CD刻录机的工作原理

如果你阅读过《CD的工作原理》，你就会理解CD技术的基本概念。CD以数字形式存储音乐和其他文件——也就是说，光盘上的信息由一系列1和0表示（更多信息请参阅《模拟和数字录音的工作原理》）。在传统CD中，这些1和0由光盘反射表面上数百万个微小的凸点和平面区域表示。凸点和平面排列成一个连续的轨道，宽度约为0.5微米（百万分之一米），长度为3.5英里（5公里）。

要读取这些信息，CD播放器会用激光束扫过轨道。当激光扫过轨道中的一个平面区域时，光束会直接反射到激光组件上的光学传感器。CD播放器将其解释为1。当光束扫过一个凸点时，光线会从光学传感器处反射开。CD播放器将其识别为0。

CD播放器引导一束小激光沿着CD的数据轨道移动。

在传统CD中，平面区域（或称陆地）将光反射回激光组件；凸点则使光线偏转，使其无法反射回来。

凸点以螺旋路径排列，从光盘中心开始。CD播放器在光盘旋转的同时，激光组件从CD中心向外移动。在稳定速度下，凸点通过CD外缘任何一点的速度比通过靠近CD中心任何一点的速度都要快。为了使凸点以恒定速率通过激光，播放器必须随着激光组件向外移动而减慢光盘的旋转速度。

从本质上讲，这就是CD播放器的全部。这个想法的实现相当复杂，因为螺旋图案必须以极高的精度编码和读取，但基本过程非常简单。

CD播放器在转动光盘的同时，将激光组件从中心向外移动。为了使激光以恒定速度扫描数据轨道，播放器必须在组件向外移动时减慢光盘的速度。

在下一节中，你将了解数据是如何通过专业设备和家用CD刻录机记录到CD上的。

在上一节中，我们看到传统CD将数字数据存储为凸点和平面区域的图案，排列成一个长螺旋轨道。CD制造机使用高功率激光将凸点图案蚀刻到涂覆在玻璃板上的光刻胶材料中。通过一个复杂的压印过程，此图案被压印到丙烯酸光盘上。然后，光盘涂上铝（或其他金属）以创建可读的反射表面。最后，光盘涂上一层透明的塑料层，以保护反射金属免受划痕、刮擦和碎屑的影响。

如你所见，这是一个相当复杂、精细的操作，涉及许多步骤和几种不同的材料。像大多数复杂的制造过程（从报纸印刷到电视组装）一样，传统CD制造不适合家庭使用。它只适用于生产成百上千或数百万张CD的制造商。

因此，传统CD对普通消费者而言仍然是“只读”存储介质，就像LP唱片或传统DVD一样。对于习惯了可录音磁带的发烧友，以及厌倦了软盘有限内存容量的计算机用户来说，这一限制似乎是CD技术的一个主要缺点。在90年代初，越来越多的消费者和专业人士都在寻找一种制作自己的CD质量数字录音的方法。

为了响应这一需求，电子制造商推出了一种新型CD，它可以通过几个简单的步骤进行编码。可录制CD光盘，或CD-R，完全没有凸点或平面区域。相反，它们有一个光滑的反射金属层，该金属层位于光敏染料层之上。

当光盘空白时，染料是半透明的：光线可以穿透并从金属表面反射。但是当你用特定频率和强度的集中光线加热染料层时，染料会变得不透明：它会变暗到光线无法穿透的程度。

CD-R没有传统CD那样的凸点和平面。相反，光盘在光滑的反射表面下方有一个染料层。在空白CD-R光盘上，染料层完全是半透明的，因此所有光线都会反射。写入激光会使传统CD中凸点所在的位置变暗，形成不反射区域。

通过选择性地使CD轨道上的特定点变暗，并使其他染料区域保持半透明，你可以创建一种标准CD播放器可以读取的数字模式。播放器激光束发出的光线只有在染料保持半透明时才会反射回传感器，就像它只从传统CD的平面区域反射回来一样。因此，即使CD-R光盘上根本没有压印任何凸点，它的行为也与标准光盘完全一样。

当然，CD刻录机的工作是将数字模式“刻录”到空白CD上。在下一节中，我们将深入刻录机内部，看看它是如何完成这项任务的。

在上一节中，我们看到CD刻录机通过使CD-R光盘上的微观区域变暗，来记录可被标准CD播放器读取的反射和非反射区域的数字图案。由于数据必须在如此小的尺度上精确编码，因此刻录系统必须极其精确。尽管如此，其基本工作过程却相当简单。

CD刻录机有一个移动的激光组件，就像普通的CD播放器一样。但除了标准的“读取激光”之外，它还有一个“写入激光”。写入激光比读取激光更强大，因此它与光盘的交互方式不同：它改变表面，而不仅仅是反射光线。读取激光的强度不足以使染料材料变暗，因此简单地在CD驱动器中播放CD-R不会破坏任何编码信息。

在下一页，你将了解这种写入激光的工作原理。

写入激光的移动方式与读取激光完全相同：它在光盘旋转的同时向外移动。底部的塑料层预先压有凹槽，用于引导激光沿着正确的路径。通过校准旋转速率与激光组件的移动，刻录机使激光以恒定的速度沿着轨道运行。为了记录数据，刻录机只需根据1和0的模式同步地开启和关闭激光写入器。激光使材料变暗以编码0，并使其保持半透明以编码1。

大多数CD刻录机可以以多种速度创建CD。以1倍速刻录时，CD的旋转速度与播放器读取时的速度大致相同。这意味着刻录60分钟的音乐大约需要60分钟。以2倍速刻录时，刻录60分钟大约需要半小时，依此类推。对于更快的刻录速度，你需要更先进的激光控制系统以及电脑和刻录机之间更快的连接。你还需要一张设计用于以该速度记录信息的空白光盘。

CD-R光盘的主要优点是它们几乎可以在所有CD播放器和CD-ROM驱动器中工作，这些是当今最流行的媒体播放器之一。除了这种广泛的兼容性之外，CD-R还相对便宜。

这种格式的主要缺点是光盘不能重复使用。一旦你刻录了数字图案，它就不能被擦除和重写。在90年代中期，电子制造商推出了一种新的CD格式来解决这个问题。在下一节中，我们将介绍这些可擦写CD光盘，通常称为CD-RW，看看它们与标准CD-R光盘有何不同。

在上一节中，我们研究了最流行的可写入CD技术——CD-R。CD-R光盘可以存储大量数据，兼容大多数CD播放器，并且价格相对便宜。但与磁带、软盘和许多其他数据存储介质不同，CD-R光盘一旦被填满，就无法再进行重复录制。

CD-RW光盘将可写入CD的理念向前推进了一步，内置了擦除功能，因此你可以覆盖不再需要旧数据。这些光盘基于相变技术。在CD-RW光盘中，相变元素是银、锑、碲和铟的化合物。与任何物理材料一样，你可以通过将其加热到特定温度来改变这种化合物的形态。当化合物被加热到其熔化温度（约600摄氏度）以上时，它会变成液体；在其结晶温度（约200摄氏度）下，它会变成固体。

在CD-RW光盘中，传统CD的反射平面和非反射凸点由一种特殊化合物的相变来表示。当化合物处于晶态时，它是半透明的，因此光线可以穿透到上方的金属层并反射回激光组件。当化合物熔化成非晶态时，它会变得不透明，使该区域不反射。

在相变化合物中，这些形态变化可以被“锁定”：即使材料再次冷却，它们也会持续存在。如果你将CD-RW光盘中的化合物加热到熔化温度并迅速冷却，它将保持液态、非晶态，即使它低于结晶温度。为了使化合物结晶，你必须将其保持在结晶温度一定时间，以便在再次冷却之前它变成固体。

在CD-RW光盘中使用的化合物中，晶体形式是半透明的，而非晶态流体形式将吸收大部分光线。在一张新的空白CD上，可写入区域的所有材料都处于晶体形式，因此光线将穿过这一层到达上方的反射金属并反射回光传感器。为了在光盘上编码信息，CD刻录机使用其写入激光，其功率足以将化合物加热到其熔化温度。这些“熔化”的点与传统CD上的凸点和CD-R上的不透明点具有相同的目的：它们阻挡“读取”激光，使其不会从金属层反射。每个非反射区域在数字代码中表示0。每个保持晶体形式的点仍然是反射的，表示1。

与CD-R一样，读取激光没有足够的功率来改变记录层中材料的状态——它比写入激光弱得多。擦除激光介于两者之间：虽然它不足以熔化材料，但它具有将材料加热到结晶点所需的强度。通过将材料保持在此温度下，擦除激光将化合物恢复到其晶态，从而有效地擦除编码的0。这会清除光盘，以便可以编码新数据。

CD-RW光盘不像旧的CD格式那样反射光线，因此大多数旧的CD播放器和CD-ROM驱动器无法读取它们。一些较新的驱动器和播放器，包括所有CD-RW写入器，可以调整读取激光以适应不同的CD格式。但由于CD-RW在许多CD播放器上无法工作，因此它们不是音乐CD的好选择。在大多数情况下，它们被用作计算机文件的备份存储设备。

如我们所见，CD上的反射和非反射图案非常微小，并且它们以高速激光束非常迅速地刻录和读取。在这个系统中，数据错误的可能性相当高。在下一节中，我们将探讨CD刻录机如何补偿各种编码问题。

在前面的章节中，我们探讨了CD和CD刻录机技术的基本概念。使用精确的激光或金属模具，你可以标记出更多反射区域和更少反射区域的图案，这些图案代表一系列1和0。该系统非常基础，你可以编码几乎任何类型的数字信息。你可以在光盘上放置何种标记图案，没有固有的限制。

但为了使信息能被其他CD驱动器（或播放器）访问，它必须以可理解的形式进行编码。音乐CD的既定格式称为ISO 9660，它是后来CD格式的基础。此格式专门设计用于最大限度地减少数据错误的影响。

这是通过仔细排列记录的数据并将其与大量额外的数字信息混合来完成的。在下一页，你将了解刻录CD上编码的额外信息。

制作可供CD播放器读取的CD涉及几个重要方面

音乐CD上信息的实际排列方式极其复杂。而CD-ROM——包含计算机文件而非歌曲轨道的紧凑型光盘——拥有更广泛的错误纠正系统。这是因为计算机文件中的错误可能会损坏整个程序，而音乐CD上一个小小的未纠正错误只会导致一些杂音或跳音。如果你对不同类型CD上数据排列的各种方式感兴趣，请查阅《音频光盘——数据写入和读取》。

对于某些可写入CD格式，你必须在开始刻录之前准备所有信息。这一限制内置于CD的原始格式以及光盘本身的物理设计中。毕竟，长轨道形成一个连续的、连接的1和0字符串，很难将其分解为单独的部分。对于较新的光盘格式，你可以一次记录一个“数据包”，并在光盘填满后添加目录和其他统一结构。

CD刻录机是一项令人惊叹的技术，其内部运作当然也引人入胜。但对于普通电脑用户来说，刻录机最吸引人的地方在于它们能做什么。在下一节中，我们将了解如何利用所有这些技术制作自己的音乐混音。

虽然CD-R可以存储各种数字信息，但如今最广泛的应用是使用电脑制作音乐混音CD。如果你是CD刻录机世界的新手，这可能看起来像一项艰巨的任务。但一旦你拥有正确的软件并了解一般程序，它实际上非常简单。

如果你已经连接好CD刻录机，制作CD的第一步是加载所需的软件。这种音乐管理软件有以下几个功能：

如今，大多数刻录机都捆绑了一款或多款音乐程序，但你也可以购买或从互联网上下载程序。你可能需要单独的媒体应用程序来处理过程中的不同元素，但也有一些很好的程序可以处理所有事情（见下文）。点击此处搜索与刻录你自己的CD相关的软件。

当你拥有所有需要的软件后，就可以收集一些歌曲了。你可能想直接从你的CD收藏中获取歌曲。为此，你需要“翻录”歌曲——将它们从你的CD复制到电脑的硬盘上。你需要一个提取程序来完成此操作。要复制特定曲目，请将CD插入内置的CD-ROM驱动器（或CD刻录机本身），并通过提取程序选择你想要的歌曲。本质上，该程序将播放歌曲并将其重新录制为可用的数据格式。只要CD仅供个人使用，复制你拥有的歌曲是合法的。

你也可以通过互联网收集MP3文件。你可以从付费音乐网站或使用文件共享程序下载MP3。有些MP3是免费的，可以合法下载并复制到CD上。然而，大多数都是非法复制品，下载并将其刻录到CD上是侵犯版权的行为。要搜索与MP3相关的网站，请点击此处。

MP3是压缩文件，你必须将其解压（解码）才能刻录到CD上。标准的音乐管理程序可以解码这些文件。如果你没有合适的软件，可以通过互联网下载许多解码程序。

一旦你收集了歌曲，就可以使用你的音乐管理器按照你想要的顺序排列它们。请记住，你的光盘空间是有限的。CD-R有不同的容量，以兆字节和分钟衡量。现在，大多数CD-R的长度为74分钟或80分钟。在开始刻录CD之前，你应该确保你的混音不会太长，超出空白光盘的容量。

混音完成后并保存，你所需要做的就是将一张空白CD-R光盘插入刻录机，并在你的音乐管理软件中选择“刻录”或“写入”选项。请务必选择“音乐CD”而非“数据CD”，否则你将无法在普通CD播放器上播放该光盘。你还需要选择你希望刻录光盘的速度。通常，较慢的速度会降低写入过程中出现重大错误的可能性。

刻录CD时可能会出现很多问题，所以如果有些刻录不成功，也不要感到惊讶。由于CD-R无法覆盖，任何不可逆转的错误都意味着你必须扔掉整张光盘。在CD刻录圈子里，这被称为“制作杯垫”，因为损坏的CD基本上只能做这个了。

如果你持续遇到刻录CD的问题，你的光驱可能存在缺陷，或者你的音乐管理程序可能有故障。在退回刻录机之前，尝试使用其他程序，看看它们是否能产生更好的结果。

要制作CD-ROM，你将经历类似的过程——但你会将光盘编码为数据CD，而不是音乐CD。一些较新的CD播放器和DVD播放器可以读取未转码的MP3数据文件，你可能可以通过这种方式制作CD-ROM音乐混音。由于MP3是压缩文件，你可以在一张光盘上放入更多的MP3，这意味着你可以制作更长的混音。当然，缺点是你的光盘在绝大多数CD播放器中都无法播放。

CD刻录机为普通电脑用户开启了一个全新的世界。你可以录制能在大多数人的CD播放器中播放的音乐，或者制作包含照片、网页或电影的CD-ROM。只需一个大约汽车音响大小、廉价自行车价格的设备，你就可以建立自己的多媒体制作公司！

有关CD刻录机和相关主题的更多信息，请查阅下一页的链接。