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| メディアタイプ | 光ディスク |
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| エンコーディング | LPCMオーディオ2チャンネル、それぞれ44100Hzでサンプリングされた 16ビットの符号付き値 |
| 容量 | 最長74～80分（ミニ8cmCDの場合は最長24分） |
| 読み取り メカニズム | 半導体レーザー（波長780nm） |
| 標準 | IEC60908 規格 |
| 開発 者 | ソニーとフィリップス |
| 使用法 | オーディオストレージ |
| 延長 | DVDオーディオ |
| リリース | 1982 |
コンパクト ディスク デジタル オーディオ( CDDAまたはCD-DA ) は、デジタル オーディオ コンパクト ディスクまたは単にオーディオ CDとも呼ばれ、オーディオコンパクト ディスクの標準形式です。この標準はレッド ブック技術仕様で定義されているため、この形式は「レッドブック オーディオ」と呼ばれることもあります。[1] CDDA はパルス符号変調(PCM) を使用し、44,100 Hz のサンプリング周波数と 16 ビットの解像度を使用し、当初はディスク 1 枚あたり最大 74 分のステレオオーディオを保存できるように指定されていました。
最初の市販のオーディオCDプレーヤーであるソニーCDP-101は、1982年10月に日本で発売されました。このフォーマットは一部の先進国で受け入れられ、最初の2年間で100万台以上のCDプレーヤーが販売され、2,250万枚のディスクを再生しました[2] 。その後、レコードやカセットテープを追い抜いて、商業音楽の支配的な標準となりました。2000年頃にピークを迎えたオーディオCDは、デジタルダウンロードの人気と収益の上昇により、次の10年間で縮小し、2010年代にはデジタル音楽ストリーミングの影響を受けましたが[3]、音楽業界の主要な配信方法の1つであり続けています。[4]米国では、2020年に蓄音機レコードの収益が1980年代以来初めてCDを上回りました[5] [6]が、日本などの他の主要市場では、依然として圧倒的なトップの音楽フォーマットであり[7]、ドイツでは2022年に他の物理フォーマットの少なくとも4倍の売上を記録しました。[8]
音楽業界では、オーディオCDは一般的にCDシングル（現在ではほとんど販売されていない）またはフルアルバムとして販売されており、後者は2000年代からより一般的になっている。[9]このフォーマットはビデオゲーム音楽の発展にも影響を与えており、ミックスモード CD-ROMで使用され、1990年代にプレイステーション、セガサターン、Sound Blaster 16などの16ビットサウンドカードを搭載したパソコンなどのハードウェアで普及したCD品質のオーディオを提供した。[10] [11]
歴史
1931年に初めて発表されたオプトフォンは、透明な写真に音声信号を記録および再生するために光を使用する初期の装置でした。[12] 30年以上後、アメリカの発明家ジェームズ・T・ラッセルが、感光性プレートにデジタルメディアを記録する最初のシステムを発明したとされています。ラッセルの特許申請は1966年に提出され、1970年に特許が付与されました。[13]訴訟の後、ソニーとフィリップスは1988年にラッセルの録音特許のライセンスを取得しました。[14] [15]ラッセルのコンセプト、特許、プロトタイプがコンパクトディスクの設計を刺激し、ある程度影響を与えたかどうかは議論の余地があります。[16]
コンパクトディスクはレーザーディスク技術の進化形であり、[17]高品質のデジタルオーディオ信号に必要な高密度の情報を可能にする集束レーザービームが使用されています。オプトフォニーとジェームズ・ラッセルによる先行技術とは異なり、ディスク上の情報は、保護基板を通してレーザーを光源として使用し、反射層から読み取られます。プロトタイプは、1970年代後半にフィリップスとソニーによって別々に開発されました。[18]当初フィリップスの研究経営陣はCDを取るに足らない追求として却下しましたが、[19]レーザーディスクフォーマットが苦戦する中、CDはフィリップスの主な焦点になりました。[20] 1979年、ソニーとフィリップスは新しいデジタルオーディオディスクを設計するためのエンジニアの共同タスクフォースを立ち上げました。 1年間の実験と議論の後、 1980年にレッドブックCD-DA規格が発行されました。 1982年に市販されて以来、コンパクトディスクとそのプレーヤーは非常に人気がありました。最高1,000ドルもしたにもかかわらず、1983年から1984年の間に米国で40万台以上のCDプレーヤーが販売されました。[21] 1988年までに、米国でのCDの売上はビニールLPレコードの売上を上回り、1992年までにはCDの売上は録音済み音楽カセットテープの売上を上回りました。[22] [23]コンパクトディスクの成功は、互換性のあるハードウェアを共同で開発したフィリップスとソニーの協力によるものとされています。コンパクトディスクの統一されたデザインにより、消費者はどの会社のディスクやプレーヤーでも購入でき、CDは家庭内音楽市場を独占することができました。[24]
デジタルオーディオレーザーディスクのプロトタイプ
1974年、フィリップスのオーディオ部門のディレクター、ルー・オッテンスは、直径20cm（7.9インチ）でビニールレコードよりも優れた音質のアナログ光オーディオディスクを開発するための小グループを立ち上げました。[25]しかし、アナログ形式のパフォーマンスが不十分だったため、1974年3月にフィリップスの2人の研究エンジニアがデジタル形式を推奨しました。その後、1977年にフィリップスはデジタルオーディオディスクを作成するという使命を持つ研究所を設立しました。フィリップスのプロトタイプのコンパクトディスクの直径は、オーディオカセットの対角線である11.5cm（4.5インチ）に設定されました。[17] [26]
1970年に日本の国営放送局NHKで初期のデジタルオーディオレコーダーを開発した中島平太郎は、1971年にソニーのオーディオ部門のジェネラルマネージャーに就任した。1973年に彼のチームはベータマックスビデオレコーダーを使用してオーディオを録音するデジタルPCMアダプターを開発した。この後、1974年にはデジタルオーディオを光ディスクに保存するという飛躍が容易に実現した。[27]ソニーが光デジタルオーディオディスクを初めて公開したのは1976年9月だった。1年後の1977年9月、ソニーは修正周波数変調エンコーディングを使用して1時間のデジタルオーディオ（44,100Hzのサンプリングレートと16ビットの解像度）を再生できる30cm（12インチ）のディスクを報道陣に公開した。[28] 1978年9月、同社は再生時間150分、サンプリングレート44,056Hz、線形解像度16ビット、クロスインターリーブリードソロモン符号（CIRC）エラー訂正コードを備えた光デジタルオーディオディスクを実演した。これは、後に1980年に標準コンパクトディスクフォーマットに採用された仕様に類似している。ソニーのデジタルオーディオディスクの技術的詳細は、 1979年3月13日から16日にブリュッセルで開催された第62回AESコンベンションで発表された。[28]ソニーのAES技術論文は1979年3月1日に発表された。1週間後の3月8日、フィリップスはオランダのアイントホーフェンで「フィリップスがコンパクトディスクを発表」 [29]と題した記者会見で光デジタルオーディオディスクのプロトタイプを公開した。[30]ソニーの重役で後にソニーのCEO兼会長となる大賀典雄と中島平太郎は、このフォーマットの商業的可能性を確信し、懐疑的な見方が広まったにもかかわらず、さらなる開発を推進した。[31]
コラボレーションと標準化
1979年、ソニーとフィリップスは、新しいデジタルオーディオディスクを設計するためのエンジニアの共同タスクフォースを立ち上げました。エンジニアのキース・ショウハマー・イミンクと土井俊忠が率いるこの研究は、レーザーと光ディスクの技術を前進させました。[29] 1年間の実験と議論の後、タスクフォースはレッドブックCD-DA規格を作成しました。この規格は1980年に初めて発行され、1987年にIECによって国際規格として正式に採用され、1996年にさまざまな修正が規格の一部となりました。[要出典]
フィリップスは、別のオーディオ製品であるコンパクトカセットに合わせてコンパクトディスクという用語を作り出し、[26]ビデオレーザーディスク技術に基づいた一般的な製造プロセスを提供しました。フィリップスは8対14変調（EFM）も提供し、ソニーは傷や指紋などの欠陥に対する耐性を提供するエラー訂正方式CIRCを提供しました。
タスクフォースの元メンバーが語った「コンパクトディスク物語」[17]には、サンプリング周波数、再生時間、ディスクの直径の選択など、多くの技術的決定の背景情報が記されている。タスクフォースは約6人で構成されていたが[19] [32]、フィリップスによれば、コンパクトディスクは「チームとして働く大勢の人々によって共同で発明された」とのことである[33] 。
最初の立ち上げと採用
この形式の開始と採用における初期のマイルストーンには、次のものが含まれます。
- 最初のテストプレスは、1980年12月1日から3日に録音されたリヒャルト・シュトラウスのアルプス交響曲で、ベルリン・フィルハーモニー管弦楽団が演奏し、1979年にこのフォーマットの大使に任命されたヘルベルト・フォン・カラヤンが指揮した。 [34]
- 世界への発表は1981年4月15日のザルツブルク復活祭音楽祭で行われ、盛田昭夫と大賀典雄（ソニー）、ヨープ・ファン・ティルブルフ（フィリップス）、リチャード・ブッシュ（ポリグラム）が記者会見し、カラヤンも出席して新フォーマットを賞賛した。[35]
- 最初の公開デモは1981年にBBCのテレビ番組「Tomorrow's World」で、ビージーズのアルバム「Living Eyes（1981）」が演奏されたときでした。[36]
- 最初の商用コンパクトディスクは1982年8月17日に制作され、クラウディオ・アラウが演奏したショパンのワルツの1979年の録音であった。[37]
- 最初の50タイトルは1982年10月1日に日本で発売され、 [38]その最初のものはビリー・ジョエルのアルバム52nd Streetの再発売であった。[39]
- BBCラジオで初めてCDが放送されたのは1982年10月でした。[要出典]
- 日本での発売に続き、1983年3月14日にはCDプレーヤーとディスクがヨーロッパ[40]と北米に導入され、CBSレコードは16タイトルをリリースした[41] 。
CDで100万枚を売り上げた最初のアーティストは、1985年のアルバム『ブラザーズ・イン・アームズ』のダイアー・ストレイツだった。[42]最初のCD市場の1つは、商業的可能性がすでに証明されていたポピュラー音楽の再発行に専念していた。全カタログをCD化した最初のメジャーアーティストはデヴィッド・ボウイで、1985年2月にRCAレコードから最初の14枚のスタジオアルバムと4枚のベストアルバムが発売された。15枚目と16枚目のアルバムは、それぞれ1983年と1984年にEMIレコードからCDで発売されていた。[43] 1987年2月26日、ビートルズの最初の4枚のイギリスアルバムがモノラルでコンパクトディスクで発売された。[44]
1983年にCDが普及し始めたことは、デジタルオーディオ革命の始まりとなった。[45] CDは、特にクラシック音楽やオーディオ愛好家の間で熱狂的に受け入れられ、その操作性は特に賞賛された。プレーヤーの価格が徐々に下がり、ポータブルディスクマンが導入されると、CDはより大規模なポピュラー音楽やロック音楽の市場で人気を集め始めた。CDの売上が伸びるにつれ、録音済みカセットテープの売上は1980年代後半に減少し始め、1990年代初頭にはCDの売上がカセットテープの売上を上回った。[要出典] [46] 1988年には、世界中の50のプレス工場で4億枚のCDが製造された。[47]
さらなる発展
初期のCDプレーヤーは、バイナリ加重のデジタル-アナログ変換器（DAC）を採用しており、DACの各ビットには個別の電気部品が含まれていました。[48]高精度の部品を使用しても、このアプローチではデコードエラーが発生しやすかったです。[説明が必要] [48]もう1つの問題はジッター、つまり時間関連の欠陥でした。DACの不安定性に直面したメーカーは、当初、DACのビット数を増やし、オーディオチャンネルごとに複数のDACを使用して出力を平均化することに目を向けました。[48]これにより、CDプレーヤーのコストは増加しましたが、根本的な問題は解決されませんでした。
1980年代後半のブレークスルーは、高解像度の低周波デジタル入力信号を低解像度の高周波信号に変換し、電圧にマッピングしてからアナログフィルターで平滑化する1ビットDACの開発で最高潮に達しました。低解像度信号を一時的に使用することで回路設計が簡素化され、効率が向上したため、1990年代初頭からCDプレーヤーで主流になりました。フィリップスは、パルス密度変調（PDM）と呼ばれるこの技術のバリエーションを使用しました[49]。一方、松下（現パナソニック）はパルス幅変調（PWM）を選択し、特許取得済みのMulti-stAge noiSe-sShaping PWMトポロジーに由来する頭字語であるMASHとして宣伝しました。[48]
CDは、データ保存媒体としてではなく、音楽を再生するためのビニールレコードの後継として主に計画されました。しかし、CDは他の用途も含むようになりました。1983年のCDの発表後、ImminkとJoseph Braatは、第73回AESコンベンションで消去可能なコンパクトディスクの最初の実験を発表しました。[50] 1985年6月には、コンピューターで読み取り可能なCD-ROM（読み取り専用メモリ）が、1990年には記録可能なCD-Rディスクが導入されました。[a]記録可能なCDは、音楽を録音および配布するためのテープの代替となり、音質を劣化させることなく複製できるようになりました。
DVDやBlu-rayなどの他の新しいビデオ形式では、CD と同じ物理的なジオメトリが使用されており、ほとんどの DVD プレーヤーと Blu-ray プレーヤーはオーディオ CD と 下位互換性があります。
ピーク
アメリカにおけるCDの売上は2000年までにピークを迎えた。[51] 2000年代初頭までに、CDプレーヤーは新車の標準装備としてオーディオカセットプレーヤーに取って代わり、2010年はアメリカの車に工場装備のカセットプレーヤーが搭載された最後のモデル年となった。[52]
2000年代にはCDの後継として設計された2つの新しいフォーマット、スーパーオーディオCD（SACD）とDVDオーディオが発売されました。しかし、デジタル（仮想）音楽の重要性が高まり、ほとんどの人間の耳には音質の改善が聞こえなかったため、どちらも採用されませんでした。[53]これにより、CDは音楽市場で長く生き残りました。[54]
衰退
MP3などの非可逆圧縮オーディオ形式のファイルのインターネットベース配信の出現と普及により、2000年代にCDの売上は減少し始めました。たとえば、2000年から2008年の間、音楽の売上は全体的に増加し、1年間は例外的に増加したにもかかわらず、メジャーレーベルのCDの売上は全体で20％減少しました。[55]前年比で売上が急速に減少したにもかかわらず、この技術の普及はしばらく続き、企業はインターネットベースの配信を利用できない可能性の高い購入者をターゲットにするために、薬局、スーパーマーケット、ガソリンスタンドのコンビニエンスストアにCDを置きました。[20] 2012年には、CDとDVDは米国での音楽売上のわずか34％を占めていました。[56] 2015年までに、米国で物理メディアで購入された音楽はわずか24％で、そのうちの3分の2はCDでした。[57]しかし、同年、日本では音楽の80％以上がCDやその他の物理フォーマットで購入されました。[58] 2018年の米国のCD販売数は5,200万枚で、2000年のピーク時の販売数の6％未満でした。[51]英国では3,200万枚が販売され、2008年よりも約1億枚少ないです。[59] 2018年、ベスト・バイはCD販売への重点を減らす計画を発表しましたが、レコードの販売は継続し、ビニール復活の時期に売上が伸びています。[60] [61] [62]
2010年代には、ソリッドステートメディアと音楽ストリーミングサービスの人気の高まりにより、自動車メーカーは車載用CDプレーヤーを廃止し、ミニジャック補助入力、USBデバイスへの有線接続、ワイヤレスBluetooth接続を採用しました。[63]自動車メーカーは、CDプレーヤーが貴重なスペースと重量を占めており、大型タッチスクリーンなどのより人気のある機能に再割り当てできると考えていました。[64] 2021年までに、レクサスとゼネラルモーターズだけが、特定の車両にCDプレーヤーを標準装備していました。[64]
現在の状況
CDは日本などの一部の市場では引き続き好調で、2019年には1億3200万枚が生産された。[65]
CD売上の減少は近年鈍化しており、2021年には米国で2004年以来初めてCD売上が増加した。[66] AxiosはCD売上の増加を「デジタル時代にハードコピーの音楽を好む若者」に挙げている。[67]これは、ビニールとカセットの両方が30年ぶりの販売レベルに達したのと同時に起こった。[68] RIAAは、CDの収益が2022年に減少した後、2023年に再び増加し、10年以上ぶりにダウンロードを上回ったと報告した。[69]
米国では2022年に3,340万枚のCDアルバムが販売されました。[70]フランスでは2023年に1,050万枚のCDが販売され、レコードのほぼ2倍になりましたが、両者はフランスの音楽産業の収益のそれぞれ12％を生み出しました。[71]
受賞と表彰
ソニーとフィリップスは、コンパクト ディスクの開発に対して専門機関から賞賛を受けました。受賞した賞は次のとおりです。
- 1998年、ソニーとフィリップスがテクニカルグラミー賞を受賞。 [72]
- 2009年IEEEマイルストーン賞はフィリップス単独の受賞で、受賞理由として「1979年3月8日、NVフィリップスのGloeilampenfabriekenは国際報道機関にコンパクトディスクオーディオプレーヤーのデモを行いました。このデモでは、デジタル光録音と再生を使用することで、優れたステレオ品質でオーディオ信号を再生できることが示されました。フィリップスのこの研究は、デジタル光録音システムの技術標準を確立しました。」と記されています。[73]
標準
レッドブックは、CD の物理的パラメータと特性、光学パラメータ、偏差とエラー率、変調方式 ( 8 対 14 変調、EFM) とエラー訂正機能 (CIRC)、および 8 つのサブコード チャネルを規定しています。これらのパラメータはすべてのコンパクト ディスクに共通であり、オーディオ CD、 CD-ROMなどすべての論理形式で使用されます。この規格では、デジタル オーディオエンコーディング の形式も規定しています。
レッドブックの初版は、1980年にフィリップスとソニーによって発行されました。[74] [75]デジタルオーディオディスク委員会によって採用され、1987年に国際電気標準会議（IEC）技術委員会100によってIEC 60908として国際規格として批准されました。[76] IEC 60908の第2版は1999年に発行され[77]、第1版、修正1（1992年）、修正1の訂正に代わるものです。しかし、IEC 60908には、CD-Text、CD+G、CD+EGの詳細など、レッドブックに記載されている拡張機能のすべての情報が含まれているわけではありません。[78] [79]
この規格は無料では入手できず、ライセンスが必要です。フィリップスとIECから入手できます。2013年現在[update]、フィリップスは規格のライセンスをAdminius [要出典]に外注しており、同社はレッドブックに100ドル、サブコードチャネルRWとCDテキストモードの付録にそれぞれ50ドルを請求しています。[80]
オーディオフォーマット
CD-DA に含まれるオーディオは、44,100 Hzでサンプリングされた2 チャンネルの符号付き16ビット LPCMで構成され、左チャンネルが最初に来るリトルエンディアンインターリーブ ストリームとして書き込まれます。
サンプリングレートは、デジタルオーディオを保存する以前の方法であるPCMアダプタを使用してビデオテープにデジタルオーディオを記録するときに達成されるものから採用されています。 [81] [82] ：第2.6節 オーディオCDは、 44.1kHzのサンプリングレートのナイキスト周波数である22.05kHzまでの周波数を表現できます。[83]
16ビット（ソニー）か14ビット（フィリップス）の量子化、および44,056または44,100サンプル/秒（ソニー）または約44,000サンプル/秒（フィリップス）の使用については長い議論がありました。ソニー/フィリップスタスクフォースがコンパクトディスクを設計したとき、フィリップスはすでに14ビットD/Aコンバータ（DAC）を開発していましたが、ソニーは16ビットにこだわりました。最終的にはソニーが勝ち、16ビットと44.1キロサンプル/秒が採用されました。フィリップスは、4倍のオーバーサンプリングを使用して14ビットDACで16ビットの品質を生み出す方法を見つけました。[17]
初期の CD には、高音域を人工的にブーストするプリエンファシスが施されていたものもあった。プリエンファシスは、チャンネルのダイナミック レンジをより有効に活用することで、見かけの信号対雑音比を向上させる。再生時に、プレーヤーはデエンファシス フィルターを適用して、周波数応答曲線を全体的に平坦なものに戻す。プリエンファシスの時間定数は 50 μs と 15 μs (20 kHz で 9.49 dB ブースト) で、ディスクサブコード内のバイナリ フラグは、必要に応じてプレーヤーにデエンファシス フィルターを適用するよう指示する。このようなディスクをコンピューターで再生したり、WAVファイルにリッピングしたりすると、通常、プリエンファシスは考慮されないため、このようなファイルは誤った周波数応答で再生される。[要出典] FFmpegには、標準の WAV ファイルを作成したり、プリエンファシス付きの CD を作成したりするために、プリエンファシスを削除 (または適用) するフィルターがある。[84]
4チャンネル、またはクアドラフォニックのサポートは、もともとCD-DAに組み込む予定でした。[85]レッドブック仕様では、1980年6月版、 [86] 1983年9月版、[87] 1991年11月版[88]で4チャンネルモードについて簡単に触れています。最初のページでは、CDシステムの「主なパラメータ」が示されており、「チャンネル数: 2および/または4同時[*]サンプリング」などが含まれています。脚注には、「2チャンネル以上の場合は、エンコーダーとデコーダーの図を調整する必要があります」と書かれています。
しかし、実際には、CD規格が国際電気標準会議に採用され、IEC 908:1987、[89]、後にIEC 60908:1999となったときに、規定が不十分な「4チャンネル」モードはCD規格から削除されました。[90]「4チャンネル」または「放送用」ビットの動作はどちらのCD規格でも規定されていなかったため、量販ディスクはレッドブックの4チャンネルモードを使用しようとはせず、プレーヤーもそれを実装しようとはしていません。
ストレージ容量と再生時間
CDの開発者らは当初、ディスク直径100 mm（ソニー）または115 mm（フィリップス）で60分の再生時間を目指していた。[ 19]ソニー副社長の大賀典雄は、1951年のバイロイト音楽祭でヴィルヘルム・フルトヴェングラーが指揮するルートヴィヒ・ヴァン・ベートーヴェンの交響曲第九番を録音するため、容量を74分に延長することを提案した。 [91] [92]再生時間が14分長くなると、ディスク直径を大きくする必要があった。しかし、フィリップスの主任技術者であるキース・ショウハマー・インミンクはこれを否定し、 [93]直径の拡大は技術的な考慮によるものであり、直径を大きくしてもフルトヴェングラーの録音は初期のCDには収まらなかったと主張している。[17] [19]
サンデー・トリビューンのインタビューによると、 [94]話はもう少し複雑です。1979年、フィリップスは世界最大の音楽配信会社の一つであるポリグラムを所有していました。ポリグラムはドイツのハノーバーに大規模な実験的なCD工場を設立し、直径115mmのCDを大量に生産することができました。ソニーにはまだそのような施設はありませんでした。ソニーが115mmディスクに同意していれば、フィリップスは市場で大きな競争上の優位性を持っていたでしょう。大賀が押し付けたベートーヴェンの第九交響曲の演奏時間が長いことが、フィリップスに120mmを受け入れるよう圧力をかけるために利用され、フィリップスのポリグラムはディスク製造における優位性を失いました。[94]
CDの再生時間は74分で、片面22分[95] [96]のLPレコードアルバムの一般的な長さよりも長いため、CDとLPが売上を競い合っていた初期の頃は、CDの利点としてよく利用された。CDにはボーナストラックが1曲以上収録されることが多く、消費者はボーナストラック目当てにCDを購入するよう促された。しかし、2枚組LPを1枚のCDにまとめようとすると、逆にCDの音声がLPよりも少なくなるという逆の結果になることもあった。その一例が、DJジャジー・ジェフ＆フレッシュ・プリンスの2枚組アルバム『He's the DJ, I'm the Rapper』で、このアルバムの最初のCDリリースでは、1枚のディスクに収まるように複数のトラックが編集されて長さが短縮されていたが、最近のCDの再発行では、結果としてアルバムが2枚のディスクに分かれてパッケージ化されている。 80分CDの登場により、以前は長さのために編集されていた2枚組アルバム（例：プリンスの『1999』 ）や、2枚組CDとしてパッケージ化されていた2枚組アルバム（例：ザ・フーの『Tommy』）が、1枚のディスクで再リリースされるようになった。
74分を超える再生時間は、トラックピッチ（ディスクをらせん状に巻くときにトラックを隔てる距離）を狭めることによって実現されます。ただし、ほとんどのプレーヤーは、レッドブックの許容範囲であれば、より狭い間隔のデータにも対応できます。[97] CDテクノロジーの末期に使用された製造プロセスでは、コンテンツ作成者が、作成されたCDが一部の再生機器でわずかにまたは完全に読み取れない場合に工場所有者の責任を免除する権利放棄書に署名することなく、オーディオCDに最大98分（複製工場ごとに異なる）を収録できました。この最終的な実践では、最小エンジニアリング許容範囲を減らすことで、最大CD再生時間が徐々に長くなりました。
技術仕様
データのエンコード
各オーディオ サンプルは、符号付き16 ビットの 2 の補数 整数で、サンプル値は -32768 から +32767 の範囲です。ソース オーディオ データはフレームに分割され、各フレームには 12 個のサンプル(左 6 個と右 6 個のサンプルが交互に) が含まれ、フレームあたり合計 192 ビット (24 バイト) のオーディオ データになります。
次に、このオーディオ フレームのストリームに対して CIRC エンコーディングが行われます。CIRC エンコーディングでは、データがセグメント化されて再配置され、エラー訂正コードで拡張されて、偶発的な読み取りエラーを検出して訂正できるようになります。CIRC エンコーディングでは、ディスク全体でオーディオ フレームが複数の連続したフレームにインターリーブされるため、情報のバースト エラーに対する耐性が高まります。したがって、ディスク上の物理フレームには、実際には複数の論理オーディオ フレームの情報が含まれます。このプロセスにより、各フレームに 64 ビットのエラー訂正コードが追加されます。その後、エンコードされた各フレームに 8 ビットのサブコード データが追加され、CD 再生時の制御とアドレス指定に使用されます。
CIRC エンコーディングとサブコード バイトを組み合わせると、チャネル データフレームと呼ばれる 33 バイト長のフレームが生成されます。これらのフレームは、8 ビットから 14 ビットへの変調(EFM) によって変調されます。EFM では、各 8 ビット バイトが、0 と 1 の間の遷移回数を減らすように設計された対応する 14 ビット ワードに置き換えられます。これにより、ディスク上の物理的なピットの密度が減り、エラー許容度がさらに高まります。曖昧さの解消と同期のために、各 14 ビット ワードの前に 3 つのマージビットが追加されます。合計すると、33 × (14 + 3) = 561 ビットになります。同期を容易にするために、各フレームの先頭に 27 ビット ワード (24 ビット パターンと 3 つのマージ ビット) が追加され、読み取りデバイスがフレームを簡単に見つけられるようになります。これにより、フレームには 588 ビットのチャネル データが含まれるようになり、192 ビットのデジタル オーディオにデコードされます。
チャネル データのフレームは、最終的にピットとランドの形で物理的にディスクに書き込まれます。各ピットまたはランドは一連の 0 を表し、遷移ポイント (各ピットのエッジ) は 1 を表します。Red Book互換のCD-Rには、実際のピットとランドの代わりに、有機染料の層上にピットとランドの形をしたスポットがあります。レーザーが染料の反射特性を変更することでスポットを作成します。
オーディオCDやビデオCD（モード2フォーム2）で使用されているエラー訂正セクター構造はデータディスク（モード1またはモード2フォーム1 ）よりも弱いため、C2エラーは訂正できず、データ損失を意味します。[108] [109]訂正不可能なエラーの場合でも、コンパクトディスクプレーヤーはデータ損失を補間して、損傷を聞こえないようにします。[110]
データ構造
オーディオ CD のオーディオ データ ストリームは連続していますが、3 つの部分に分かれています。メイン部分はプログラム領域で、再生可能なオーディオ トラックにさらに分割されています。このセクションの前にはリードイントラックがあり、リードアウトトラックが続きます。リードイン トラックとリードアウト トラックは無音オーディオのみをエンコードしますが、3 つのセクションすべてにサブコードデータ ストリームが含まれています。
リードインのサブコードには、ディスクの目次 (TOC) のコピーが繰り返し含まれており、プログラム領域とリードアウトのトラックの開始位置のインデックスが提供されます。トラック位置は、プログラム領域の開始を基準とした絶対タイムコードによって参照され、MSF 形式 (分、秒、およびフレームと呼ばれる小数秒)で構成されます。各タイムコード フレームは 1/75 秒で、98 チャネル データ フレームのブロック (最終的には、左右のオーディオ サンプルのペア 588 組) に対応します。サブチャネル データに含まれるタイムコードにより、読み取りデバイスは、TOC のタイムコードに対応するディスクの領域を見つけることができます。ディスク上の TOC は、ハード ドライブのパーティション テーブルに似ています。非標準または破損した TOC レコードは、 key2Audioスキームなどで、CD/DVD コピー プロテクションの形式として悪用されます。
トラック
CD 上の最大の要素はトラックと呼ばれます。CD には最大 99 個のトラック (ミックス モード ディスクのデータ トラックを含む) を含めることができます。各トラックには最大 100 個のインデックスを設定できますが、この機能をサポートしているプレーヤーは時とともに少なくなっています。ほとんどの曲はインデックス 1 で録音され、プリギャップはインデックス 0 です。ディスクの最後のトラックの最後に隠しトラックが配置される場合もあり、その場合はインデックス 2 または 3 を使用するか、プリギャップをインデックス 0 として使用します (後者の場合、トラックの開始位置であるインデックス 1 で時間カウンターが 0:00 までカウントダウンすると、トラックが再生されます)。これは、一部のディスクで「101 個のサウンド効果」が提供されている場合にも当てはまり、100 と 101 はトラック 99 で 2 と 3 としてインデックス設定されます。インデックスが使用される場合、トラック番号の小数部分として、99.2 や 99.3 のようにトラック一覧に表示されることがあります。 ( Information SocietyのHack は、同様に目立たないCD+G機能を備えたリリースに続いて、これを実現した非常に数少ない CD リリースの 1 つでした。) CD のトラックとインデックスの構造は、それぞれタイトルとチャプターとして DVD 形式に引き継がれました。
トラックはタイムコード フレーム (またはセクター) に分割され、さらにチャネル データ フレームに細分化されます。
フレームとタイムコードフレーム
CD の最小のエンティティは、33 バイトで構成されるチャネル データフレームで、6 つの完全な 16 ビット ステレオ サンプル (オーディオ用に 24 バイト (2 バイト × 2 チャネル × 6 サンプル = 24 バイト)、CIRC エラー訂正用に 8 バイト、サブコード用に 1バイト) が含まれます。「データ エンコーディング」セクションで説明したように、EFM 変調後、フレーム内のビット数は合計 588 になります。
Red Bookオーディオ CDでは、データはMSF 方式を使用してアドレス指定され、タイムコードは分、秒、および別の種類のフレーム(mm:ss:ff) で表されます。1 フレームはオーディオの 1/75 秒 (左サンプルと右サンプルのペア 588 個) に相当します。このタイムコード フレームは、前述の 33 バイトのチャネル データ フレームとは異なり、時間の表示と読み取りレーザーの位置決めに使用されます。CD オーディオを編集および抽出する場合、このタイムコード フレームはオーディオ CD のアドレス指定可能な最小の時間間隔です。したがって、トラック境界はこれらのフレーム境界でのみ発生します。これらの各構造には 98 個のチャネル データ フレームが含まれ、合計で 98 × 24 = 2,352 バイトの音楽になります。CD は 75 フレーム (またはセクター)/秒の速度で再生されるため、44,100 サンプルまたは 176,400 バイト/秒になります。
1990 年代に、CD-ROMおよび関連するデジタル オーディオ抽出(DAE) テクノロジでは、各タイムコード フレームを指すためにセクターという用語が導入されました。各セクターは 0 から始まる連続した整数で識別され、トラックはセクター境界に揃えられています。オーディオ CD セクターは、2,352 バイトのデコードされたデータに相当します。レッド ブックではセクターについて言及しておらず、MSF アドレス指定スキームの「フレーム」以外では、ディスクのデータ ストリームの対応するセクションを区別していません。
次の表は、トラック、タイムコード フレーム (セクター)、およびチャネル データ フレームの関係を示しています。
ビットレート
Red Bookオーディオ CDのオーディオビット レートは、1,411,200ビット/秒(1,411 kbit/s) または 176,400バイト/秒です。つまり、2 チャネル × チャネルあたり 44,100 サンプル/秒 × 16 ビット/サンプルです。CD から入力されるオーディオ データはセクターに格納され、各セクターは 2,352 バイトで、75 セクターに 1 秒のオーディオが含まれます。比較のために、「1×」CD-ROMのビット レートは、セクターあたり 2,048 バイト × 75 セクター/秒 = 153,600 バイト/秒と定義されています。セクターの残りの 304 バイトは、追加のデータ エラー訂正に使用されます。
コンピュータからのデータアクセス
DVDやCD-ROMとは異なり、 Red Bookオーディオ CD には「ファイル」はありません。LPCMオーディオ データの連続ストリームが 1 つと、8 つのサブコードデータ ストリームの並列の小さなセットがあるだけです。ただし、コンピューターのオペレーティング システムでは、オーディオ CDにファイルが含まれているかのようにアクセスできます。たとえば、 Windows では、 CD の目次がCompact Disc Audio トラック(CDA) ファイルのセットとして表され、各ファイルにはオーディオ データではなくインデックス情報が含まれています。ただし、macOSのFinderでは、CD のコンテンツがAIFF拡張子を持つ実際のファイル セットとして表示され、実際のファイルであるかのように、トラックごとに直接、ランダムに、個別にコピーできます。実際には、macOS は、ユーザーにはまったく意識されることなく、必要に応じてバックグラウンドで独自のリッピングを実行します。コピーされたトラックは、ユーザーのコンピューターで完全に再生および編集できます。
リッピングと呼ばれるプロセスでは、デジタル オーディオ抽出ソフトウェアを使用して CD-DA オーディオ データを読み取り、ファイルに保存できます。この目的で使用される一般的なオーディオファイル形式には、LPCM データの前に短いヘッダーを付けるだけのWAVと AIFF、スペースを節約しながらも変更なしで復元できる方法で LPCM データを圧縮するFLAC、ALAC、およびWindows Media Audio Lossless 、およびオーディオ データを変更および圧縮してオーディオを不可逆的に変更するが、人間の聴覚の特徴を利用して変更を判別しにくくするさまざまな非可逆知覚 コーディング形式 ( MP3、AAC、およびOpus など)があります。
フォーマットのバリエーション
レコード出版社は、レッドブック規格に違反する CD を製造してきました。中には、コピー防止を目的として、コピーコントロールなどのシステムを使用してそうする者もいます。また、CD 層と DVD 層の両方を含むDualDiscなどの追加機能のためにそうする者もいます。この場合、CD 層は、レッドブックで規定されている公称 1.2 mm、最低 1.1 mm よりもずっと薄い 0.9 mm です。フィリップスおよび他の多くの企業は、このような非準拠ディスクに Compact Disc Digital Audio のロゴを含めることは商標権侵害に当たる可能性があると述べています。
スーパーオーディオCDは1999年に発表された規格で、CDよりも優れた音質を提供することを目的としたものです。DVD -Audioもほぼ同時期に登場しました。[111]どちらのフォーマットも、より高いサンプリングレートとDVDメディアを使用することで、より忠実度の高いオーディオを実現するように設計されました。どちらのフォーマットも広く受け入れられませんでした。
著作権の問題
音楽のコピーを防止するため、レコード業界はオーディオ CD (Compact Disc Digital Audio) をコンピュータのCD-ROMドライブで再生できないようにする動きを見せています。これは、ほとんどのスタンドアロン オーディオ プレーヤーに組み込まれた回路で自動的に補正できるエラーをディスクに意図的に組み込むことによって行われますが、CD-ROM ドライブを混乱させる可能性があります。2001 年 10 月現在、消費者の権利擁護団体は、公式の Compact Disc Digital Audio 規格 ( Red Bookと呼ばれることが多い) に準拠していないコンパクト ディスクに警告ラベルを貼付し、どのディスクではコンテンツが完全に公正に使用できないかを消費者に知らせるよう求めています。
2005 年、ソニー BMG ミュージック エンタテインメントは、一部のオーディオ CD で使用されている拡張コピー保護(XCP)と呼ばれるコピー保護メカニズムによって、コンピューターにコピー防止ソフトウェアが自動的かつ密かにインストールされたことで批判を受けました (ソニー BMG コピー保護ルートキット スキャンダルを参照)。このようなディスクは、CD を管理するレッド ブック標準に違反しているため、法的に CD またはコンパクト ディスクと呼ぶことは許可されておらず、たとえば Amazon.com では、これらを「コンパクト ディスク」や「CD」ではなく「コピー保護ディスク」と説明しています。
参照
注記
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