Mongkol Oumroengsri
ในช่วงทศวรรษปี 1970 นักวิจัยของ Philips ได้ใช้เทคโนโลยีของแผ่นเลเซอร์ดิสก์ หรือ LD มาทดลองสร้างแผ่นออฟติคอล (optical disc) สำหรับเก็บข้อมูลสัญญาณเสียง (audio disc) แต่เพียงอย่างเดียว โดยเริ่มแรกใช้วิธีการเข้ารหัสเสียงแบบ wideband FM และแบบ PCM ในระบบดิจิทัล ต่อมาจึงมีบริษัทต่าง ๆ เข้ามาวิจัย-ค้นคว้าในแนวทางนี้ จนถึงช่วงปลายทศวรรษ Philips, Sony และบริษัทอื่น ๆ ได้แสดงต้นแบบของแผ่นดิสก์ระบบเสียงดิจิทัล
ในปี 1979 ทาง Philips และ Sony ตัดสินใจร่วมมือกัน จัดตั้งทีมวิศวกรร่วมซึ่งมีภารกิจออกแบบแผ่นดิสก์ระบบเสียงดิจิทัลแบบใหม่ สมาชิกที่สำคัญของทีมวิศวกรร่วม คือ Kees Immink และ Toshitada Doi ซึ่งหลังจากทดลองและถกเถียงกันหนึ่งปี ทีมงานได้ออกมาตรฐาน Red Book ซึ่งเป็นมาตรฐานของคอมแพ็กดิสก์ (Compact Disc Digital Audio หรือ CD-DA) โดยทางฝ่าย Philips สนับสนุนในเรื่องกระบวนการผลิต โดยอาศัยเทคโนโลยีการผลิตเลเซอร์ดิสก์ นอกจากนี้ Philips ยังสนับสนุนวิธีการมอดูเลต (modulated) แบบ EFM (Eight-to-fourteen modulation) ซึ่งสามารถบันทึกเสียงได้มาก และทนต่อรอยขูดขีด หรือ รอยนิ้วมือ ขณะที่ Sony สนับสนุนวิธีแก้ไขข้อผิดพลาดแบบ CIRC error correction (Cross-Interleaved Reed–Solomon code) ทั้งนี้ Philips ได้บรรยายไว้ว่า คอมแพ็กดิสก์นั้น “ถูกประดิษฐ์ร่วมกันโดยกลุ่มคนมากมายทำงานร่วมกันเป็นทีม” (“invented collectively by a large group of people working as a team.”)
คอมแพ็กดิสก์ออกวางจำหน่ายประมาณช่วงปลายปี 1982 ในตลาดเอเซีย และในที่อื่นๆ ช่วงต้นปีถัดมา ซึ่งเหตุการณ์นี้มักถูกมองว่า เป็นจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติเสียงดิจิทัล แผ่น digital audio disc แบบใหม่นี้ได้รับการยอมรับและคำชื่นชมในคุณภาพเสียง จากนั้นแผ่นดิสก์แบบใหม่นี้ ซึ่งเดิมทีถูกประดิษฐ์ขึ้นสำหรับบันทึกข้อมูลเสียงก็ได้ขยายไปยังด้านอื่นๆ สองปีต่อมาในปี 1984 ก็ได้มีการออกแผ่นซีดีรอม (CD-ROM) ซึ่งเป็นหน่วยความจำอ่านได้อย่างเดียวด้วยแผ่น CD-ROM นี้ทำให้สามารถจัดเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์จำนวนมากได้ แผ่นซีดีที่ผู้ใช้สามารถเขียนเองได้ หรือ แผ่นซีดีอาร์ (CD-R) ก็ได้ปรากฏสู่สายตาในเวลาต่อมาประมาณปี 1990 และจากนั้น Compact Disc ก็ได้กลายเป็นมาตรฐานในการแลกเปลี่ยน-จัดเก็บข้อมูลคอมพิวเตอร์ รวมถึงเพลงและดนตรีที่ประสบความสำเร็จเป็นอย่างมาก โดยภายในปี 2004 เพียงปีเดียวมีการจำหน่ายแผ่นซีดีเพลง ซีดีรอม ซีดีอาร์ ทั่วโลกรวมกว่าสามหมื่นล้านแผ่น
คอมแพ็กดิสก์มีมาตรฐานเส้นผ่าศูนย์กลาง 120 มิลลิเมตร สามารถบันทึกเสียงได้ 74 นาที แต่ก็มีรุ่นที่สามารถบันทึก 80 หรือ 90 นาทีได้ด้วย (ทั้งนี้ยังมีรุ่นขนาด 80 มิลลิเมตร เรียกว่า Mini-CD อยู่ในรูปการ์ดขนาดเท่านามบัตร หรือ เป็นแผ่นรูปวงกลมใช้เป็นแผ่นซีดีซิงเกิล ซึ่งเก็บเสียงได้เพียงแค่ 20 นาที) โดยที่แผ่นซีดีเพลงจะทำจากวัสดุอะลูมิเนียมบางๆ (ใช้เป็นพื้นผิวสะท้อนแสง) เคลือบด้วยพลาสติกประเภทโพลีคาร์บอเนต (Polycarbonate) ที่มีความหนา 1.2 มิลลิเมตร (0.047 นิ้ว) และมีน้ำหนัก 15-20 กรัม ซึ่งเมื่อแสงเลเซอร์ที่ยิงมาจากหัวอ่าน สะท้อนกลับไปที่ตัวอ่านข้อมูลที่เรียกว่า Photo Detector ก็จะทำการอ่านข้อมูลที่ได้รับกลับมาว่าเป็นอะไร และส่งข้อมูลค่าเลขฐานสอง (เปรียบได้กับ 0 และ 1) ส่งให้ภาค Digital to Analogue หรือ DAC ทำหน้าที่แปลงผันข้อมูลเพื่อนำไปถอดรหัสข้อมูลเป็นสัญญาณเสียงต่อไป
ซีดีเสียง หรือ ซีดีเพลง หรือ Audio CD จัดเก็บข้อมูลสัญญาณเสียงในรูปแบบที่เป็นไปตามมาตรฐานเรดบุ๊ค (red book) ซีดีเสียงประกอบด้วยการเข้ารหัสข้อมูลในรูปแบบ PCM (Pulse Code modulation) ขนาด16 บิตสองช่องสัญญาณ (เสียงสเตอริโอ) ด้วยอัตราการสุ่มสร้างชุดตัวอย่างข้อมูลที่ 44.1 kHz ต่อช่องสัญญาณ (ทั้งนี้สัญญาณเสียง 4-channel เป็นตัวเลือกที่อนุญาตในรูปแบบ Red Book แต่ไม่เคยมีการใช้งาน อีกทั้งเสียงโมโนก็ไม่มีมาตรฐานระบุอยู่ใน Red Book CD ดังนั้นเนื้อหาต้นฉบับแบบเสียงโมโน มักจะนำเสนอเป็นช่องสัญญาณที่เหมือนกันสองช่องในแทร็กสเตอริโอ อย่างที่เรียกว่า mirrored mono)
Super Audio CD (SACD) เป็นอีกรูปแบบของ optical audio disc แบบอ่านอย่างเดียวที่มีความละเอียดสูง (high-resolution) ซึ่งได้รับการออกแบบมาเพื่อให้การสร้างเสียงดิจิทัลที่มีความเที่ยงตรงสูงกว่า (higher-fidelity) มาตรฐานของ Red Book CD-DA โดยเปิดตัวในปี 1999 ได้รับการพัฒนาร่วมกันระหว่าง Sony และ Philips ซึ่งเป็นบริษัทเดียวกับที่ร่วมกันสร้าง Red Book CD-DA ทั้งนี้ SACD อยู่ในรูปแบบสงครามฟอร์แมตกับ DVD-Audio แต่ไม่เคยแทนที่ซีดีเพลงได้เลย มาตรฐาน SACD นั้นเรียกว่ามาตรฐาน Scarlet Book กระนั้นฟอร์แมต SACD สามารถออกเป็นดิสก์แบบไฮบริด (hybrid) ได้ โดยที่ดิสก์เหล่านี้ประกอบด้วยข้อมูลเสียง SACD และเลเยอร์ซีดีเพลงมาตรฐาน (Audio CD) จึงสามารถเล่นได้ในเครื่องเล่นซีดีมาตรฐาน
การที่แผ่นซีดีเพลงจะมีวัสดุอะลูมิเนียมบางๆ ทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสะท้อนแสง ต่อมาจึงมีการค้นคว้า-พัฒนาหาวัสดุชนิด ต่างๆ ทดแทนวัสดุอะลูมิเนียม เพื่อทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสะท้อนแสงได้ดียิ่งขึ้น รวมถึงการพัฒนาแนวทางในการ “เพิ่ม” รายละเอียดข้อมูลให้กับแผ่นซีดีเพลง ยกตัวอย่างเช่น HDCD (High Definition Compatible Digital) ที่เป็นกระบวนการเข้ารหัส-ถอดรหัสเสียง (audio encode-decode process) ที่เป็นเอกสิทธิ์เฉพาะ ซึ่งอ้างว่า ให้ช่วงไดนามิก เรนจ์ที่เพิ่มขึ้นเหนือกว่าเสียงที่ได้รับจากคอมแพคดิสก์มาตรฐาน โดยยังคงความเข้ากันได้ (compatibility) กับเครื่องเล่นคอมแพคดิสก์ทั่วไป (ระบุได้ด้วยโลโก้ HDCD ที่พิมพ์บนปกหลังแผ่นซีดี)
เทคโนโลยี HDCD ได้รับการพัฒนาระหว่างปี 1986 ถึง 1991 โดย Prof. Keith O. Johnson และ Michael “Pflash” Pflaumer แห่ง Pacific Microsonics Inc. เผยแพร่สู่สาธารณะในรูปแบบของ HDCD-enabled audio CD ในปี 1995 ต่อมาในปี 2000 Pacific Microsonics Inc. ได้เลิกกิจการ และ Microsoft จึงเข้าซื้อกิจการและทรัพย์สินทางปัญญาทั้งหมดของ Pacific Microsonics Inc. รวมทั้งเทคโนโลยีดังกล่าว โดยในปี 2001 คาดกันว่ามี HDCD มากกว่า 5,000 อัลบั้มที่ผลิตออกจำหน่ายเรื่อง กระนั้นเว็บไซต์อย่างเป็นทางการสำหรับ HDCD ของ Microsoft ได้ถูกยกเลิกไปในปี 2005 จากนั้นในปี 2008 จำนวนการผลิตที่มีอยู่ได้ลดลงเหลือประมาณ 4,000 อัลบั้ม
ทั้งนี้ระหว่างปี 1996 ถึง 1999, Steve Fields รองประธานฝ่ายขาย OEM ของ Pacific Microsonics Inc. ได้เดินทางไปญี่ปุ่นมากกว่า 20 ครั้ง เข้าเยี่ยมชม Sanyo, Burr-Brown Japan และบริษัทเครื่องเสียงรายใหญ่ของญี่ปุ่น โดยมีเจตนาในเรื่องของลิขสิทธิ์ใช้งาน HDCD technology ในปี 1998 ทาง Burr-Brown (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ Texas Instruments) และ Sanyo Electronics ของญี่ปุ่นได้เปิดตัว digital-to-analog converters (DAC) ราคาประหยัดพร้อมการถอดรหัส HDCD ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ HDCD ในเครื่องเล่นซีดีและดีวีดีในช่วงราคา 100 ดอลลาร์ได้ ทั้งนี้ HDCD algorithms ได้ถูกผนวกรวมอยู่ใน DVD chips จากผู้ผลิต IC หลายราย รวมถึง Motorola และ C-Cubed ส่งผลให้ผู้ผลิตเครื่องเล่น DVD ในตลาดระดับล่าง (mass-market) อย่างเช่น Panasonic และ Toshiba สามารถนำเสนอ HDCD ได้
HDCD เข้ารหัสข้อมูลที่เทียบเท่ากับข้อมูล 20 บิตในสัญญาณเสียงดิจิทัล 16 บิตโดยใช้ Dithering แบบกำหนดเป็นพิเศษ รวมกับตัวกรองเสียง (audio filters) และแอมพลิจูดที่ผันกลับได้บางส่วน ร่วมกับการเข้ารหัสเกน (gain encoding) หรือ Peak Extend ซึ่งเป็น soft limiter แบบย้อนกลับได้ และ Low Level Range Extend ซึ่งเป็นเกนแบบย้อนกลับ สำหรับสัญญาณระดับต่ำ ดังนั้นจึงมีประโยชน์ในกรณีที่เสียงรบกวนเพิ่มขึ้นเล็กน้อย มีการอ้างว่า ขั้นตอนการเข้ารหัสเข้ากันได้กับเครื่องเล่นซีดีทั่วไป (โดยไม่มีเสียงผิดเพี้ยน) นับเป็นข้อโต้แย้ง เพราะเครื่องเล่นซีดีทั่วไปไม่สามารถถอดรหัสการจำกัดความนุ่มนวลสูงสุด (peak soft limiting) ได้ โดยจะส่งปลายสุดของเสียง (peak) ที่ผิดเพี้ยนบิดเบือนไป …ซึ่งนี่อาจส่งผลให้ HDCD ไม่เป็นที่นิยมนักในเวลาต่อมา