Sedamdesetih godina prošlog stoljeća gramofoni i ploče su postajali sve manje popularni u asortimanu audio uređaja kao i nosača zvuka. Tada je već krenula borba na tržištu kako bi isti postali manjih dimenzija. Naravno da to nije bilo moguće sa gramofonima i pločama prečnika 30 cm. Štaviše, ploče su bile mehanički ostjetljive i sa njima se moralo pažljivo rukovati. Ogrebotina ili prljavština mogu trajno pokvariti uživanje u glazbi koja se sluša.
Prepoznajući ova ograničenja, Lou Ottens, razvojni inžinjer Philips džepnog diktafona i kompaktne kasete, i honorarni CTO Audio Industry Group kompanije Philips Corporation u Eindhovenu, u Holandiji, počeo je tražiti manje, efikasnije alternative plejeru i medijima. Tržište je zahtijevalo novi kompaktni format koji bi zamijenio vinil.
Lou Ottens
Mala veličina kompaktne kasete, koja je bila njezina glavna marketinška prednost, postala je vektor i model kao primjer za budući format. Iako se kvaliteta zvuka kaseta poboljšala 1970-ih, uglavnom zahvaljujući boljoj kompoziciji vrpce i kompanderskim sistemima, nikada nije nadmašila kvalitetu zvuka vinilnih ploča.
Dok je Ottens tražio prikladnog nasljednika vinilne ploče, odjel za optiku, na čelu s P. Kramerom, u Philipsovom istraživačkom laboratoriju u Eindhovenu, također poznatom kao Nat.Lab (Natuurkundig Laboratorium), eksperimentirao je s potpuno novim sistemom za snimanje i reprodukciju analognih video signala u boji, kasnije poznatih kao VLP (Video Long Play).
Ottens, svjestan VLP tehnologije, zamolio je inženjere Nat.Laba da istraže mogućnosti optičkog snimanja i reprodukcije četiri (quadro) audio signala na optičkom disku od 20 cm. Quad audio je tada prepoznat kao format bogatijeg zvuka od klasičnog sterea. Projekt je nazvan ALP (Audio Long Play), što ukazuje na njegovu srodnost s VLP-om. Važno je napomenuti da signal snimljen na VLP-u ima odvojenu amplitudu, ali ne i odvojeno vrijeme te je analogni signal.
Zbog poznatih “ispadanja” na VLP diskovima, inženjeri su ozbiljno sumnjali u mogućnost reprodukcije zvuka Hi-Fi kvalitete analognom metodom, jer audio nema istu redundanciju podataka kao video. A s metodom digitalnog snimanja, možete koristiti kod koji ispravlja greške koje će se pojaviti tokom reprodukcije.
Zanimljivo je da ideja za CD zapravo nije bila Philips ili Sony. Još 1965. James Russell u Battelleovom sjeverozapadnom laboratoriju u Richlandu, Washington, radio je na pohranjivanju digitalnih informacija na optički disk. Godine 1970. dobio je patent za sistem za snimanje i reprodukciju analogno-digitalne fotografije (američki patent 3,501,586). Russell je izmislio opšti koncept optičkog digitalnog snimanja i reprodukcije. A 1969. David Paul Gregg dobio je patent za optički video disk (američki patent 3,430,966). Dakle, može se reći da su ovo dvoje ljudi djelomično izmislili osnovne komponente CD-a.
James Russell
Nije lako ukratko opisati razlike između sistema opisanih u ova dva patenta i Philips-Sony CD standarda uspostavljenog 1980. godine. Ali dopustite mi da spomenem samo jednu temeljnu razliku. Snimanje i reprodukcija na CD sistemu dva digitalna audio signala unutar jednog sata i s omjerom signal/šum od 97 dB nije bilo moguće bez ispravljanja i prikrivanja grešaka. Signal koji se spominje u Greggovu patentu je analogan, što isključuje korištenje koda za ispravljanje grešaka. Iako je signal opisan u Russellovom patentu digitalan, ne spominje ispravljanje grešaka.
Međutim, digitalni ALP sistem bio je složen i skup za implementaciju početkom 1970-ih. Osim toga, ograničena mogućnost razvoja digitalne opreme u to vrijeme i visoka cijena hipotetskog digitalnog playera spriječili su potrošače da pređu na digitalne audio sisteme. Stoga je odlučeno da se projekt razvije prema “analognom” scenariju.
Prototip iz laboratorija Philips
Krajem 1975. ALP player i disk bili su spremni za testiranje. Ispostavilo se da su ispadanja uzrokovala previše čujnih klikova i određenih šumova, a niti jedan od dva demodulatora nije proizvodio Hi-Fi zvuk. Tako se analogni ALP pokazao kao slijepa ulica.
Jedan od kasnih Philipsovih prototipova CD playera
Sljedeći korak za ALP projektni tim bio je sistem koji koristi delta modulaciju (DM), ali bez upotrebe koda za ispravljanje grešaka, tako da ga je bilo lakše implementirati. Međutim, DM signal je bio osjetljiv na greške koje su uzrokovale zvučne klikove. Fallout maskiranje nije primijenjeno. Korištenje koda za ispravljanje grešaka bilo je neizbježno…
Međutim, 25. Novembra 1977. prototip DM-ALP ipak je predstavljen upravnom odboru Philipsa. Odbor je zaključio da bi se kvaliteta zvuka trebala poboljšati i biti viša od kvalitete vinila. Također su naglasili da bi razvojni inžinjeri trebali nastojati postići globalni standard za ovu novu optičku audio tehnologiju. Odbor nije želio ponoviti istoriju nekoliko standarda, kao što se dogodilo s televizijom koja je imala tri standarda: NTSC, PAL i SECAM, te s videorekorderima koji su također u to vrijeme imali tri standarda: VHS, Betamax i V2000.
Na temelju ovih uputa upravnog odbora, uprava razvojnog tima odlučila je pojačati svoje napore. Na prijedlog Joopa Van Tilburga, izvršnog direktora tvrtke Philips Audio, naziv ALP je promijenjen u Compact Disc ili jednostavno CD. Riječ “Compact” odgovarala je još jednom Philipsovom hitu, kompaktnoj kaseti.
Prvi Philips CD
Utvrđeno je da promjer CD-a iznosi 11,5 cm, što je jednako dijagonali kompaktne kasete. Vrijeme reprodukcije digitalnog optičkog diska bilo je ograničeno na jedan sat. Štoviše, uprava projekta odlučila je stvoriti CD Lab za izradu prototipa CD playera i CD-a sa audio zapisom koji bi se mogli demonstrirati cijelom svijetu. Yop Sinju je postao voditelj projekta, a unutar njegovog laboratorija okupljen je tim od 35 ljudi.
Početkom 1978. godine započelo je definiranje tehničkih parametara sistema CD-a. Nakon kratkog razdoblja i rasprave između CD Laba i Nat.Laba, određene su brojne tehničke specifikacije i parametri, kao što su: 14-bitna dubina kvantizacije za svaki od dva audio signala, 85dB omjer signala i šuma, dovoljan da šum kvantizacije učini nečujnim, opseg od 0-20 kHz i opseg za svaki od dva audio signala od 44,3 kHz.
Prototip transporta CD Lab-a
Kod za ispravljanje grešaka idealno bi se trebao oslanjati na statistici grešaka CD-a masovne proizvodnje, ali to još nije moguće. No, preliminarna mjerenja obavljena su u odjelu optike koja su pokazala da je većina grešaka u digitalnom optičkom disku greška s jednim, dva ili tri bita. S vremena na vrijeme javljala se i greška (ispadanje) maksimalne dužine oko 200 bita. Za ispravljanje ovih grešaka razvijen je poseban kod za ispravljanje grešaka.
Prototip iz CD Laba
Drugi značajan doprinos Nat.Laba bio je potpuno monolitni 14-bitni digitalno-analogni pretvarač. Dva takva DAC-a korištena su u prototipu sistema. Godine 1978. to je bio jedini DAC takve rezolucije dostupan na tržištu.
Philips TDA1541 prototip čipa
Nedugo prije Božića 1978. “mali gramofon” je bio gotov i Yop Sinju ga je pokazao timu CD Laba. Rekao je: “Ovo je naše malo dijete, pa dajmo mu ime.” Jedan od njegovih inženjera po imenu Mons rekao je: “njegovo ime je Pinkeltier.” Pinkeltier je bio patuljak iz nizozemske bajke koju je Mons čitao svojoj djeci.
Isti Pinkeltier iz osobne kolekcije Yopa Sinjua
Dana 6. Februara 1979., prototip sistema nazvan Pinkeltier, s diskovima od 11,5 cm koje je napravio CD Lab, demonstriran je audio stručnjacima u PolyGramu u Baarnu, Nizozemska. PolyGram je, inače, osnovan 1972. godine kao rezultat spajanja diskografskih industrija Philips i Siemens.
Prije nego što odluče hoće li proizvoditi CD-ove, stručnjaci su htjeli utvrditi zadovoljava li kvaliteta zvuka ovog novog audio sistema njihove standarde. Tokom usporednih testova, stručnjaci za zvuk su se mnogo puta prebacivali između glazbe s CD playera i originalnih analognih master vrpci. Ovi stručnjaci nisu mogli utvrditi razliku u kvaliteti zvuka.
U skladu sa svojim strateškim planom, poslovna jedinica Philips Audio odlučila je da je došlo vrijeme za predstavljanje CD-a. Tako je 8. Marta 1979. u uredu Philipsa u Eindhovenu predstavljen prototip CD sistema i diska. Sam Yop Sinju pokazao ih je publici od oko 300 novinara. Novinari su komentarisali kako je demo sistem bio impresivan, a posebno iznenađujuće bilo je potpuno odsustvo bilo kakvog pozadinskog šuma tokom pauza u glazbenim odlomcima.
8. Marta 1979. godine Yop Sinju predstavlja novi format
Nakon što je prototip sistema predstavljen, za Philips Audio bilo je važno pronaći snažnog industrijskog partnera koji bi bio zainteresiran za saradnju kako bi zajednički CD standard doveo do ostvarenja. Philipsov audio menadžment obratio se nekoliko japanskih kompanija kako bi prikazali i demonstrirali Philipsov prototip CD-a. Tako je u razdoblju od 14. Marta do 23. Marta 1979. godine održana demonstracija prototipa u kompanijama: JVC, Sony, Pioneer, Hitachi i MEI (Matsushita).
Publicisti prvi put vide CD
Posjećen je i Digital Audio Disc Committee (DAD). Japansko Ministarstvo industrije i trgovine zadužilo je DAD da procijeni različite sisteme digitalnih audio diskova koji se razvijaju i preporuči svjetski standard.
Posljednjeg dana posjeta, Joop Van Tilburg primio je telefonski poziv od samog Akia Morite, predsjednika Sonyja. Morita je rekao da je nakon konsultacija s upravom Sonyja odlučio sklopiti partnerstvo s Philipsom. Uskoro je potpredsjednik Sonyja Norio Oga došao u Eindhoven kako bi razgovarali o ugovoru. Sony je bio savršen partner za Philips. Ne samo da je imao izvrsnu poziciju u segmentu snimanja digitalnih audio vrpci, već je također razvio svoj optički digitalni audio player i prototipe diskova.
Kako bi postavili zajednički standard za CD sistem, Philips i Sony dogovorili su niz sastanaka u Eindhovenu i Tokiju. Tokom ovih sastanaka tehnički stručnjaci iz Philipsa i Sonyja raspravljali su o pitanjima kao što su vrijeme reprodukcije diska, promjer diska, brzina uzorkovanja zvuka, kvantizacija signala (bitovi po uzorku) i format signala koji će se koristiti. Tvrtke su razmijenile mišljenja i raspravile niz pitanja u svojoj namjeri da proizvedu specifikacije do travnja 1980. za DAD konferenciju u Junu.
Dirigent Herbert von Karajan s Akiom Moritom, predsjednikom Sonyja, pregledavajući prototipove Philipsa i Sonyja. Lijevo je Yop Sinju.
Prema Yop Sinju, promjer od 11,5 cm prototipa diska, na osobni zahtjev Noria Ogija, promijenjen je na 12 cm. Činjenica je da je na disk od 12 cm bilo moguće snimiti Oggyjevo omiljeno djelo – Beethovenovu Devetu simfoniju, u trajanju od 74 minute.
Norio Oga radio je i kao dirigent
I jedna anegdota o tome kako je određena veličina središnje rupe na disku. Kad se ovo pitanje pojavilo tokom jednog od sastanaka Philips-Sony, Yop Sinju je na stol stavio nizozemski novčić od 10 centi. Svi su se složili da je to savršena veličina za rupu.
Na konferenciji DAD ocijenjena su tri novorazvijena sistema. To su bili sistemi optičkih diskova koje su ponudili Sony i Philips, mehanički sistem koji je predložio Telefunken i elektrostatički sistem koji je predložio JVC. Svi su se značajno razlikovali, ali glavni problem konkurenata bio je taj što ovi sistemi čitaju signal kroz izravan kontakt s površinom diska. U travnju 1981. DAD konferencija službeno je dala odobrenje samo za jedan sistem. Odlučili su prepoznati sistem Sony-Philips kao jedini adekvatan.
Prototip Philips CD playera CD400 s vertikalnim punjenjem (Vertical loading)
Philips i Sony objavili su zajednički standard u Junu 1980. Definirao je kvalitetu sekvencijalnih operacija obrade signala. Te su operacije bile: A/D konverzija, kodiranje ispravljanja grešaka, modulacijsko kodiranje, modulacijsko dekodiranje, ispravljanje grešaka, prikrivanje otkrivenih grešaka i na kraju digitalno-analogna konverzija.
Poznati prototip Sony Goronta
Tako je rođen poznati standard “Red Book”, niz dokumenata koji opisuju disk od 120 mm koji prenosi glazbu u rezoluciji od 16 bita / 44,1 kHz. Brzina uzorkovanja temelji se na Nyquistovom teoremu koji u ovom slučaju opisuje minimalnu frekvenciju potrebnu za reprodukciju svih frekvencija koje ljudi teoretski mogu čuti. Sampling frequency ili frekvencija uzorkovanja mora biti najmanje dvostruko veća od frekvencije koju želimo snimiti. Kako teoretski čujemo najviše 20kHz, logično je da uzorkovanje mora biti 40kHz i više, u ovom slučaju 22050Hz x 2 = 44100Hz ili 44,1KHz.
Sam CD, međutim, neće biti službeno dostupan široj javnosti sve do 1983. godine.
Godine 1983. na tržištu su se pojavili CD playeri i sami diskovi. Ubrzo nakon toga cijeli je svijet prihvatio ovaj novi način slušanja glazbe. Nakon pojave CD tehnologije uslijedilo je nekoliko desetljeća razvoja sistema digitalnih optičkih diskova za reprodukciju i snimanje računalnih podataka, glazbe i videa.
Sony CDP-101 – prvi komercijalni CD player na svijetu
Ovaj evolucijski proces pokrenut je 8. Marta 1979., kada je javno predstavljen i demonstriran prototip s patuljkom Pinkeltier čudnog imena s malim polikarbonatnim diskom.
