Le compact disc à 25 ans

Nous fêtons ce 17 août 2007 la première production industrielle de compact discs, les fameux CD. Comment tout cela a-t-il commencé ?

Histoire abrégée du CD

Il faut remonter aux années 1950 et aux études du fabricant néerlandais Philips sur l'enregistrement optique, rapidement suivi par le Japonais Sony et en 1979 par le Japonais Hitachi, pour la partie audio.

L'invention du CD revient conjointement à Kees A. Schouhamer Immink de Philips et au Dr Toshitada Doi de Sony (qui inventa également le chien robot AIBO. Il a également écrit plusieurs livres sous le pseudonyme de "Shiro Tenge").
Dans les années 1970, Philips développa la technologie du Laserdisc, une sorte de CD vidéo de la taille d'un 33 tours en polycarbonate (plastique) aux reflets également arc-en-ciel. Pioneer supporta cette technologie jusqu'aux années 90. J'ai personnellement rédigé un dossier sur cette technologie en 1986 pour l'édition d'été du magazine français "L'Ordinateur Individuel". Mais le public bouda ce support qu'il jugea trop encombrant et peu pratique (il y avait deux faces).
Conscient de son échec, Philips créa un nouveau procédé de fabrication basé sur l'expérience qu'ils avaient acquises dans la technologie du Laserdisc. Ce fut l'invention du CD. Sony contribua à la méthode de correction d'erreurs. Nous étions en 1981.
Les premiers prototypes de CD fabriqués par Philips mesuraient 11.5 cm de diamètre pour une capacité de 60 minutes. L'information était codée sur 14 bits. Sony insista pour qu'on adopte un codage sur 16 bits et une durée de 74 minutes, ce qui porta la taille du CD à 12 cm de diamètre.
Une rumeur veut que la capacité proposée par Sony ferait suite à une demande personnelle du chef d'orchestre Herbert von Karajan, qui dirigeait la version la plus lente de la 9e symphonie de Beethoven en exactement 74 minutes. Elle devait donc tenir sur un seul CD. L'épouse du président de Sony aurait formulé la même demande.
La première production industrielle de CD fut lancée le 17 août 1982 dans l'usine de Philips de Langenhagen, près d'Hanovre, en Allemagne.

En 1984, les spécifications du CD furent étendues avec l'édition du "Yellow Book" décrivant le format physique du CD de données afin de lui permettre de stocker des données numériques, en particulier celles des ordinateurs.
Avantages du CD
"Les enregistrements sur CD révèlent des sons imperceptibles sur vinyle et le son est cristallin", explique Frank van den Berg, l'un des ingénieurs chargé du développement du CD chez Polygram.
Les principaux avantages du CD sont les suivants :
- La qualité de l'enregistrement. La reproduction numérique du son est largement supérieure à la qualité sonore des cassettes audio et des disques vinyles. La dynamique est plus importante et la reproduction est identique à chaque lecture. Les rayures n'ont pas d'effet sur le son car elles n'attaquent généralement que la surface laquée. De même que les poussières ou les empreintes digitales, car en surface le faisceau laser est encore assez large et n'est généralement pas perturbé par de petits grains de poussières ni même par un cheveux.
- L'absence d'usure due à la lecture optique qui supprime le contact mécanique avec le support. An début, certains experts ont annoncé qu'un CD pouvait se conserver plus de cent ans. Des tests en laboratoire ont montré que la durée de vie moyenne d'un CD serait de 10 ans seulement, car la plupart se dégradent suite aux rayures et à l'oxydation notamment. Toutefois, si l'utilisateur est soigneux, un CD pourrait se conserver plusieurs dizaines d'années.

- La taille du support (12 cm de diamètre) lui confère une portabilité presque idéale. Un deuxième standard de 8 cm de diamètre a également été normalisé. Il est surtout utilisé pour les DVD (disque optique vidéo).
- Le CD n'a qu'une seule face, ce qui permet une écoute intégrale sans devoir retourner le support dans le lecteur.

- La capacité de stockage. Un CD peut contenir une bibliothèque ! Il peut contenir 74 minutes de musique ou 650 MB de données informatiques, l'équivalent d'environ 300000 pages A4 dactylographiées, 750 livres de 400 pages ou encore des milliers de pages html.
Evolution du marché

"Ca a commencé petit, comme la plupart des révolutions", raconte Paul Solleveld, porte-parole l'association néerlandaise des producteurs et importateurs de supports d'images et de sons, NVPI.
A l'origine, Philips ne produisit qu'un assortiment de 200 CD différents, principalement de la musique classique, en raison de la grande qualité sonore de l'enregistrement numérique qui plaisait énormément aux mélomanes.

L'un des premiers enregistrements transposé numériquement (AAD au début) sur CD fut la Symphonie alpestre de Richard Strauss dirigée par Herbert von Karajan. Ensuite Philips enregistra l'album "The Visitors" d'ABBA, un des groupes phare de Polygram, le label de Philips. Rapidement, la Deutsche Grammophon puis Decca et de nombreux autres éditeurs sortirent tout le catalogue classique sur CD.
Initialement, Philips pensait que les mélomanes seraient plus enclins à acheter les CD que les amateurs de musique pop et de rock, même si les CD étaient plus onéreux que les vinyles, de même que les lecteurs. A titre d'information, vers 1982, un lecteur de CD coûtait l'équivalent de 1500 € actualisés. Aujourd'hui, ils sont dix fois moins cher et même cent fois moins cher quand ils sont intégrés aux radios portatives !
Le CD décolla lentement, et on peut considérer que c'est l'album "Brothers in Arms" de Dire Straits sortit en 1985, qui lança le CD. Ce fut le premier enregistrement totalement digital (DDD). Cet album a déjà été vendu à plus d'un million d'exemplaires et imposa définitivement le CD comme support de musique.
"A la fin des années 1980, les ventes décollent franchement et culminent en 1991. Depuis, elles baissent", précise Solleveld.

En effet, dans les années 1990, le CD a remplacé pour de bon le disque de vinyle et est devenu le support d'information par excellence, notamment dans le domaine de l'informatique, avec la commercialisation du CD-ROM et ses dérivés, ainsi que du DVD en 1995.

Avec l'explosion d'Internet et du format MP3, des baladeurs (le walkman est également une invention de Sony) et des lecteurs multimédia portatifs (PDA et autres iclones), on prévoit que le CD ne vivra pas plus de 30 ans.
Depuis 1982, il s'est vendu environ 200 milliards de CD dans le monde. Il sera difficile de dépasser les 300 milliards. Aujourd'hui, sur l'ensemble du marché des ventes de musique digitale, les CD ne représentent plus que 10% des ventes. En revanche, selon la Fédération Internationale de l'Industrie Phonographique (IFPI), les ventes de musique digitale croissent rapidement et pourraient totaliser 25% des ventes de musique d'ici 2010, essentiellement grâce à Internet et l'invention des formats MP3 (son) et MPEG-4 (audio et visuel).
Technologie

Les CD sont constitués d'une galette de polycarbonate de 12 cm de diamètre et de 1.2 mm d'épaisseur, recouverte d'une fine couche d'aluminium (et parfois d'or sur les disques à longue durée de vie) protégée par un film de laque anti-UV en acrylique. Ce film peut aussi être imprimé par offset ou sérigraphie pour illustrer le disque à même le support.

Les informations enregistrées sur un CD sont codées sur une piste alvéolée disposée en spirale, moulée dans le support. Ainsi juxtaposées, un CD comprend 22188 "pistes".

Ainsi que le montre la photographie présentée à gauche, réalisée au microscopique électronique à 8500x, chaque alvéole ou creux mesure entre 833 et 3500 nm de longueur pour 500 à 670 nm de large et entre 167 et 195 nm de profondeur selon le type de laser utilisé (sa longueur d'onde). L'espace interpiste varie entre 842 et 1600 nm.

Ecriture du CD

Le remplissage du disque suit une spirale qui commence au centre et se termine en périphérie, ce qui permet de créer des disques de petite taille sur lesquels ne figure par exemple qu'une seule chanson, souvent un produit de démonstration.

En fait, cette spirale ondule légèrement selon une sinusoïdale appelée "wobble" d'une fréquence de 22.05 kHz et dont l'amplitude est de +/- 30 nm. Ce phénomène de "wobble" permet de d'ajouter au graveur de CD une information dite ATIP (Absolute Time in PreGroove) sur la vitesse à laquelle le marquage doit s'effectuer.

Un CD-R (enregistrable) possèdent une couche supplémentaire entre le substrat en polycarbonate et la couche métallique alvéolée, composée d'un colorant organique (dye) pouvant être "brûlé" ou marqué par un laser de forte puissance (10 fois celle nécessaire pour la lecture). Cette couche de colorant absorbe ou non la lumière émise par le laser, créant ainsi les creux.
Lecture du CD

Réminiscence des Laserdics, un CD présente deux modes de lecture : à vitesse linéaire constante (CLV) et à vitesse angulaire constante (CAV).

Les CD audio sont des CLV présentant une vitesse linéaire comprise entre 1.2 et 1.4 m/s. Dans leur version originale, les informations digitales sont lues ou enregistrées avec un débit de 150 KB/s, ce qui représente une "vitesse de 1x". Aujourd'hui certains lecteurs de CD-ROM peuvent aller 52x plus vite (débit de 7800 KB/s avec un temps de réponse de 60 à 80 ms).

Un CD est généralement lu par une diode laser travaillant à 780 nm de longueur d'onde (rouge). Contrairement à ce qu'on pense, les alvéoles (creux) et les "bosses" (la surface plane) gravées dans un CD ne représentent pas les 0 et les 1 du système binaire.

En effet, c'est le passage d'un creux à une bosse ou d'une bosse à un creux qui indique un changement de signal représenté par un bit, le 1. S'il n'y a pas signal et donc pas de passage bosse-creux ou creux-bosse, alors il s'agit d'un 0. On appelle cela un front.
Techniquement, la différence de profondeur entre un creux et une bosse est d'un quart de la longueur d'onde du laser (les 195 nm apr ex.), ce qui permet d'avoir un déphasage d'une demi-longueur d'onde entre une réflexion du laser dans un creux et sur une bosse. Cette réflexion provoque une interférence destructive (annulation des ondes en opposition de phase) qui réduit l'intensité de la lumière réfléchie par un creux comparée à une réflexion sur une bosse.
En mesurant cette intensité avec une photodiode, on peut lire les données enregistrées sur le disque. Ces données passent ensuite dans un système de modulation qui transforme les données codées en format audionumériques en données numériques audio (ou vidéo pour le DVD), pour finalement obtenir les données audionumériques brutes, le son.
Il existe actuellement plus de 10 variantes du CD, pour citer brièvement le CD Audio classique, le CD-ROM utilisé en informatique, le CD-WORM, le CD-R ou CD inscriptible (peu utilisé), le CD-RW ou CD réinscriptible et donc effaçable (généralement il est garanti pour 100 lectures-écritures), le VCD utilisé dans les caméras vidéos, le S-VCD utilisé dans les caméras S-vidéos, le CD Extra (Enhanced CD) et l'OpenDisc divisé en deux sessions (audio et données) et enfin le CD en mode mixte (CD Extra copy controlled) parfois utilisé par les maisons de disques.