…มงคล อ่วมเรืองศรี
…ชีวิตผมผันผ่านช่วงอุบัติการณ์ของซีดีที่ถูกนำออกวางตลาดอย่างเป็นทางการครั้งแรกในปี ค.ศ.1982 ด้วยจุดเด่นสำคัญที่ทาง Philips และ Sony ในฐานะผู้ร่วมก่อตั้งและจัดวางมาตรฐานได้นำมาใช้ในการโฆษณาก็คือว่า ความคงทนของข้อมูลที่สามารถอยู่ได้ยาวนานเป็นร้อยปี โดยไร้ซึ่งการเสื่อมสภาพของข้อมูล ด้วยว่า ข้อมูลนั้นถูกจัดเก็บไว้อย่างดีบนแผ่นซอฟต์แวร์ที่มีลักษณะผนึกแน่น ปราศจากการเข้าถึงข้อมูลด้วยการสัมผัส วิธีการอ่านข้อมูลบนแผ่นซอฟต์แวร์นั้น กระทำผ่านลำแสง ไร้ซึ่งการสัมผัสใดๆ ทางกายภาพโดยตรงต่อข้อมูลที่บันทึกอยู่บนแผ่นดิสก์นั้น ซึ่งนั่นนับว่า ได้ก่อให้เกิดเหตุการณ์สำคัญตามมาต่อบันทึกหน้าประวัติศาสตร์ของวงการออดิโอ ก็คือ การล่มสลายของแผ่นเสียงทั้งระบบ ทั้งๆ ที่เคยครองบัลลังก์อยู่ก่อนหน้า แทบจะเรียกได้ว่าอย่างยั่งยืน…
แนวคิด-จุดเริ่มต้น-ความเป็นมาของขนาดแผ่นดิสก์
แนวคิดของการสรรค์สร้างแผ่นซีดี ก็เพื่อให้เป็นสื่อ หรือ พาหะของการจัดเก็บข้อมูลที่แทบจะสมบูรณ์แบบ เพราะเป็นการแปลงสภาพข้อมูลจากแบบธรรมดา (อะนาลอก) มาเป็นข้อมูลเชิงตัวเลข (Digital) ซึ่งลดผลกระทบมากมายต่อคุณภาพของสัญญาณ (Noise) และการอ่านข้อมูลแบบ Non-Contact จากหัวอ่านเลเซอร์ ทำให้ความสึกหรอ หรือ การแปรเปลี่ยนสภาพข้อมูลให้ด้อยลงตามจำนวนครั้งของการเล่นนั้น-หมดไป รวมถึงชั้นข้อมูลที่ได้รับการห่อหุ้มอยู่ตรงกลางระหว่างวัสดุโฟลีเมอร์ จึงทำให้ข้อมูลนั้นอยู่คงทนมาก แทบจะเรียกได้ว่า “ถาวร”
ในส่วนประเด็นของการก่อกำเนิดของ CD มาจากการต่อยอดของผลิตภัณฑ์ “LaserVision” ในปี ค.ศ.1978 นับเป็นจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยี CD-DA หรือ Compact Disc Digital Audio
ทั้งนี้เดิมทีตั้งเป้า CD ไว้ว่า ให้มีระยะเวลาเล่นได้นาน 60 นาที โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่น 100 มม. (Sony) หรือ 115 มม. (Philips) แต่ทว่า Norio Ohga รองประธานของ Sony เสนอให้ขยายความจุเป็น 74 นาที เพื่อรองรับการบันทึกของ Wilhelm Furtwängler ที่ควบคุมวงซิมโฟนีหมายเลข 9 ของ Ludwig van Beethoven ในงาน Bayreuth Festival เมื่อปี ค.ศ.1951 จึงเป็นการผลักดันให้ทาง Philips ยอมรับแผ่นซีดีขนาด 120 มม. เป็นมาตรฐาน-ขั้นตอนของพัฒนาการนั้น มีมาตั้งแต่ช่วงปี ค.ศ.1969-1982 ก่อนที่จะมาบรรลุสู่ความเป็น Compact Disc Digital Audio System (CD-DA) ในปี ค.ศ.1982
ความโดดเด่นสำคัญของ CD-DA ที่สร้างความแตกต่างอย่างมหันต์ในช่วงยุคสมัยนั้น อยู่ที่เรื่องของข้อมูลที่เป็น LPCM (Linear PCM) ซึ่งมีอยู่แค่ CD กับ DVD-Audio โดยที่ไร้ซึ่งการบีบอัด/ลดรูปข้อมูลใดๆ ข้อมูลจึงครบถ้วนสมบูรณ์อย่างที่จัดทำเป็นต้นฉบับมา ไม่ว่าจะเป็นฟอร์แมต 16-bit/44.1kHz ของ CD หรือว่า 24-bit/96kHz ของ DVD-Audio
จริงๆ แล้วอาจมีคำถามในทำนองว่า ทำไม? ถึงต้องกำหนดเป็น 16 bit/คำตอบนั้น อยู่ตรงที่ว่า Bit (บิต) นั้น ย่อมาจาก “Binary Digit” แต่ละ “บิต” เป็นหน่วยย่อยที่สุดของข้อมูลพื้นฐาน ในการประมวลผลและการสื่อสาร “บิต” เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของการประมวลผลและจัดเก็บข้อมูลทุกประเภทแบบดิจิทัล บิตมีได้ 2 ค่า คือ 0 หรือ 1 (0 คือ 1 บิต ; 1 ก็คือ 1 บิต แต่ละบิตมีค่า)
ทีนี้เมื่อแต่ละบิตมีการแทนค่าของตัวมันเอง การเอาแต่ละบิตมาเรียงต่อกัน จึงเป็นการเพิ่มการแทนค่าข้อมูลได้มากขึ้น ซึ่งโดยหลักการที่ยอมรับกันเป็นสากลก็คือ 4 บิต นั้นน้อยที่สุดสำหรับนำมาใช้ในการแทนค่าขั้นต้น ซึ่งหากว่า มี 2 บิต ก็จะแทนค่าได้ 4 สถานะ 00, 01, 10, 11) และหากมี 3 บิต ก็จะแทนค่าได้ 8 สถานะ (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111) และหากว่ามี 4 บิต ก็จะมีค่าที่ไม่ซ้ำกันได้ถึง 16 ค่า ดังแสดงให้เห็นง่ายๆ ในตัวเลขข้างล่างนี้ :-
– 1 บิต : สามารถแสดงค่าได้ 2 ค่า (0 หรือ 1)
– 2 บิต : สามารถแสดงค่า 2 ยกกำลัง 2 = 4 ค่า (00, 01, 10, 11)
– 3 บิต : สามารถแสดงค่า 2 ยกกำลัง 3 = 8 ค่า (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111)
– 4 บิต : สามารถแสดงค่า 2 ยกกำลัง 4 = 16 ค่า
– 8 บิต (1 ไบต์) : สามารถแสดงค่า 2 ยกกำลัง 8 = 256 ค่า
– 16 บิต : สามารถแสดงค่า 2 ยกกำลัง 16 = 65,536 ค่า
– 64 บิต : สามารถแทนค่าได้ 2 ยกกำลัง 64 = 18,446, 744, 073, 709, 551, 616 ค่า
จะเห็นได้ว่า ตัวเลขบิตที่เพิ่มขึ้นก็จะส่งผลต่อจำนวนข้อมูลที่สามารถแทนค่าได้มากขึ้น ซึ่งถือกันว่า 4-บิต นั้น สำหรับนำมาใช้ในการแทนค่าขั้นต้น (น้อยที่สุดที่จะใช้แทนค่าได้) ในขณะที่ 8-บิต ก็จะสามารถแทนค่าได้มากขึ้น จนถือกันว่า เหมาะสมสำหรับการใช้งานในทางคอมพิวเตอร์ หรือการประมวลผล จึงมีการกำหนดว่า 8-bit = 1 Byte (ไบต์)
…ถามต่อว่า ทำไม? คำตอบก็คือ 8-บิตยกกำลังสองนั้น สามารถแสดงค่าต่างๆ ได้มากถึง 256 ค่า (ตั้งแต่ 0 ถึง 255) ซึ่งนับว่า เพียงพอสำหรับการแสดงประเภทข้อมูลต่างๆ เช่น อักขระตัวเดียวในการเข้ารหัส ASCII ซึ่งรวมถึงตัวอักษรพิมพ์ใหญ่ และพิมพ์เล็ก, ตัวเลข และสัญลักษณ์ต่างๆ
นอกจากนี้ในแง่ของประสิทธิภาพ (Efficiency) การใช้ 8-บิต ช่วยให้ประมวลผลและปรับหน่วยความจำได้อย่างมีประสิทธิภาพในสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ โดยมีขนาดพอดีใน 1 ไบต์ ซึ่งทำให้การดึงข้อมูลและการจัดการมีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมไปถึงเรื่องของ Standardization (การสร้างมาตรฐาน) เมื่อเวลาผ่านไป เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์มีการพัฒนามากขึ้น “ไบต์ 8-บิต” ก็กลายมาเป็นมาตรฐานในระบบและภาษาโปรแกรมต่างๆ มากมาย การสร้างมาตรฐานนี้ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความเข้ากันได้และความเรียบง่ายบนแพลตฟอร์มและเทคโนโลยีต่างๆ
ดังนั้นโดยสรุป “ไบต์ ” ขนาด 8-บิต สามารถสร้างสมดุลระหว่างช่วงค่าที่สามารถแสดงได้และประสิทธิภาพในการจัดการข้อมูลในระบบคอมพิวเตอร์ได้ “8-บิต” จึงเป็นหน่วยพื้นฐานสำหรับการสื่อสาร และจำนวน 16-บิต ที่สามารถแสดงค่าได้มากถึง 65,536 ระดับ (2 ยกกำลัง 16) ซึ่งนับว่า สามารถให้รายละเอียดของข้อมูลได้มากเพียงพอต่อความต้องการในเชิงคุณภาพ “16-บิต” จึงเป็นหน่วยมาตรฐานในความละเอียดของเสียงระหว่างช่วงไดนามิก เรนจ์ (Dynamic Range) ที่สามารถจัดเก็บได้ แตกต่างกันได้ถึง 65,535 ระดับ (ค่า) ซึ่งบิตแต่ละบิตนั้น สามารถแสดงเป็น 6.02dB โดย 16 บิต จะให้ค่าเชิงทฤษฎีที่ 96dB นับว่า เพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันเสียงส่วนใหญ่ รวมถึงเสียงคุณภาพซีดี เพราะว่า มีช่วงไดนามิกที่กว้าง และได้เสียงที่มีคุณภาพเพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ
ทั้งนี้ ในแง่ของการคำนวณยืนยันได้ว่า ระดับดิจิทัลสูงสุดสอดคล้องกับช่วงไดนามิกประมาณ 96 dB ในระบบเสียง 16-บิต จากสูตรคำนวณ : ค่าเป็นเดซิเบล (dB) =20log10(65536) ≈ 96.32 dB
อย่างไรก็ตาม ในแง่ของการใช้งานข้อมูล 16-บิต มักใช้ในรูปแบบเสียงสำหรับผู้บริโภค (Consumer Audio Formats) เช่น ซีดี และไฟล์เสียงดิจิทัลมาตรฐาน ถือว่า เพียงพอสำหรับสภาพแวดล้อมการรับฟังส่วนใหญ่ แต่การผลิตเสียงระดับมืออาชีพ (Professional Audio Production) มักใช้ ‘ความลึก’ ของบิตที่สูงกว่า (เช่น 24-บิต) เพื่อให้มีความเที่ยงตรงและความยืดหยุ่นมากขึ้นในระหว่างการมิกซ์และมาสเตอร์
…ทั้งนี้ตัวผมเองจะมีหลักคิดเปรียบเทียบในเรื่องของฟอร์แมต 16-บิต เสมือนการมีกระบวยตักน้ำหลายๆ อัน (จำนวนบิต) ที่ทำการตักน้ำด้วยความเร็ว ความถี่ในการตักน้ำยิ่งสูง (Sampling Rate) ก็ยิ่งได้ปริมาณน้ำมากเท่านั้น ซึ่งเปรียบเหมือนรายละเอียดข้อมูลที่ได้รับ ก็จะยิ่งมากตามไปด้วย ดังนั้นเมื่อได้ปริมาณน้ำมาก ถังใส่น้ำที่ใช้กักเก็บปริมาณน้ำก็ต้องใหญ่ตามไปด้วย (Storage Disc) เพื่อให้มีพื้นที่มากพอในการบันทึก หรือ จัดเก็บข้อมูลมหาศาลอย่างครบถ้วน (โดยปราศจากการดึงข้อมูลบางส่วนออกไป อย่างในกระบวนการบีบอัด-ลดรูปข้อมูล หรือ Bit-Mapping Compression Data ซึ่งย่อมที่จะมีข้อมูลบางส่วนหดหายไป ไม่ครบถ้วนแท้จริง)
ซึ่งจะเห็นได้ว่า ทั้งสามส่วนต้องสอดรับสัมพันธ์กัน-จำนวนบิต-Sampling Rate และ Storage โดยจะเป็นไปไม่ได้เลย ถ้าหากว่า จำนวนบิตมาก แต่ Sampling Rate ต่ำ ข้อมูลที่ได้รับก็เป็นรายละเอียดต่ำ หรือ หากว่า Storage ในการจัดเก็บข้อมูลนั้น -ไม่เพียงพอ/จำนวนบิตน้อย แต่ Sampling Rate สูง ก็ทำให้ขาดซึ่งความครบสมบูรณ์ของชุดข้อมูล แม้ว่า Storage ในการจัดเก็บข้อมูลนั้น-จะเหลือเฟือก็ตาม ดังนั้นเรา-ท่านจึงมักจะมองเห็นค่าตัวเลขของจำนวนบิตกับอัตราการสุ่มสร้างชุดตัวอย่างข้อมูลที่ไปในทิศทางเดียวกัน ซึ่งแน่นอนว่า ยิ่งมากก็ยิ่งดีทั้งคู่
หากแต่อาจมีข้อโต้แย้งว่า ข้อมูล DSD (Direct Stream Digital) อย่างเช่นใน SACD (Super Audio CD) นั้นเล่า-ทำไม? ตัวเลขจำนวนบิต ถึงเป็นเพียงแค่หนึ่ง ในขณะที่ตัวเลขของอัตรา Sampling Rate นั้นจึงสูงมาก นับเป็นล้านครั้งต่อวินาที (MHz) ซึ่งมุมมองของผมก็ง่ายๆ ครับ เนื่องจากว่า ในเมื่อค่าจำนวนบิตมีแค่บิตเดียว ก็เท่ากับว่า มีกระบวยตักน้ำอยู่เพียงอันเดียว ดังนั้นหากต้องการที่จะตักน้ำให้ได้ปริมาณมากเท่าๆ หรือ เทียบเคียงได้กับกระบวยตักน้ำหลายๆ อัน (หลายบิต) ก็จำเป็นต้องใช้งานให้กระบวยตักน้ำอันเดียวนั้น ทำการตักน้ำด้วยความเร็วยิ่งยวด-สูงยิ่งกว่าอัตราความเร็วในการตักน้ำของกระบวยตักน้ำหลายๆ อัน
อนึ่งข้อมูล DSD นั้นเป็นลักษณะของ 1-bit Sigma Delta Modulated (SDM) Audio Format ซึ่งทาง Philips และ Sony เป็นผู้ร่วมการพัฒนา และข้อมูล DSD ที่บันทึก หรือ จัดเก็บอยู่ในแผ่น SACD นั้นจะเป็น DSD 64fs Version ที่เป็นอัตราการสุ่มสร้างชุดตัวอย่างข้อมูลค่ามาตรฐาน (Standard Rate) 2.8 MHz ซึ่งค่าเรสโซลูชั่นนั่นก็จะเทียบเท่ากับฟอร์แมต High Bit PCM (24-bit/192 kHz) แต่จะน้อยกว่า Very High Bit PCM Format (32-bit/384 kHz) ดังนั้นหากต้องการได้ค่าเรสโซลูชั่นของ DSD เทียบเท่าได้กับ Very High Bit PCM Format ข้อมูล DSD ที่บันทึกก็จะต้องยกระดับขึ้นมาเป็นที่ Double DSD (128fs หรือ 5.6 MHz) และ Quad DSD (256fs หรือ 11.2 MHz)
ทั้งนี้เมื่อพูดถึงในส่วนของอัตราการสุ่มสร้างชุดตัวอย่างข้อมูล หรือ Sampling Rate นั้น ตัวผมเองจะมีหลักคิดง่ายๆ เปรียบเทียบได้กับการที่เราจะวาดภาพใดๆ ลงบนเฟรมภาพ ก็จำเป็นต้องมีการกำหนดสัดส่วนสเกล (Scale) จากของจริง นำมาใช้กำหนดสัดส่วนในขนาดภาพที่เราจะวาด ซึ่งเมื่อเทียบกับการจะสุ่มสร้างชุดข้อมูลจากอะนาลอกไปเป็นดิจิทัล ก็จำเป็นต้องมีการกำหนด “ระยะความถี่-ห่างของตาราง” เพื่อใช้เทียบความละเอียดว่า จะระดับไหน ยิ่งช่องตารางถี่มาก-ความละเอียดที่ได้ก็ยิ่งมากตามไปด้วย ซึ่งตามหลักการของ Nyquist Frequency กำหนดไว้เป็นอย่างน้อย 2 เท่าของความกว้างช่วงความถี่ที่ต้องการ เพื่อให้ได้มาซึ่งความถี่สูงที่เป็น ½ ของอัตราการสุ่มสร้างชุดตัวอย่างข้อมูล เมื่ออัตราการสุ่มสร้างชุดตัวอย่างข้อมูลอยู่ที่ 44.1 รอบต่อวินาที (44.1 kHz) ก็เท่ากับว่า สามารถครอบคลุมช่วงความถี่เสียงสูงได้ถึง 22.05 kHz
ส่วนประกอบของแผ่นดิสก์ ตัวแผ่นเป็นวัสดุอะลูมิเนียมที่มีข้อมูลบรรจุอยู่ หุ้มด้วยวัสดุพลาสติกโปร่งใส (โพลีคาร์บอเนต) ในลักษณะแซนวิช…ซึ่งในระยะหลังๆ ได้มีการพัฒนาในส่วนของวัสดุนี้ไปมาก เป็นการใช้วัสดุพลาสติกสังเคราะห์ที่มีความโปร่งใสสูงมาก ระดับที่ใช้งานกับบนจอ LCD อย่างเช่น BluSpec และ SHM-CD/ในส่วนตัวจัดเก็บข้อมูลก็ได้มีการพัฒนาจากวัสดุอะลูมิเนียม ไปเป็นวัสดุอย่างอื่นที่มีคุณสมบัติการสะท้อนแสงได้สูงอย่างเช่น เงินแท้ หรือ เคลือบด้วยทอง รวมไปถึงกระบวนการ Press ข้อมูลแผ่นดิสก์ที่เที่ยงตรงสูงมาก (บริเวณชายขอบข้อมูลมีความเป๊ะมากๆ) ส่งผลต่อการอ่านเพื่อเก็บเกี่ยวข้อมูลจาก Pit & Land ที่มีความแม่นยำมากขึ้น <หมายเหตุ : Pit ส่วนที่เป็นหลุมข้อมูล กับ Land ส่วนที่เป็นพื้นผิวเรียบ>
ทั้งนี้ส่วนประกอบของข้อมูล (Data) บนแผ่นดิสก์ มีลักษณะเป็นหลุมข้อมูลที่มีส่วนกว้างเท่ากันเสมอ แต่ส่วนความยาวจะแตกต่างกัน แปรผันไปตามรหัส หรือ Code ที่เป็นข้อมูลเชิงตัวเลข (Digital) ซึ่งประกอบขึ้นจากส่วนที่เป็นหลุม (Pit) กับส่วนที่เป็นพื้นผิวเรียบ (Land) โดยส่วนที่เป็นหลุมบนแผ่นซีดี จะมีความกว้าง 500 นาโนเมตร ความยาวอยู่ระหว่าง 830 นาโนเมตรถึง 3,000 นาโนเมตร โดยมีความลึกของหลุม 150 นาโนเมตร การเปลี่ยนแปลงความสูงระหว่างหลุมข้อมูล กับ พื้นผิวเรียบส่งผลให้วิธีการสะท้อนแสงแตกต่างกัน จึงมีการอ่านค่าที่แปรเปลี่ยนได้เป็นข้อมูล (Data) เปรียบเทียบได้กับ 0 และ 1 ซึ่งจริงๆ แล้วไม่ได้มีอยู่จริง เป็นเพียงสัญลักษณ์ระบุให้ทราบ แทนที่การปิด หรือ เปิด (On/Off) ของวงจรไฟฟ้าในรูปแบบของการมีข้อมูล หรือ ไม่มีข้อมูลนั่นเอง (ด้วยความเร็วรอบที่สูงมาก)
อนึ่งแผ่นดิสก์ซีดีจะต้องมีส่วนที่เรียกว่า TOC (Table Of Content) ถือเป็นส่วนสำคัญมากของแผ่นดิสก์ เพราะจะบรรจุข้อมูลที่จำเป็นต่างๆ อย่างมากมาย ไม่ว่าจะเป็น ข้อมูลเพลง, ค่าเวลา, Sync, Etc. เพื่อให้ข้อมูลทุกอย่างแก่หัวอ่านเลเซอร์ แล้วระบบการทำงานของเครื่องเล่นแผ่นดิสก์ก็จะสามารถ tracking เพื่อเล่นเพลงต่างๆ ได้ ซึ่งถ้าส่วน TOC มีความเสียหาย ก็จะไม่สามารถเล่นแผ่นดิสก์นั้นได้ (เพราะเครื่องเล่นซีดีจะไม่ทราบถึงข้อมูลใดๆ ที่บรรจุอยู่บนแผ่นดิสก์นั้นได้เลย)
…แรกเริ่มเดิมที Red Book (ที่กำหนดร่วมกันระหว่าง Philips กับ Sony) วางมาตรฐานข้อมูลบนแผ่นดิสก์ เอาไว้ที่ 16 บิต แต่ในช่วงแรก Philips ใช้วิธีการ “ทด 4 เท่า” (4-Folded Oversampling) ในกระบวนการแปลงข้อมูลกลับ เพื่อให้ได้รายละเอียดข้อมูล (ใกล้เคียงกับ) ข้อมูล 16 บิต ในขณะที่ Sony นั้นเป็นข้อมูล 16 บิต ครบถ้วน ดังนั้นในเรื่องของ Oversampling จึงไม่มีมาตรฐานระบุไว้ตายตัว จะทด 4 เท่า ; จะทด 8 เท่า หรือว่า ไม่ทดเลย (อย่างของ 47 Laboratory) ก็ได้
…จริงๆ แล้ว CD ได้รับการจัดวางมาตรฐานในส่วนของสัญญาณเสียง 4-ทิศทาง (Four Channel) เอาไว้ แต่เนื่องจากว่า ถ้าจะให้ได้มาซึ่งคุณภาพเสียงที่ดี เทียบเท่ากับการได้รับจากสัญญาณเสียง 2-ทิศทาง จำเป็นที่จะต้องเพิ่มขนาดของพื้นที่การจัดเก็บข้อมูลให้มากขึ้น นั่นคือ ขนาดของแผ่นดิสก์จะใหญ่โตขึ้นจากมาตรฐานตาม Red Book จึงทำให้รูปแบบของสัญญาณเสียง 4-ทิศทางบนแผ่นซีดี ถูกล้มเลิกไป เพื่อให้ยังคงไว้ซึ่งความเป็น Compact Disc
มาถึงในส่วนของเครื่องเล่นซีดีกันบ้าง ซึ่งระบบการทำงานจะมีหัวใจหลักได้แก่ :- การอ่านข้อมูลดิจิทัล-แปลงจากดิจิทัลเป็นอะนาลอก-ระบบแก้ไขข้อผิดพลาด-ตัวกรองดิจิทัล-ตัวกรองอะนาลอก-OPAMP หรือ ภาคขยายสัญญาณขาออก-การอ่านข้อมูลดิจิทัลบนแผ่นดิสก์ จะมีส่วนทำงานที่เรียกว่า CD Mechanism ซึ่งรวมเอาชุดขับหมุนแผ่นและหัวอ่านเลเซอร์เข้าไว้ด้วยกัน เพราะต้องทำงานผสาน-สัมพันธ์กัน โดยที่ชุดขับหมุนแผ่นจะมีความเร็วรอบสูงมากอยู่ระหว่าง 200 และ 500 รอบต่อนาที ขึ้นอยู่กับแทร็กที่กำลังอ่านข้อมูล ในขณะที่หัวอ่านเลเซอร์ ซึ่งเป็นแบบ Semiconductor Laser จะมีลำแสงสีแดง (Red Laser Beam) ค่าความยาวช่วงคลื่น Wavelength อยู่ที่ 780 ไมโครเมตร (ใกล้กับ Infrared)
อย่างที่ได้บอกไว้ข้างต้น ส่วนประกอบของ CD Mechanism จะรวมเอาชุดขับหมุนแผ่นและหัวอ่านเลเซอร์เข้าไว้ด้วยกัน ชุดขับหมุนแผ่นก็จะใช้ DC Motor ความเร็วรอบสูง ในส่วนของหัวอ่านเลเซอร์ (Laser Optical Pick-Up) ก็จะเป็นแบบ Semiconductor ซึ่งนับว่า เป็นตัวก่อเกิดการพัฒนา เนื่องจากว่า สามารถถึงขั้นผลิตได้จำนวนมากอย่างมีคุณภาพ จนราคาย่อมเยาลงมาก และการใช้งานไม่ยุ่งยาก-ซับซ้อน จนนำมาแทนที่ Gas Laser ซึ่งมีราคาสูงมาก ทีนี้ในส่วนของลำแสงเลเซอร์ที่ใช้อ่านข้อมูลก็จะมีทั้งที่ออกแบบไว้เป็น ลำแสงเดี่ยว (Single Beam) หรือ สามลำแสง (Triple Beam)
ข้อมูลดังกล่าว รวมถึงข้อมูลเวลา (Timing Information) ที่ใช้เพื่อรักษาความเร็วรอบหมุนของมอเตอร์ขับเคลื่อนให้ถูกต้องตรงตามที่กำหนด แต่หัวอ่านเลเซอร์ หรือ Optical Pick-Up ยังมีหน้าที่อีก 2 อย่างคือ การส่งสัญญาณโฟกัสตำแหน่ง (Focusing) และการติดตามแทร็ก (Tracking Signals) เพื่อตรวจจับรูปแบบหลุมบนแผ่นดิสก์ ลำแสงเลเซอร์จะต้องถูกโฟกัสบนแทร็กที่มีความกว้างเพียง 0.6 ไมครอน ที่ระยะห่าง 1.6 ไมครอน เส้นผ่านศูนย์กลางของจุดโฟกัสจะต้องรักษาไว้ระหว่าง 0.50 ถึง 1.5 ไมครอน และการติดตามในแนวรัศมี (Radial Tracking) จะต้องแม่นยำภายใน 0.1 ไมครอนจากศูนย์กลางของแทร็ก
อย่างไรก็ตาม มีความซับซ้อน ข้อบกพร่องเล็กๆ น้อยๆ บนพื้นผิวสะท้อนแสงของแผ่นดิสก์ที่เกิดขึ้นระหว่างการผลิต อาจจะลบล้างรูปแบบหลุมบางส่วนไป ข้อบกพร่องเหล่านี้บางส่วนเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และแม้ว่า ลายนิ้วมือ (Fingerprints) และรอยขีดข่วน (Scratches) บนพื้นผิวของแผ่นดิสก์จะไม่สามารถทำลายรูปแบบหลุมได้ แต่หากร้ายแรงพอก็สามารถปิดบังอำพรางหลุมข้อมูลได้เช่นกัน
นอกจากนี้ ความคลาดเคลื่อนทางกลของแผ่นดิสก์และเครื่องเล่นยังมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับขนาดของแทร็ค ความเยื้องศูนย์อาจสูงถึง 0.6 มม. และแผ่นดิสก์จะไม่เรียบอย่างสมบูรณ์แบบ ความไม่สม่ำเสมออาจสูงถึง 0.5 มม. คุณภาพของเสียงและตำแหน่งที่แม่นยำของข้อมูลเพลงจึงขึ้นอยู่กับความสามารถในการติดตามและโฟกัสของ Optical Pick-Up เป็นอย่างมาก
ระบบสามลำแสง (Triple Beam)
ระบบแรกที่พัฒนาขึ้นสำหรับ Optical Pick-Up ใช้ลำแสง 3 ลำ ได้แก่ ลำแสงหลัก สำหรับการอ่านข้อมูลและการโฟกัส และลำแสงเสริมสองลำ สำหรับการติดตามแนวรัศมี (Radial Tracking) ระบบนี้แม้จะซับซ้อนทั้งทางแสงและทางกล แต่ก็เหมาะสำหรับระบบ LaserVision แบบอะนาลอกซึ่งได้รับการออกแบบในตอนแรก อย่างไรก็ตามระบบนี้ไม่เหมาะสำหรับแผ่นซีดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากส่วนประกอบ LF ที่มีอยู่ในการมอดูเลตแปดถึงสิบสี่ของแผ่นซีดี (Compact Disc Eight-to-Fourteen Modulation) มีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการครอสทอล์ก (Crosstalk) จากแทร็กที่อยู่ติดกันในโฟกัสและเซอร์โวติดตาม (Focusing and Tracking Servos)
นอกจากนี้ระบบ 3 ลำแสงยังมีข้อจำกัดเพิ่มเติม เนื่องจากการอ่านข้อมูล Linear Tracking พร้อมการจัดตำแหน่งลำแสงที่แม่นยำ (Precise Beam Alignment) นั้นมีความจำเป็น การจัดตำแหน่งลำแสงเสริมที่ไม่ถูกต้องตลอดอายุการใช้งานของเครื่องเล่นจะทำให้ประสิทธิภาพลดลง อีกทั้งลำแสงถูกแบ่งออกเป็น 3 ส่วน จึงมีเพียงส่วนหนึ่งของแสงที่เลเซอร์ให้มาเพื่อการอ่านข้อมูล และเนื่องจากความแตกต่างของความเข้มแสงจากหลุมและพื้นที่ราบ (Pit & Land) บนแผ่นดิสก์ มีเพียงประมาณ 20% เท่านั้น จึงถือเป็นการทำงานที่ยากลำบาก และมีนัยยะสำคัญมาก ซึ่งอธิบายได้ว่า ทำไมเลเซอร์ 3 ลำแสงจึงเสี่ยงต่อรอยขีดข่วนและรอยนิ้วมือ
อย่างไรก็ตาม ระบบสามลำแสงที่ใช้กันทั่วไป โดยเฉพาะในเครื่องเล่นแผ่นซีดีของญี่ปุ่น ระบบนี้จะมีการเคลื่อนไหว 2 ขั้นตอน ชุดออปติกทั้งหมดจะเคลื่อนที่ในแนวรัศมีข้ามแผ่นด้วยสกรูนำ (Moved Radially Across The Disc By A Lead Screw) และการติดตามแทร็ก (Tracking) จะทำโดยการขยับเลนส์วัตถุ (Objective Lens) ในสถานการณ์นี้ เกลียวของสกรูนำ (Thread Of Lead Screw) จำเป็นต้องประนีประนอมกันระหว่างเกลียวละเอียด (Fine Thread) ที่จำเป็น สำหรับการติดตามการเล่นปกติที่ประมาณ 35 มม. ต่อชั่วโมง กับเกลียวหยาบ (Coarse Thread) ที่จำเป็น สำหรับการป้อนเร็วที่ประมาณ 35 มม. ต่อวินาที
ระบบลำแสงเดี่ยว (Single-Beam)
จริงๆ แล้วระบบลำแสงเดี่ยวมีชุดออปติก และกลไกที่ง่ายกว่าระบบลำแสงสามลำ ประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพการแยกและประมวลผลข้อมูล, การติดตาม และฟังก์ชันโฟกัสในระบบอิเล็กทรอนิกส์
จากมุมมองของการอ่านข้อมูล (Data Read-Out) ระบบลำแสงเดี่ยวมีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือ แสงเลเซอร์ทั้งหมดสามารถใช้ในการอ่านข้อมูลได้ ซึ่งทำให้มีศักยภาพในการให้คุณภาพเสียงที่ดีขึ้น รวมถึงความไวต่อรอยนิ้วมือและรอยขีดข่วนก็ลดลง เทคนิคการติดตามและการโฟกัสต่างๆ สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในระบบลำแสงเดี่ยวได้เป็นอย่างดี
• DAC (Digital to Analog Converter) เป็นอุปกรณ์ที่จะทำหน้าที่ในการช่วยแปลงข้อมูลแบบดิจิทัลให้กลายไปเป็นสัญญาณที่อยู่ในรูปแบบอะนาลอก พูดง่ายๆ ให้เข้าใจง่ายๆ ว่า แปลงจากค่าเชิงตัวเลข (0 กับ 1) ทั้งที่อยู่ในรูปข้อมูล 1-bit, 8-bit, 16-bit กระทั่ง 24-bit หรือ 32-bit ที่ประสาทหูคนเรารับรู้ไม่ได้นั้น ให้คืนกลับมาสู่รูปแบบอะนาลอก ที่ประสาทหูคนเรารับรู้ได้นั่นเอง DAC จึงนับเป็นสิ่งสำคัญที่ส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพเสียง (DAC จะเป็นกระบวนการที่ตรงข้ามกับ “ADC” หรือ Analog to Digital Converter ซึ่งจะทำหน้าที่ในการแปลงรูปสัญญาณอะนาลอกให้กลายเป็นข้อมูลดิจิทัล) สำหรับฟอร์แมต CD นั้น อย่างที่ทราบกันดีว่า ข้อมูลดิจิทัลที่ถูกจัดเก็บไว้บนแผ่นดิสก์ จะอยู่ในรูปแบบของ Pulse Code Modulation (PCM) ซึ่งถูกสร้างขึ้นโดยการวัดแอมพลิจูด (Amplitude) ของสัญญาณอะนาลอกในช่วงเวลาเท่าๆ กัน (ค่าของแอมพลิจูดจะแสดงเป็นเลขฐานสอง ประกอบด้วย 1 และ 0 ส่วนความยาวของตัวเลขนี้ มักเรียกว่า ความลึกของบิต หรือ Bit Depth ในขณะที่ช่วงเวลาของช่วงการวัดเรียกว่า อัตราการสุ่มสร้างตัวอย่าง หรือ Sampling Rate) ซึ่งแต่เดิมความนิยมจะพุ่งไปที่ DAC ที่เป็นแบบ Multi-bit เพื่อตอบรับกับชุดข้อมูล 16-bit/44.1kHz เป็นหลัก (รวมถึงรองรับกับชุดข้อมูล 16-bit/32kHz และ 16-bit/48kHz ได้ด้วย) โดยมีบริษัทผู้ผลิต DAC Chip มากมายในท้องตลาดที่พัฒนารูปแบบนี้
‘Analog Device’ ซึ่งโด่งดังทางด้าน DAC Chip เป็นที่นิยมกัน ไม่แพ้ Burr-Brown (ซึ่งถูก Texas Instruments ทุ่มเงินเข้าซื้อกิจการในปี ค.ศ.2000 ในราคา 7.6 พันล้านเหรียญสหรัฐ) ก็เป็นแบบ Multi-bit เช่นกัน รวมถึง Philips และ Sony (ทั้งนี้ TDA-1541A ของ Philips และ PCM1708 ของ Burr-Brown Texas ที่เป็น DAC Chip แบบ R2R ที่มีความโดดเด่นมากๆ ในด้านคุณภาพเสียง แต่ทว่า ได้ยกเลิกการผลิตไปแล้ว กระทั่งมีการซื้อ-ขายกันด้วยราคาแพงมาก ยิ่งกว่าตอนยังมีของผลิตขายอยู่ในตลาด
นอกจากนี้ยังมีบางบริษัทถึงกับแยกการพัฒนาออกไปสู่ความเป็น Discrete DAC ที่ไม่มีการใช้ DAC Chip สำเร็จรูปแบบ On-The-Shelf ในท้องตลาด อย่างเช่น Accuphase ซึ่งนับว่า มีความเป็นเอกลักษณ์เฉพาะ และให้ความโดดเด่นในคุณภาพเสียง ทว่าต่อมาด้วยความยุ่งยากในการผลิตและปรับจูน ส่งผลให้แนวทาง Discrete DAC ที่ Accuphase ได้วางแนวทางไว้ ก็ต้องถูกยกเลิกไป แล้วหันมาใช้ DAC On-The-Shelf เช่นกัน กระทั่งในท้องตลาดได้มีแนวทางพัฒนา Sigma-Delta DAC ขึ้นมาเป็นที่นิยมใช้งานกันจนถึงปัจจุบัน ซึ่งนัยว่า ให้รายละเอียดแผ่วเบาได้ยิบย่อยมาก
• CIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code) ซึ่งนับเป็นตัวหลักในระบบแก้ไขข้อผิดพลาด (Error Correction) สำหรับในระบบ Compact Disc ทำหน้าที่ช่วยในการตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาด โดยที่ CIRC จะเพิ่มไบต์พาริตี้ที่ซ้ำซ้อน (Redundant Parity Byte) หนึ่งไบต์ให้กับทุกๆ 3 ไบต์ ข้อมูล CIRC จึงเป็นอีกสิ่งหนึ่งที่อยู่เบื้องหลังเพื่อสร้างข้อมูลที่ สูญหาย เพิ่มเข้าไปให้ครบถ้วนด้วยการประเมินอย่างรวดเร็วจากข้อมูลข้างๆ มาประกอบเติมเต็มใส่เข้าไป ใครพัฒนาในส่วนนี้ ให้ทำงานได้ยิ่งรวดเร็วขึ้น แม่นยำมากขึ้นเท่าไหร่ ก็เท่ากับเป็นการช่วยให้ลดข้อมูลสูญเสียลงไปได้ อันได้มาซึ่งคุณภาพเสียงที่ครบถ้วน ตรงตามต้นฉบับข้อมูล (ข้อมูลไม่ตกหล่น)
• Digital Filte…การทำงานในส่วนนี้ จะเป็นการกรองทิ้งความถี่สูงที่มาจากการแซมปลิ้ง หรือ โอเวอร์แซมปลิ้ง มิให้รบกวนข้อมูลหลักที่ต้องการ อีกทั้งยังสามาถใช้เป็นเสมือนการปรุงแต่งลักษณะเสียงที่รับฟัง ทำนองคล้ายการปรับ Equalizer เข้าไปแต่งช่วงความถี่นั้น ความถี่นี้ในช่วงของความเป็นข้อมูลดิจิทัล จึงเท่ากับว่า ไม่ได้มีการเข้าไปยุ่งกับข้อมูลเสียงโดยตรง เพียงแต่เป็นเทคนิควิธีของการปรับจูนเสียงของบริษัผู้ผลิต หรือ เป็นการเพิ่มลุกเล่นให้ผู้ฟังได้รู้สึกถึงความต่างจากการเลือกใช้ Digital Filter ต่างๆ ที่มอบให้มา
• Analog Filter…ส่วนนี้ มิส่วนสำคัญในการกรองทิ้งสัญญาณอะนาลอกส่วนเกินให้หมดไป โดยมันจะใช้อัตรา หรือ ลำดับ ความชัน (Slope) ของการกรองทิ้งที่ไม่ชันนัก (ออร์เดอร์ที่ 1 หรือ 2) เพื่อให้ยังคงรักษาไว้ซึ่งส่วนปลายสุดของสัญญาณอะนาลอกที่ทอดยาวไปไกล รวมถึงไม่ให้ส่งผลกระทบต่อค่าเฟสของสัญญาณอะนาลอก เพื่อให้มีสภาพอิมเมจ และ ซาวด์สเตจที่ดี มีความสมจริง
• OPAMP (Operating Amplifier) เป็นวงจรรวม (Integrated Circuit หรือ IC) ของภาคขยายสัญญาณขาออก (Output) ที่รู้จักกันแพร่หลายก็อย่างเบอร์ NE5532 หรือตระกูล LM อีกทั้งยังมีบางแบรนด์ที่จัดทำ OPAMP จนโดดเด่นเป็นการจัดทำอย่างเฉพาะตัว เช่น HDAM ของ Marantz ; IDM ของ Esoteric หรือแม้กระทั่งการนำหลอดสุญญากาศมาใช้งานในส่วนนี้ เพื่อให้ความเป็นหลอดฯ มาสร้างลักษณะเสียงเฉพาะทางอย่างที่คนชอบเสียงหลอดฯ นั้นนิยมกัน
• คงต้องบอกว่า ภาคจ่ายไฟ (Power Supply) นั้นเป็นทั้งส่วนสำคัญและส่วนจำเป็นมากๆ ไปพร้อมๆ กัน หากไร้ซึ่งภาคจ่ายไฟที่ดีเพียงพอ คุณภาพเสียงที่ได้รับ ก็คงไม่เป็นที่โดดเด่นนัก หากจะว่าไป ภาคจ่ายไฟในปัจจุบันได้มีการพัฒนาไปไกลมาก เพื่อรองรับกับการใช้งานทางดิจิทัลได้อย่างเหมาะสม นั่นคือ Switching Power Supply แต่กระนั้น บางที Switching Power Supply (ที่ไม่ดีพอ) ก็จะกลายเป็นตัวปัญหาไปลดทอนคุณภาพเสียงที่รับฟัง ส่งผลให้ภาคจ่ายไฟแบบ Linear Power Supply ที่นิยมใช้งานกันมาแต่ดั้งเดิม ยังคงถูกนำมาใช้งานในเครื่องเล่นซีดี เพื่อป้องกัน Noise ความถี่สูงที่เกิดขึ้นในขณะทำงาน และยิ่งมีการแยกหม้อแปลงอิสระระหว่างภาคการทำงานดิจิทัลกับอะนาลอกก็ยิ่งจะเป็นการยกระดับคุณภาพเสียงให้ดียิ่งขึ้น สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น
…ส่วนเสริมท้าย ในขั้นตอนของการลองฟังเปรียบเทียบกัน Multi-bit ดูจะให้ความเป็นธรรมชาติในส่วนของรายละเอียดแผ่วเบา (Low-Level Resolution) ที่ฟังแล้วดีกว่า ราบรื่นกว่า Sigma-Delta ทว่าปัจจุบัน หลายต่อหลายบริษัทได้พัฒนา Sigma-Delta DAC ที่รองรับกับบิต เดพธ์ และอัตราแซมปลิ้ง เรตค่าสูงมาก จนได้รับการยอมรับในคุณภาพเสียง และนำไปใช้งานกันแพร่หลาย ซึ่งนี่เองที่ส่งผลให้ CD Player ที่ได้รับการผลิตขึ้นใหม่ๆ จากหลายๆ แบรนด์ดังระดับไฮ-เอ็นด์ในยุคสมัยปัจจุบัน (และ ในอนาคต) ส่งผลต่อการยกระดับคุณภาพเสียงของการเล่นแผ่นซีดีให้ดีขึ้นไปยิ่งกว่ายุคเก่าก่อน นอกเหนือจากการพัฒนาในส่วนของ CD Mechanism ซึ่งน่าจะเป็นการช่วยให้แนวทางการเล่นแผ่นซีดีจะยังคงมีต่อไป และได้รับความนิยมมากขึ้นๆ
