Compact Disc

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Die Compact Disc (kurz: CD, engl. „kompakte, kleine Scheibe“) ist ein optischer Speicher, der Anfang der 1980er Jahre zur digitalen Speicherung von Musik von Philips und PolyGram in Zusammenarbeit mit dem Chemiekonzern Bayer eingeführt wurde (Audio-CD) und die Schallplatte ablösen sollte.

Compact Disc (CD-R)

Gepresste CD betrachtet mit Raster-Elektronen-Mikroskop (Schutzlack entfernt)

Später wurde das Format der Compact Disc erweitert, um nicht nur Musik abspeichern zu können. Als CD-ROM wird sie seitdem auch zur Speicherung von Daten für Computer eingesetzt.

[Bearbeiten] Geschichte

In den 1970er Jahren experimentierten Techniker vieler Elektronikkonzerne mit digitaler Audio-Aufzeichnung. Die ersten Prototypen basierten auf magnetischen Speichermedien, wie etwa der klassischen Audiokassette. Das erste Gerät auf dem Markt war im Jahr 1977 eine Erweiterung des Betamax-Videorekorders der Firma Sony um einem Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Wandler (PCM-Modulator bzw. -Demodulator). Dabei wird durch den Videorekorder statt eines Video-Signals das PCM-Signal aufgezeichnet, das – durch entsprechende Kodierung in Zeilen bzw. Bilder (Frames) organisiert – aus der Sicht eines Videorekorders wie ein Videosignal aussieht. Das klobige Gerät und die Störgeräusche bei der Aufnahme konnten die Konsumenten nicht überzeugen. Sony entwickelte spezielle Verfahren, um die Störgeräusche zu eliminieren. Um diese Verfahren zu testen, wurden heimlich bei einer Probe eines Konzertes von Herbert von Karajan im September 1978 Aufnahmen gemacht. Karajan wurde später von Sony eingeladen, die Aufnahmen zu beurteilen.

Lichtbeugung an einer Compact Disc

Zur gleichen Zeit arbeitete man bei der Firma Philips an der optischen Aufzeichnung von Bildsignalen, die die Videotechnik revolutionieren sollte. Bald entwickelte sich die Idee, diese Technologie auch für digitale Klänge zu nutzen. Beide Firmen standen plötzlich vor einem Problem. Sie hatten die neuen optischen Datenträger (LaserDisc), ähnlich der Schallplatte, mit einem Durchmesser von 30 cm geplant. Bei der Aufzeichnung von bewegten Bildern konnten sie darauf etwa 30 Minuten Videomaterial unterbringen. Bei Audiodaten reichte aber die Kapazität für 13 Stunden und 20 Minuten. Sony war klar, dass das Geschäftsmodell der Musikindustrie zusammenbrechen würde, wenn sie solche Mengen an Musik an die Verbraucher vermarkten sollte. Nachdem die Compact Cassette (Audiokassette) im Jahr 1963 von der Firma Philips allein entwickelt worden war, versuchten beide Firmen hier, einen gemeinsamen Standard herbeizuführen. Der für die Spieldauer entscheidende Durchmesser der CD wurde durch die Philips-Führung folgendermaßen begründet: Die Compact Cassette war ein großer Erfolg, die CD sollte nicht viel größer sein. Die Compact Cassette hatte eine Diagonale von 11,5 cm, die Ingenieure machten die CD 0,5 cm größer. Es ranken sich allerlei moderne Legenden um die Festlegung dieser Parameter; eine der schönsten und populärsten ist folgende:

Nach einigen Differenzen schlug Sony vor, dass die neue CD zumindest Ludwig van Beethovens Neunte Sinfonie in voller Länge erfassen sollte. Dieser Vorschlag hing mit Sonys damaligem Vizepräsidenten Norio Ohga^[1] zusammen, der ein ausgebildeter Opernsänger war und sich schon immer wünschte, Beethovens Neunte ohne störendes Wechseln des Tonträgers hören zu können. Ohgas Lieblingsversion, dirigiert von Herbert von Karajan, dauert 66 Minuten, die Techniker hielten sich an die damals längste zur Verfügung stehende Version von Wilhelm Furtwängler. Die Aufnahme aus dem Jahr 1951 dauert exakt 74 Minuten. 74 Minuten bedeuteten 12 cm Durchmesser des optischen Datenträgers. Die Entwickler von Philips reagierten mit Skepsis, da eine so große Scheibe nicht in die Anzugtaschen passen würde. Daraufhin maßen Sony-Entwickler Anzüge aus aller Welt aus, mit dem Ergebnis, dass für 12 cm überall Platz ist. Damit hatte Beethoven einen neuen Standard festgelegt.

Eine ähnliche Version der Geschichte wird von Philips offiziell verbreitet^[2]; der Einfluss von Beethoven auf die CD-Spieldauer wird jedoch teilweise auch bestritten^[3].

Im Jahr 1980 wurde von Philips und Sony für Audioaufnahmen der „Red Book“-Standard festgelegt. Der Durchmesser des Innenloches der CD (15 mm) wurde eher durch Zufall durch die niederländischen Philips-Entwickler bestimmt. Als Maßstab diente hierfür das im übrigen seinerzeit weltweit kleinste Geldstück, das niederländische 10-Cent-Stück (das so genannte Dubbeltje), das ein Entwickler bei der Festlegung des Durchmessers dabei hatte. Auf der Funkausstellung 1981 in Berlin wurde die CD erstmals öffentlich vorgestellt. Im Jahr darauf, am 17. August 1982, begann in Langenhagen bei Hannover, in den Produktionsstätten der damaligen Polygram, die weltweit erste industrielle Produktion des letzten ABBA-Albums The Visitors^[4], und zwar noch bevor am 1. Oktober 1982 der erste in Serie produzierte CD-Spieler auf dem Markt angeboten werden konnte. Im Jahr 1988 wurden weltweit bereits 100 Millionen Audio-CDs produziert. ^[5][6] Ab dem Jahr 1988 gab es Systeme, mit denen CDs gebrannt werden konnten, und nicht mehr wie bis dahin gepresst werden mussten.

[Bearbeiten] Funktionsweise

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[Bearbeiten] Aufbau einer CD

Schematischer Querschnitt einer CD

Bei einer CD werden Daten mit Hilfe einer von innen nach außen laufenden Spiralspur gespeichert (also umgekehrt wie bei der Schallplatte). Die Spiralspur besteht aus Pits (Gruben) und Lands (Flächen), die auf dem Polycarbonat aufgebracht sind. Die Pits haben eine Länge von 0,833 bis 3,054 µm (1 µm=10^-6m = 1 Millionstel Meter) und eine Breite von 0,5 µm. Die Spiralspur hat etwa eine Länge von 6 Kilometern. Je nachdem, wie die CD erstellt wird, entstehen die Pits. Bei der industriellen Herstellung werden ein Glas-Master und ein Stamper (Negativ) gefertigt. Anschließend wird damit in Presswerken eine Polycarbonatscheibe geprägt und die Reflexions- und Schutzschicht angefügt.

Eine CD besteht demnach zum größten Teil aus Polycarbonat. Die Reflexionsschicht darüber besteht aus einem Aluminiumfilm. Das Laserlicht wird an den Lands einfach reflektiert, jedoch tritt an den Pits Auslöschung durch destruktive Interferenz auf. Daher werden biniarisierte Daten ausgelesen.

Zwischen dem Aufdruck und der Aluminiumschicht (Dicke der Reflexionsschicht: 50 bis 100 nm) befindet sich noch eine Schutzschicht, die dazu da ist, das Aluminium vor äußeren Einflüssen zu schützen. Als Abschluss kommt dann noch der Aufdruck, der mit dem Siebdruckverfahren (bis zu 6 Farben) aufgebracht wird. Alternativ kann auch das Offsetdruckverfahren eingesetzt werden.

CD-RW (Rewritable)

Ein CD-RW-Medium besitzt im Prinzip die gleichen Schichten wie ein CD-R-Medium. Die reflektierende Schicht ist jedoch eine Silber-Indium-Antimon-Tellur-Legierung, die im ursprünglichen Zustand eine polykristalline Struktur und reflektierende Eigenschaften besitzt. Beim Schreiben benutzt der Schreibstrahl seine maximale Leistung und erhitzt das Material auf 500 bis 700 Grad Celsius. Dieses führt zu einer Verflüssigung des Materials. Beim Löschen des Datenträgers wird die Legierung wieder in ihren Ursprungszustand versetzt und ist damit wieder beschreibbar.

[Bearbeiten] Lesevorgang

Lichtmikroskopische Aufnahme im Randbereich der Daten

Mikroaufnahme von Pits und Lands einer CD

Auslesevorgang bei einer CD

Das Abtasten einer CD erfolgt mittels einer Laserdiode (Wellenlänge 780 nm), wobei die CD von unten gelesen wird. Der Laserstrahl wird an der CD reflektiert und mit einem halbdurchlässigen Spiegel in eine Photodiode gebündelt. Der Spiegel muss nur deswegen halbdurchlässig sein, weil der Laserstrahl auf seinem Weg zur CD dort hindurch muss. Die Photodiode registriert Schwankungen in der Helligkeit. Die Helligkeitsschwankungen kommen von destruktiver Interferenz des Laserstrahls mit sich selbst: Immer, wenn der Laser sowohl auf Pit als auch auf Land trifft, kommen zwei Teilwellen zurück, die einen leicht unterschiedlichen Laufweg haben. Der Höhenunterschied zwischen Pit und Land ist so gewählt, dass der Laufzeitunterschied genau eine halbe Wellenlänge beträgt (siehe auch Abschnitt "Funktionsweise"). Die Photodiode registriert also nur dann eine Helligkeitsschwankung, wenn von Pit auf Land umgeschaltet wird.

Da die CDs von der Oberseite gepresst werden, sind die Pits (Vertiefungen) auf der Unterseite als Hügel zu erkennen, die Lands (Erhöhungen) als Vertiefungen (siehe Grafik).

Die Optik mit dem Laser bewegt sich beim Abspielen vom ersten zum letzten Track im Gegensatz zur Schallplatte von innen nach außen. Außerdem hat die CD keine feste Winkelgeschwindigkeit; diese wird der momentanen Position des Lesekopfs angepasst, so dass die Bahngeschwindigkeit (CLV) und nicht, wie bei der Schallplatte, die Winkelgeschwindigkeit (CAV) konstant ist. Wenn der Lesekopf weiter außen auf der CD liest, wird die CD also langsamer gedreht. Auf diese Weise kann überall auf der CD mit voller Aufzeichnungsdichte gearbeitet werden, und es ist ein konstanter Datenstrom gewährleistet, wie er bei Audio-CDs benötigt wird. Im Red Book sind zwei verschiedene Geschwindigkeiten festgelegt, 1,2 m/s und 1,4 m/s. Somit sind entsprechend Spielzeiten von 74:41 Min. bzw. 64:01 Min., unter maximaler Ausnutzung aller Toleranzen 80:29 Min. möglich. Dieses entspricht einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 500 min^-1 am Anfang der CD (innere Spuren) bis 200 min^-1 am Außenrand der CD. Die Umdrehungsgeschwindigkeit wird durch einen Regelkreis anhand des Füllstandes eines FIFO-Puffers geregelt. Daher muss keine Umschaltung (weder manuell noch automatisch) je nach benutzter Linear-Geschwindigkeit erfolgen. Durch den genannten Puffer wirken sich Schwankungen der Drehzahl nicht auf die Wiedergabegeschwindigkeit aus.

Viele moderne CD-ROM-Laufwerke, ab etwa einer 32-fachen Lesegeschwindigkeit, lesen Daten-CDs hingegen mit konstanter Winkelgeschwindigkeit, um das zeitraubende Beschleunigen und Abbremsen der CD beim Hin- und Herspringen der Leseposition zu vermeiden. Dadurch hängt bei Daten-CDs die Datenrate von der Position des Lesekopfes ab. Die auf der Verpackung angegebene Geschwindigkeit ist fast immer die maximale, nicht die durchschnittliche.

Durch die mechanische Festigkeit der CD sind der Steigerung der Lesegeschwindigkeit durch Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit Grenzen gesetzt. Sogenannte „52-fach“-Laufwerke drehen die CD mit bis zu 10000 min^-1. Bei diesen Geschwindigkeiten führen selbst kleinste Unwuchten der CD zu starken Vibrationen, die einerseits deutlich hörbar sind und zum anderen auf Dauer sowohl Laufwerk als auch Medium beschädigen können.

[Bearbeiten] Fehlerkorrektur und Fehlerverdeckung

Damit sich Kratzer nicht negativ auf die Lesbarkeit der Daten auswirken, sind sie mittels Paritätsbits gesichert, so dass Bitfehler erkannt und korrigiert werden können. Weiterhin sind aufeinanderfolgende Datenbytes per Interleaving auf eine größere Fläche verteilt. Der Cross Interleaved Reed-Solomon-Code (CIRC) ist dadurch in der Lage, einen Fehler von bis zu 3500 Bit (das entspricht einer Spurlänge von etwa 2,4 mm) zu korrigieren und Fehler von bis zu 12000 Bit (etwa 8,5 mm Spurlänge) bei der Audio-CD zu kompensieren. Bei sehr starker Verkratzung des Datenträgers von der Unterseite ist jedoch die Lesbarkeit eingeschränkt oder ganz unmöglich.

[Bearbeiten] CD-Formate

[Bearbeiten] Physische Formate

Mini-CD

CDs gibt es in zwei verschiedenen Größen, am weitesten verbreitet ist die Version mit einem Durchmesser von 120 mm und 15 Gramm Gewicht, seltener die Mini-CD mit einem Durchmesser von 80 mm und 30 % der Speicherkapazität bei einem Gewicht von 6,7 g .

Daneben gibt es auch CDs, die eine andere Form als eine runde Scheibe haben. Diese sogenannten Shape-CDs fanden aber aufgrund von Abspielproblemen (Unwucht, kein Einzug in Slot-Laufwerke) nur eine geringe Verbreitung.

[Bearbeiten] Datenformate

Übliche CD-Größen

Typ / Bezeichnung	Anz. Sektoren	Kapazität Daten 2048 Byte/Sektor		Kapazität Audio 2352 Byte/Sector
		in MB	in MiB	in MB	in MiB	in min
Visitenkarten-CD		ca. 20–100
8 cm	94 500	193,536	≈ 184,6	222,264	≈ 212,0	23
„540 MB“	283 500	580,608	≈ 553,7	666,792	≈ 635,9	63
„640 MB“	333 000	681,984	≈ 650,3	783,216	≈ 746,9	74
„700 MB“	360 000	737,280	≈ 703,1	846,720	≈ 807,4	80
„800 MB“	405 000	829,440	≈ 791,0	952,560	≈ 908,4	90
„900 MB“	445 500	912,384	≈ 870,1	1047,816	≈ 999,3	99

Die Format-Spezifikationen der Audio-CD (kurz CD-DA), bekannt als „Red Book“-Standard, wurde von der niederländischen Elektronikfirma Philips entworfen. Philips besitzt auch das Recht der Lizenzierung des „Compact Disc Digital Audio“-Logos. Die Musikinformationen werden in 16-Bit-Stereo und einer Abtastrate von 44,1 kHz gespeichert.

Die Spezifikationen der CD-ROM sind im „Yellow Book“-Standard festgelegt. Ein plattformübergreifendes Dateisystem der CD-ROM wurde von der ISO im Standard ISO 9660 festgeschrieben. Sein Nachfolger lautet UDF.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Audio-CD-Inhalte und CD-ROM-Inhalte auf einer Scheibe zu kombinieren. Die einfachste Möglichkeit ist, einen Datentrack mit dem CD-ROM-Inhalt als ersten Track auf die CD zu bringen (Mixed Mode CD, von einigen Herstellern auch „Enhanced CD“ genannt). Dem heutzutage praktisch nichtigen Vorteil, dass der CD-ROM-Teil auch in ausschließlich singlesession-fähigen CD-ROM-Laufwerken gelesen werden kann, steht der vergleichsweise große Nachteil der Sichtbarkeit dieses Daten-Tracks für normale Audio-CD-Spieler entgegen – insbesondere, da manche ältere CD-Spieler auch eine Wiedergabe der CD-ROM-Daten als Audio-Daten ermöglichen. Das äußert sich je nach Lautstärke-Einstellung in ohrenbetäubendem und für die Lautsprecher potentiell gefährlichem Krach.

Als Weiterentwicklung wurde der Datentrack mit einer Index-Position von 0 versehen, wodurch dieser nicht ohne Weiteres vom CD-Spieler angefahren wird (i-Trax). Das Audiomaterial beginnt, wie bei einfachen Audio-CDs, an Index-Position 1 von Track 1. (Problematisch für die Abspielkompatibilität könnte die Tatsache sein, dass innerhalb des Tracks der Modus von CD-ROM Mode 1 auf Audio wechselt.)

Heutzutage werden zu diesem Zwecke praktisch ausschließlich Multisession-CDs benutzt – die Audio-Daten liegen in der ersten Session, während die CD-ROM-Daten in einer zweiten Session enthalten sind, die nicht von Audio-CD-Spielern gelesen wird (CD-Extra, CD-Plus). Natürlich wird für den CD-ROM-Teil ein multisession-fähiges CD-ROM-Laufwerk benötigt.

Eine Mischform ist die CD+G (CD+Graphics). Diese CD stellt zeitgleich zur Musik grafische Daten, wie beispielsweise den Liedtext, auf einem Bildschirm dar. Häufigste Anwendung dieses Formats ist Karaoke. In einem normalen CD-Spieler ist die CD+G als normale Audio-CD abspielbar. Auf speziellen Geräten (in jüngerer Zeit auch auf einigen DVD-Playern) ist zur Musik auch die Grafik auf dem Bildschirm sichtbar. Die zusätzlichen Daten sind im Subcode der CD gespeichert, d. h. sie sind im Gegensatz zum Inhalt von Datentracks nicht ohne weiteres für ein Betriebssystem sichtbar.

Deutlich häufiger anzutreffen sind dagegen CDs mit CD-Text. Dabei werden im Subcode der CD (meistens im Lead-in) zusätzliche Informationen gespeichert, beispielsweise Titel und Künstler. Diese Informationen werden dann von geigneten Geräten während des Abspielens der CD angezeigt.

Weitere CD-Formate sind:

• CD-i
• CDTV
• Photo-CD
• Video-CD

Daneben gibt es noch sogenannte HDCD-CDs. Diese sind mit echten 20 Bit Musik-Information kodiert (anstatt mit 16) und sollen in Verbindung mit entsprechenden CD-Playern besser klingen. HDCD-CDs sind vollständig kompatibel mit „normalen“ CD-Spielern.

Weiterentwicklungen der CD sind die DVD-Audio und die Super Audio Compact Disc. DVD-Medien bieten wesentlich größere Speicherkapazitäten von 4,7 GB (single-layer) bis 8,5 GB (double/dual-layer). Der Hauptvorteil ist dabei nicht eine längere Spielzeit, sondern dass die Audiodaten in 5.1-Sound vorliegen. Während die Super-Audio-CD und DVD Audio ausschließlich für Audiodaten verwendet werden, sind bei der DVD verschiedene Datenarten möglich (DVD Data, DVD-Video, DVD-Audio, DVD-ROM, DVD+/-R(W)). Allerdings hat sich die DVD im Audiobereich noch nicht durchgesetzt.

Eine von Sony weiterentwickelte Variante der CD war die Double Density Compact Disc (DDCD). Die Speicherkapazität beträgt das doppelte der Speicherkapazität der 640-MB-CD. Sie war in zwei Varianten erhältlich, eine beschreibbare (DDCD-R) und eine wiederbeschreibbare (DDCD-RW). Sie konnte sich jedoch nicht gegen die DVD durchsetzen.

CD Video ist (im Gegensatz zur Video-CD) keine Compact Disc, sondern eine LV/LD (Bildplatte) mit analogen Videodaten und digitalen Audio-Daten.

[Bearbeiten] Kopierschutz

Die CD-Standards sehen keinen Kopierschutz vor, da zur Zeit ihrer Festlegung Anfang der 1980er Jahre noch nicht absehbar war, dass in näherer Zukunft beschreibbare digitale Speichermedien mit der nötigen Datenkapazität für den Endverbraucher erschwinglich sein würden - das Kopieren wurde also einfach dadurch verhindert, dass es nichts gab, wohin die Daten realistischerweise kopiert werden konnten. Es blieb nur die qualitativ schlechtere und nicht beliebig wiederholbare Analogkopie auf Audiokassetten, die ebenso wie bei Schallplatten in Kauf genommen wurde. Das Aufkommen von CD-Brennern, hochkapazitiven Festplatten, Kompressionsverfahren wie etwa MP3 und Internet-Tauschbörsen in den 1990er Jahren hat diese Situation entscheidend geändert.

Seit dem Jahr 2001 werden in Deutschland auch Medien verkauft, die einen sogenannten „Kopierschutz“ enthalten, der das digitale Auslesen der Audiodaten (und damit das Kopieren der Daten) verhindern soll. Sie wurden zwar teils ebenfalls als Audio-CD bezeichnet, entsprechen aber nicht den Bestimmungen des Red Book und sind daher in diesem Sinne keine echten Audio-CDs. Diese CDs werden daher auch als „Un-CDs“ (Nicht-CDs) bezeichnet.

Der Kopierschutz wird realisiert, indem Fehler oder eine zweite fehlerhafte Session eingebracht werden. Auch Abweichungen vom Red-Book-Standard sind möglich, aber eher selten. Es ist dadurch ein „Abspielschutz“, da die Fehler bewirken sollen, dass sich die Scheiben nicht mehr in dem CD-Laufwerk eines PCs abspielen lassen. Dies soll so das Kopieren verhindern. Manche CD-Laufwerke und die meisten DVD-Laufwerke lassen sich davon aber nicht beeindrucken und können die Daten trotzdem lesen, wodurch die Idee des „Kopierschutzes“ nutzlos wird.

Stattdessen verursachen die Fehler auf der „kopiergeschützten“ CD Probleme auf zahlreichen normalen Audio-CD-Spielern und vielen Autoradios mit integrierter CD-Einheit. Diese können diese Medien entweder gar nicht oder nur teilweise abspielen, teilweise entstehen sogar ernsthafte Hardware-Defekte, etwa wenn die Firmware des CD-Spielers abstürzt und sich das Medium nicht mehr auswerfen lässt. Außerdem leidet oft die Tonqualität und die Lebensdauer des Abspielgerätes unter dem Kopierschutz.

Seit dem 1. November 2003 sind die Hersteller in Deutschland durch § 95d UrhG gesetzlich verpflichtet, kopiergeschützte Medien als solche zu kennzeichnen. Solchen Kennzeichnungen ist jedoch kaum zu entnehmen, welche Probleme im Einzelfall mit Autoradios, MP3-CD-Spielern, DVD-Spielern und anderen Geräten auftreten können.

Da der Kopierschutz in der Praxis kaum wirksam ist und immer wieder zu Problemen beim Abspielen führt, haben inzwischen (2005) einige Labels das Konzept „kopiergeschützte CD“ wieder aufgegeben und veröffentlichen wieder gewöhnliche, ungeschützte Red-Book-CDs, zumal sich so außerdem Lizenzgebühren für den Kopierschutz einsparen lassen.

[Bearbeiten] Herstellerangaben und Produktionsstätten

Rückseite einer handelsüblichen Compact Disc ^[7] mit verschiedenen Identifizierungs-Merkmalen
1 = Label (hier EMI)
2 = CD-Presswerk (hier Uden)
3 = Katalog-Nr. (hier 8937272)
4 = IFPI-Kennung (hier L047)
5 = Ländercode (hier NL für Niederlande)

Die meisten CDs sind auf dem Innenring der Abtastseite mit Angaben zum Hersteller, dem Produktionsland (zum Beispiel Made in Germany by EDC, Made in France by PDO oder Mastered by DADC Austria) und weiteren Kennungen (zum Beispiel Katalog-Nr., IFPI-Kennung, Source Identification Code (SID)) versehen. Diese Identifizierungs-Merkmale befinden sich i. d. R. auf einem etwa 5 mm breiten Kreis und sind mit dem bloßen Auge nur schwer zu erkennen. Eine Lupe und gutes Licht schaffen aber Abhilfe.

Gerade für Sammler von CDs sind solche Hinweise teilweise sehr wichtig, da man daran zum einen die legal hergestellte CD von einer illegalen Schwarzkopie unterscheiden und zum anderen „Sonderpressungen“ erkennen kann. Oftmals werden CDs eines Interpreten mit gleichem Inhalt in verschiedenen Ländern produziert. Die Auflagen können unterschiedlich hoch und dementsprechend wertvoll für Sammler und Fans sein.

Siehe auch: Liste der CD-Presswerke

[Bearbeiten] Beschreibbare CDs

Datenschicht eines Rohlings

Beschreibbare CDs gibt es in einer einmal beschreibbaren Variante (CD-R: CD recordable) und in einer mehrfach wiederbeschreibbaren Variante (CD-RW: CD rewritable). Während die Reflexionseigenschaften einer CD-R denen einer normalen CD nahezu gleichen und diese somit auch in älteren CD-Laufwerken gelesen werden können sollte, ist das Lesekopf-Ausgangssignal einer CD-RW weitaus schwächer, so dass diese Medien nur von entsprechend ausgestatteten (neueren) Laufwerken bzw. Spielern gelesen werden können.

Zum Beschreiben einer CD kann kein gewöhnlicher CD-Spieler benutzt werden. Hierfür ist ein sogenannter CD-Brenner (bzw. ein CD-Rekorder) notwendig. CD-Brenner können CDs nicht nur beschreiben, sondern auch lesen. Daher sind reine CD-ROM-Lesegeräte für Computer inzwischen praktisch vom Markt verschwunden.

Das ISO-9660-Dateiformat einer CD-ROM gestattet keine nachträglichen Änderungen. Außerdem können beschreibbare CDs − im Gegensatz zu Festplatten − nicht blockweise beschrieben werden. Deshalb muss erst ein Speicherabbild angelegt werden, das eine exakte Kopie der auf die CD zu brennenden Daten enthält. Dieses Abbild kann dann (als eine Spur) in einem Durchgang auf die CD „gebrannt“ werden. Dafür sind spezielle CD-Brennprogramme nötig. Aktuelle Brennprogramme beherrschen das Erstellen des Abbildes „on-the-fly“, das heißt, das ISO-Abbild wird während des Schreibens erzeugt.

Allerdings ist es möglich, solange die CD nicht abgeschlossen („finalisiert“) wurde, mit einem weiteren Schreibvorgang nachträglich in einem weiteren Track (das heißt normalerweise in einer weiteren Session) der CD ein neues Dateisystem zu erzeugen. Die Verzeichnisse dieses neuen Dateisystems können auch auf Dateien in den älteren Tracks referenzieren. Da beim normalen Betrieb immer das Dateisystem des letzten Tracks benutzt wird, ist es möglich, Dateien hinzuzufügen, umzubenennen, zu „löschen“ und zu „überschreiben“. Natürlich kann der belegte Platz nicht erneut benutzt werden. Mit spezieller Software [zum Beispiel Isobuster (Windows) oder ISO Master (Linux)] kann auch auf die älteren Dateisysteme zugegriffen werden, das heißt, die „gelöschten“ Dateien bzw. die älteren Versionen „überschriebener“ Dateien sind damit noch erreichbar (Multisession-CD).

Alternativ können die Dateisysteme in den Tracks einer CD (analog zu Partitionen einer Festplatte) als unterschiedliche virtuelle Laufwerke betrachtet werden (Multivolume-CD). Dieses Verfahren wurde zum Beispiel beim MacOS in den Versionen 8 und bis 9 eingesetzt, ist jedoch sonst kaum verbreitet.

CD-RWs können theoretisch blockweise beschrieben werden. Das muss auch vom CD-Brenner unterstützt werden. Da das auf CD-ROMs verwendete ISO-9660-Dateiformat keine nachträglichen Änderungen an Dateien unterstützt, wurde hierfür ein eigenes Dateisystem namens UDF eingeführt, das auch auf DVDs verwendet wird. Dieses Format erlaubt es, wie zum Beispiel bei einer Diskette, direkt Dateien auf der CD zu speichern.

[Bearbeiten] Labelaufdruck

Für den Labelaufdruck bei der CD stehen, ebenso wie bei der DVD, verschiedene Drucktechniken zur Auswahl:

• Siebdruck: Im Siebdruck sind bis zu sechs Labelfarben möglich, es können Schmuckfarben (HKS oder Pantone) gewählt werden. Siebdruck ist derzeit die gängigste Variante, um CDs oder DVDs zu bedrucken, wird aber mehr und mehr vom Offsetdruck verdrängt. Der Siebdruck ist geeignet für gepresste CDs und DVDs, auch die Rohlingsbedruckung im Siebdruck ist möglich. Im Siebdruck sind die Farben sehr brillant.
• Trockenoffsetdruck: Im Trockenoffset sind vier Labelfarben möglich (CMYK), kombiniert mit dem Siebdruck bis zu sechs Labelfarben (CMYK im Offset und zusätzlich weiß Vollfläche und eine Schmuckfarbe im Siebdruck). Auf Grund der höheren Auflösung als im Siebdruck ist der Offsetdruck ideal für fotorealistische Darstellungen. Seit Anfang 2004 ist der Offsetdruck nicht nur für gepresste CDs und DVDs, sondern auch für CD-Rohlinge und DVD-Rohlinge möglich.
• Thermotransferdruck: Bei diesem Druckverfahren wird mit einem speziellen Drucker Farbe von einem Farbband durch Erhitzen des Druckkopfes auf die CD oder DVD übertragen. Technisch bedingt ist das Druckverfahren eher für Schriften und Logos geeignet. In der Praxis wird dieses Verfahren bei kleinen Auflagen (selbst gebrannte CDs und DVDs) angewendet.
• Thermoretransferdruck: Der Thermoretransferdruck ist die Weiterentwicklung des Thermotransferdrucks. Das Labelmotiv wird im Thermotransferdruckverfahren auf ein Übertragungsband gedruckt und davon dann eine Folie auf die CD aufgebracht. Durch diese Technik ist eine bessere Auflösung möglich. So kann bereits bei Kleinauflagen ein fotorealistischer Druck erreicht werden.
• Tintenstrahldruck: Einige Hersteller bieten Rohlinge mit papierähnlich beschichteter Oberfläche an. Derartige Rohlinge, die meistens mit „printable“ o. ä. bezeichnet werden, können in geeigneten Tintenstrahldruckern mit recht ansehnlichen Ergebnissen vollfarbig bedruckt werden. Fotorealistische Bildwiedergabe ist die Regel.

Mit Lightscribe beschriftete CD

• Lightscribe-Verfahren: Bei diesem Verfahren brennt der Laser eines Lightscribe-fähigen CD-Brenners auf die Vorderseite entsprechender Rohlinge eine beliebige Graustufengrafik, die mittels entsprechender Software entworfen und an den Brenner übertragen wird. Der Brennvorgang dauert zirka 15 Minuten. Neuerdings sind auch farbige Rohlinge vorhanden.
• Labelflash: Alternative DVD-Beschriftungsmethode
• DiscT@2: CD-R-Beschriftungsmethode

[Bearbeiten] Umweltschutz

Die Compact-Disc besteht hauptsächlich aus dem wertvollen Kunststoff Polycarbonat. Ein sortenreines Recycling lohnt sich zwar nicht für die Herstellung neuer Compact Discs, jedoch kann der sehr hochwertige Rohstoff in der Medizin, der PC- und der Autoindustrie verwendet werden. Die Firma Remedia ^[8] bietet ein Sammelsystem an. Sammelsäcke werden kostenlos bereitgestellt und abgeholt, wenn die Säcke voll sind. Sammelstellen (zum Beispiel Betriebe oder Kommunen) haben keinerlei Risiko, sondern müssen nur eine entsprechende Fläche für den Sammelsack vorhalten. Dieser Service wird bisher nur von wenigen Kommunen genutzt, u. a. der Stadt Mainz.

[Bearbeiten] Vernichtung der Daten

Da eine CD auch vertrauliche Daten enthalten kann, muss es sichere Verfahren geben, um diese Daten vor der Entsorgung unleserlich zu machen, sei es, weil die Daten nicht mehr benötigt werden oder weil sie gelöscht werden müssen.

[Bearbeiten] Nicht empfehlenswerte Verfahren

• Bemalen ist praktisch wirkungslos.
• Zerkratzen auf der Unterseite ist, wenn die Kratzer nicht sehr tief sind, nahezu wirkungslos. Selbst bei vielen und tiefen Kratzern können jedoch mit Spezialprogrammen und -werkzeugen oft beachtliche Teile der Daten wiederhergestellt werden. Zerkratzen auf der Oberseite hilft, aber auch dort können nicht zerkratzte Teilbereiche mit speziellen Verfahren noch gelesen werden.
• Mikrowellenherd oder Verbrennen – funktioniert sowohl bei gepressten als auch bei selbstgebrannten CDs. Dabei wird die Metallschicht aufgrund der Hitzeentwicklung durch die elektromagnetischen Wellen bzw. des Feuers zerstört. Dieses Verfahren ist im Grunde sehr effektiv und im Notfall durchaus geeignet, allerdings entstehen dabei gesundheitsschädliche Dämpfe und das Magnetron der Mikrowelle wird bei diesem Vorgang erheblich belastet, was dessen Lebenszeit drastisch verkürzen kann. Darüber hinaus besteht die Gefahr eines Brandes.^[9]

[Bearbeiten] Empfehlenswerte Verfahren

• Zerbrechen (evtl. mit Hammer) ist eine relativ sichere Methode, wobei die Sicherheit umso höher ist, je kleiner die Teile sind. Es besteht aber Verletzungsgefahr für Hände und Augen, weshalb man eine Schutzbrille tragen und die CD in einen Umschlag oder Beutel stecken sollte.
• Zerschneiden oder Schreddern – Für extrem sensible Daten existieren spezielle CD-Schredder, die CDs und andere optische Datenträger in so kleine Stücke häckseln, dass die Datenträger als zuverlässig vernichtet gelten können, wobei die Recyclingfähigkeit des Datenträgers erhalten bleibt. Auch manche herkömmliche Papierschredder können CDs zerkleinern. Die Tauglichkeit eines bestimmten Modells für diesen Zweck ist der Gebrauchsanweisung zu entnehmen.
• Reiben – Man reibt die Labelseite der CD solange an einer rauhen Fläche (z. B. einer Raspel oder einem Ziegelstein o. Ä.), bis die CD vollständig durchsichtig und dadurch unbrauchbar ist.
• CD-Brenner – Seit einiger Zeit bieten diverse Hersteller von CD-Brennern auch Zusatzfunktionen in den Laufwerken an, mit denen ein bereits beschriebenes CD-R-Medium erneut „überbrannt“ werden kann, um die darauf gespeicherten Daten endgültig zu vernichten. Dieses funktioniert allerdings nicht mit gepressten CDs.

[Bearbeiten] Literatur

• Hartmut Gieselmann: Gegen das Vergessen. US-Forscher prüfen Lebensdauer von [beschreibbaren] CDs und DVDs. In: c't, 1/2005. Heise-Verlag, S. 44
• Kees A. Schouhamer Immink, The Compact Disc Story, Journal of the Audio Engineering Society, 46(5), pp. 458-465, May 1998 [2]

[Bearbeiten] Siehe auch

Compact Disc Digital Audio, DVD, DVD-Audio, Super Audio Compact Disc (SACD), Extended Resolution Compact Disc (XRCD), Kopierschutz, Aufnahmeverfahren (CD), freedb, Subcode, International Standard Recording Code (ISRC), CD+G, CD-Spieler

[Bearbeiten] Quellenangaben

1. ↑ [1]
2. ↑ Philips Research Dossier Optical Recording
3. ↑ Kees Immink: The Compact Disc Story
4. ↑ It all started with ABBA
5. ↑ golem.de: Happy Birthday, Compact Disc: 200 Milliarden in 25 Jahren: Erste CD wurde am 17. August 1982 gepresst
6. ↑

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