données. Les CDOpenDisc sont techniquement desCD Extra. Dans les lecteurs de disques audio (par exemple autoradios etchaînes hi-fi), seule la session audio de ce type de disque est lisible. Les disques audioCopy Control créés par certainsmajors sont desCD Extra. Ce type de disque ne garantit pas d'être lisible dans tous lecteurs de CD (autoradios, chaînes hi-fi, etc.). Voir aussi la normeBlue Book.
CD en mode mixte : disque compact réunissant en premier une session ne contenant que des données et une session ne contenant que des pistes audio. Il est parfois employé comme support de jeu vidéo, la première session (de données) contenant leprogramme-jeu tandis que les musiques du jeu sont dans la seconde (l'audio).
CD-RCompact Disc Recordable : disque inscriptible une seule fois.
Super Vidéo CD :Super Video Compact Disc, Super compact disque vidéo.
Super Audio CD : un des formats du Compact Disc créé par Sony et Philips en 1999 et répertorié dans leScarlet Book. C'est un disque compact nécessitant l'emploi d'un lecteur spécial, capable dereproduction multicanale aussi bien que de reproductionstéréophonique, d'une fréquence d’échantillonnage 64 fois supérieure à celle du Compact Disc ordinaire. Il est également capable de technologie « hybride », comportant une deuxième couche CD lui permettant d'être lu par toute platine CD ordinaire en qualité CD.
CD Audio DTS : disque compact contenant de l'audio compressé en DTS. Les CD Audio de ce type nécessitent un lecteur capable de décoder le DTS et n'émettent que du bruit quand ils sont lus dans un lecteur de CD audio classique.
LaserDisc : disque compact contenant de l'audio numérique et de la vidéo analogique, à la manière desLaserDisc. Les CD Vidéo contiennent une ou deux pistes audio lisibles sur un lecteur de CD classique et jusqu'à 5 minutes de vidéo analogique, lisible uniquement sur un lecteur de LaserDisc.
AVCD : disque compact contenant de la vidéo numérique au format Vidéo CD sur les premières pistes et de l'audio numérique en format CD Audio sur les pistes suivantes.
Les appareils de lecture pour CD-audio ne sont pas conçus pour lire les CD-ROM ;a contrario, les lecteurs de CD-ROM peuvent aussi lire les CD-audio. Il existe aussi des CD « hybrides » contenant de l’information audio (lisible par un lecteur audio) et des informations d’autres types (texte, vidéo, images, etc.), lisibles par un lecteur de CD-ROM (CD en mode mixte etCD Extra cités plus haut).
Avec l’apparition de la méthode de compression audioMP3 (MPEG-1/2 Audio Layer 3) en1997[14], des lecteurs audio pouvant lire des pistes MP3 sur unCD-R(W) et les jouer comme un CD audio traditionnel ont été développés. L’intérêt du format MP3 est qu’il permet de stocker de 4,41 (1 411 / 320 = 4,41) à 11 (1 411 / 128 = 11) fois plus de musique que sur un CD audio avec une dégradation plus ou moins perceptible de la qualité sonore en fonction du débit auquel le disque / le morceau a été compressé. Il est possible de compresser jusqu'à 176 fois (1 411 / 8 = 176), moyennant une forte dégradation de la qualité.
Le CD audio (matériel) se vend beaucoup moins, principalement du fait de l'apparition au début duXXIe siècle d'autres supports destockage et d'appareils d'écoute plus légers, plus compacts, avec plus de capacités (lecteurs portatifs àmémoire flash intégrée), et parallèlement de l'extension du réseau Internet, permettant une diffusion sous formedématérialisée (dans un premier tempsclandestine puis peu à peu via des plates-formes de diffusion légales, proposant des morceaux ou des albums entiers entéléchargement ou enécoute instantanée).
