コンパクトディスク

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コンパクトディスク（Compact Disc、CD）は、デジタル情報を記録するためのメディア。光ディスク規格の一つで、レコードに代わり音楽を記録するため、ソニーとフィリップスが共同開発した。現在ではコンピュータ用のデータなど、音楽以外のデジタル情報も扱うことができる。音楽CDについてはCD-DAも参照。

概要

コンパクトディスクの外見は直径12cmまたは8cm、厚さ1.2mmの円盤状で、プラスチックから作られている。プラスチックの材質はポリカーボネートであるが、APO（非晶質ポリオレフィン）やガラスを使用したものもある。読み取りには780nmの赤外線レーザーが用いられ、照射したレーザー光の反射を読み取る。レーザー光を反射させるため、コンパクトディスクはアルミニウム蒸着膜（厚さ約80nm、これが鏡のような役割を持ちレーザー光を反射する）と保護層（厚さ約10μm）、（レーベルなどの）印字膜の複数の層を重ねた構造になっている。

ディスクには非常に細かいくぼみが彫られており、このパターンによってデジタル情報を表現している。このくぼみ（読み取り面から見れば出っ張りになる）をピットといい、ピットのない部分をランドという。ピットのない部分に当ったレーザー光は反射してそのまま戻ってくるが、ピットがある部分に当ったレーザー光は、ランドからの反射波と1/2波長の位相差をもつため干渉して打ち消しあい暗くなる。この明暗によりデジタル信号を読み取り、これをアナログ信号に戻して音声として出力する。ピットの幅は0.5μmで、長さは0.83μmから0.3μm単位で3.56μmまで9種類、ピットから次のピットまでの距離も同じ9種類である。またピットの列をトラックというが、このトラックは1.6μm幅で、内側から外側に向かって渦巻状に並んでいる。なおCDの虹色のような光沢は、この規則正しく並んだトラックで回折した光が干渉することによる構造色である。

データをピット列として記録するにはEFM (Eight to Fourteen Modulation) という変調方式が用いられる。また、誤り訂正はCIRC (Cross-Interleaved Reed-Solomon Code) によるが、コンピュータのデータ保管等、1bitの誤りも許されない用途には、追加の誤り検出、訂正が行われている。

音楽用途の場合、デジタルのPCM形式で最大79分58秒、99トラックの音楽が記録できる。また、規格上、1トラック中には99インデックス（位置決め標識）を設けることができ、CD登場のごく初期においては、インデックスを扱うことのできるプレーヤーやディスクが存在したが、その後ほとんど普及することはなかった。アルミニウムのかわりに金を使用したものもある（「ゴールドディスク」と呼ばれる）。

スーパーオーディオCDやDVDオーディオが登場した現在でも音楽供給媒体としてはいまだにCDが主流であり、これらの次世代メディアへの置き換えは進んでいない。CDの本当の敵は、それら次世代（有形）メディアではなく、インターネットによる音楽配信だという意見もある。要出典

主な構造

上から印刷層、保護層、反射・記録層、樹脂層で、記録層の部分は印刷面から10μm (0.01mm)（樹脂層から約1.2mm）の所にある。その為、印刷面からの衝撃に弱く、鉛筆やボールペン等、フェルト以外の油性マーカーで記入を行うと記録層にダメージが加わり、音飛びなどの症状が出ることもある。最悪の場合読み込めなくなる可能性も考えられる。印刷層側に深い傷が入ったり、湿度の高い場所に放置すると、記録層をのぞき反射層までがはがれることがある。ちなみに、DVDの記録層は印刷面から0.6mm（樹脂層からも0.6mm）、ブルーレイディスクでは0.1mm（樹脂層から1.1mm）である。レーベルのデザインによるが、近年では、反射層と印刷層が穴の部分まで拡大されたものが主流となっている。

タイトル曲・カップリング曲

カップリング曲 も参照 レコードでは表をA面・裏をB面と呼んでいたが、CDには1面しかないので、ポピュラー音楽のCDシングルなどの場合は、レコードでのA面曲に相当するものを「タイトル曲」、B面曲に相当するものを「カップリング曲」（c/wと表記されることもある。coupling with の意）などと呼び分けている。

ただし、「タイトル曲」を2曲入れたCDシングルは、CDであっても「両A面」という呼び方をすることが多い。

容量

1枚のコンパクトディスクは、CD-ROM形式の場合約650 - 700MBの容量を持ち、CD-DA形式では最大収録時間は約74分 - 80分である。

コンパクトディスクは、650MBでは約333,000セクタ、700MBでは約360,000セクタからなる。1セクタは2,352バイトであるが、1セクタあたりのデータ容量はCD-ROMで2,048バイト、CD-DAで2,352バイトである。CD-ROMはCD-DAより厳密なエラー訂正が必要となるため、2,352バイトのうち304バイトをヘッダやエラー訂正などに割り当てていることから、CD-DAより容量が少なくなる。一部では800MBを超える容量のものもあるが、一部の機器では読み取れない場合がある。

なお、この650MBという容量は、以下の計算式によって求められる。 CD-DA形式では、音楽データをサンプリング周波数44.1kHz、ビット深度16bit、チャンネル数2.0chステレオで記録している（1秒分の音楽データを44,100回に分割し、1回あたり16bitを費やして記録している）。 このため、1秒分のデータ量は16×44,100×2÷8＝176,400バイトである。 これが74分分だと176,400×60×74＝783,216,000バイトとなり、これは約747MBとなる。全領域に音楽データだけを記録するならこれだけの記録が可能なのだが、CD-ROMの場合はエラー訂正用データ等が入るため、全領域を使用できない。従って、使用できる容量は783,216,000×2048÷2352＝681,984,000バイトとなり、これが約650MBとなる（1kB＝1,024バイト、1MB＝1,024kB換算）。

最大収録時間

最大収録時間（約74分）が決まったいきさつについて、開発元のソニーによれば以下の通りである。

開発の過程で、カセットテープの対角線と同じでDINに適合する11.5センチ（約60分）を主張するフィリップスに対し、当時ソニー副社長で声楽家出身の大賀典雄が「オペラ一幕分、あるいはベートーベンの第九が収まる収録時間」（12cm、75分）を主張して、調査した結果クラシック音楽の95%が75分あれば1枚に収められることから、それを押し通した[1]。

その他、カラヤンや大指揮者たちの演奏が絡んでいるという話も流布している。

開発当時、指揮者カラヤンが「ベートーベンの交響曲第九番を収録できるように」と提言した。実際には彼の演奏時間は六十数分である。もちろん指揮者によって演奏時間は変わるが、1951年にライブ録音されたまたはその他のオーケストラとのフルトヴェングラー指揮の交響曲第九番は歴史に残る名演奏とされ、演奏時間も長い（およそ74分）ことや、同時代のウィーン・フィルとべームやバーンスタインの演奏がそれに匹敵する長さであることから、これらの演奏がコンパクトディスクの規格になったといわれる。
この話では、カラヤンがなぜ、フルトヴェングラー指揮による演奏のCD化に対して心配しているのか疑問が残るものの、カラヤンが音楽媒体のディジタル化を望んでいたことは事実であり、他方では大賀がフィリップスを説得するためにカラヤンの名を引き合いに出したという見方もある。

また、8cmCD（CD SINGLE）の最大収録時間は約22分程度である。これは、CDビデオのオーディオパートとビデオパートを分けてそれぞれ開発した際に由来している。8cmというサイズは、ケースに収納したときレコードのシングル盤ケースのちょうど半分のサイズとなるため、店舗でレコード用の棚を使いまわせるだろうと考えたため。

転送速度

音楽CD（CD-DA形式）の再生時のデータの転送速度は等倍速で1倍速 (150kB/s) を基準として、最大記録時間は640MBのディスクで約72分、650MBのディスクで約74分、700MBのディスクで約80分、最新の800MBのディスクで約90分となる。この音楽CDの1倍速を基準として、ディスクのデータ転送速度を表すのに「○倍速」という言い方をする。

マルチメディア媒体

当初から音声・映像記録媒体として開発し、物理フォーマットは既に決まっていたが音声記録ディスクの論理仕様が先行して策定された。そのため少し遅れてビデオ記録用としてCDVが策定されたが、普及しなかった。後にデータ記録用としてCD-ROM、ビデオ記録用としてビデオCDなどの論理仕様が策定された。これらと対比して音声記録ディスクをCD-DAという。

さらに記録にピットを用いずに、レーザーによる媒体の物理的変化を利用して同等なデジタルデータの書き込みを行う方式が開発された。CD-Rはエンドユーザがデータの追加記録ができる。また、記憶領域の再利用（すなわち記録してしまった領域を取り戻し、空き領域とすること）ができない CD-R に対して、データの消去を可能にし、書き換えができるものをCD-RWという。

CDの技術を踏まえて音質の向上、あるいは著作権管理機能の強化を目指したディスク媒体の開発が引き続き行われている。オーディオ分野で実用化されたものとしてはスーパーオーディオCD（SACD）、DVD#DVDオーディオなどが開発されたが、どれもCD-DAを代替するまでの普及には至っていない。

コンパクトディスク (CD) の寿命

CDの寿命としては、蒸着した反射膜の寿命、基板となるポリカーボネートの寿命、そして、CD-Rの場合には色素の寿命の観点がある。全般として直射日光や高温・多湿を嫌う。

スパッタリングした反射膜

現在、スパッタリング法によってアルミニウムの反射膜を形成する方法が主流となっているが、アルミニウムを用いるCDは、環境にも依るが20 - 30年が限度と見積られており、現在長期的な保存を可能とした製品の開発が急務となっている。その一方で、メーカー側などでは80年前後保存が可能とする主張もある[2]。なお、反射膜に金を用いた場合、100年前後保存が可能と見積られているがコストの問題など解決しなければならない課題がある。安価なものは、印刷・反射層が端からはがれてきたり、水分が反射膜に浸透してアルミニウムが錆びてしまい反射の機能を失うなど短寿命のものが多い。

色素

CD-Rでは記録面に真夏の昼間の日差しを当て続けると、色素が変化し読み込めなくなったり、質の悪い媒体の場合には蛍光灯に含まれる紫外線で変化するものもある。また、高温・多湿の環境に置くと、ごく短時間でも印刷・反射層が端からはがれてくる事がある。

基板

現在のディスクに用いられるポリカーボネートは湿気に遇うと加水分解する欠点があり、徐々に白濁していく。これにより情報を読み取るレーザーが通らなくなり、情報を読めなくなる。ディスクの寿命としては前述の反射膜や色素の寿命が良く取りざたされるが、環境によってはポリカーボネートの透明度で寿命が定まることに留意が必要である。

尚、この欠点を積極的に活かし、開封後数週間程度で白濁する様に製造された媒体もある。これにより、音楽や映像のソフトウェアを再生できる日数を制限する。

温度や湿度変化の影響が比較的少ないガラス製のCDが開発・発売され、保存性の改善が期待されている。2008年には液晶パネル用のポリカーボネートを使用したスーパー・ハイ・マテリアルCD（SHM-CD）とハイ・クオリティCD（HQCD）が開発・発売されている。

コンパクトディスク (CD) の規格

コンパクトディスクの仕様・規格は、対象とする範囲や目的によって複数の規格に分かれており、各規格基準書の表紙の色によってそれぞれが呼び分けられている。[3]

（以下、「規格名 / 対象範囲」）

コンパクトディスク (CD) の歴史

  1. 1981年のザルツブルク復活音楽祭で、ヘルベルト・フォン・カラヤン財団が、ソニー、フィリップス、ポリグラム・グループと協力し、急遽、CDの生産に踏み切ると発表した。
  2. 1982年10月1日、日本ではソニーから最初のCDプレーヤー（CDP-101）とCDソフトが発売された。同時に、レコード店で取扱いが始まったが、当初は「レコードよりも音質がよく、ノイズがないニューメディア」として扱われた。レコードと同じ商品のCD版として売られ、価格もレコードより2割ほど高かった。レコードではライナーノーツといわれる楽曲説明を載せた印刷物が入っていたが、当時のCDは現在の様に中綴じ製本されたものではなく、LPと同じライナーノーツを4つに折ってCDケースに入れる例が多かった。
  3. 翌1983年の早い時期に、米国およびその他の市場で販売開始となった。
  4. 1980年代中頃になると、 "AAD" / "ADD" / "DAD" / "DDD" といった表記が印刷されるようになる（レコード会社によっては"Digital Recording""Digital Mastering"など異なった表記がされているものがある）。最初の文字は「レコーディング方式がアナログかデジタルか」、二番目の文字は「ミキシング方式がアナログかデジタルか」、三番目の文字は、「マスタリング方式がアナログかデジタルか」を表す。商品がデジタルメディアであるCDでは三番目の文字は常に"D"である。（アナログレコードでもこの表示が為されていた商品がある）この表示は日本ではすぐに廃れた（若しくは他の表記に変更された）が、輸入盤CDや、クラシックやジャズなどの作品には未だにこのマークが印刷されているものがある。
  5. レコード会社が親会社であるオーディオメーカーに配慮してレコード生産を縮小したこともあり、1986年、販売枚数ベースでCDがLPを追い抜いた。
  6. その後、1990年代にかけて、LPは生産されなくなっていく。しかし90年代末期以降、ごくわずかな需要や、最近注目されつつあるアナログ音響ブームもありLPが再生産されるケースが増えてきている。
  7. 2006年にガラス基板のCDが発売された。通常のディスクと較べると、理論的に音質の劣化が起きにくいとされている。一方でコスト面やプレイヤーとの互換性に関して欠点もあげられている。
  8. 2008年、CDの保護層に液晶パネル用のポリカーボネートを採用したスーパー・ハイ・マテリアルCDが登場。それが一定の評価を得たことを受け、追随する形でハイ・クオリティCDとブルースペックCDが同年に販売された。

「コンパクト」という名称とディスク・サイズについて

この記録メディアに「コンパクト」という言葉が使用された理由は、フィリップス社の意向によるところが大きい。CDの開発段階でフィリップス社がソニーに提示した試作品の大きさは、コンパクトカセット（開発はフィリップス社）の対角の長さと同じ直径11.5cm（カセット本体が試作品CDにきれいに内接する大きさ）であり、コンパクトカセットとの名称の一貫性が図られていた（ただし、その後ソニー側の提案で収録できる時間を延長したため、実際には直径は0.5cm増えて12cmとなった）[4]。

コンパクトディスク (CD) が登場した1982年は、まだ直径30cmのアナログレコードが広く流通しており、「直径12cmのディスクに30cmのレコードと同程度の時間だけ音楽が記録できる」ことは驚きで、「コンパクト」（小型に収めた）というこの名称は適切なものであったといえる。因みに、当時の映像分野での最先端記録メディア「レーザーディスク」が直径30cm、コンピュータの分野の「フロッピーディスク」は8インチ（1辺が約20cm）または5.25インチ（同13cm）が使用されていた。

その後の技術革新で各種記録メディアの小型化・高密度化なども進んだが、スーパーオーディオCD、DVD、DVDオーディオ、次世代DVD（ブルーレイディスク、HD DVD）などの光ディスクはいずれも直径12cmであり、この大きさは今後もこの分野での標準として継続するであろうと思われる。

コピーコントロールCD (CCCD)

CDのコピーが容易になったことと、コピーされたファイルがネットワークへ大量頒布した問題が顕在化したことに伴い、2000年頃から「コピーコントロールCD (CCCD) 」と呼ばれる「コンピュータで読み取ることができない種類のディスク」が登場した。日本では2002年に初導入された。

CCCDは上記のCD規格に沿っていないため、厳密にはコンパクトディスクと称することはできない。そのため、パッケージにはコンパクトディスクのロゴが入っていない。「コンパクトディスクではない」ため、一般のCD再生機器での再生は保証されていない。

CCCDのコピー防止原理は、ディスクに意図的なエラーを付与して読み取りエラーを起こさせ、コンピュータでの読み取りを阻害するものである。精度が重視されるコンピュータのCDドライブではエラートラックの読み飛ばしが起こり音楽CDとして認識しない場合や、正確なデータの読み込みのためにエラー部分の再読み込みを続けることになり、正常な読み取りができなくなる。音声データにエラーを追加するため、通常のCDに比べ音質面で劣ると言われ、エラー訂正によりプレーヤー側に負担をかけるとも言われている。また、名目上はコピー不能とされつつも、実際にはCDドライブやソフトの性能向上によりコピー可能になってしまうなど（フィリップス社がCCCDに不賛同の姿勢をとり、CCCDをコピーできるようなCD-Rドライブを開発したことも関係している）、コピー防止技術としての効果は徐々に薄れていった。

2005年10月に、ソニーBMG・ミュージックエンタテインメントがCCCDの中にルートキットを混入させたとして、大問題になった。詳細はソニーBMG製CD XCP問題を参照。

ただメーカー側は、コピー防止技術として一定の効果をあげたとし、市販されているCDへの採用は終息の方向に向かっている。

その他

CD-DAの規格上の誤り訂正について
マニア向けの媒体でさえ、誤って説明されることが多い。多くの場合「誤り訂正」という用語を「欠落したビットを前後からの類推で補う」ことと誤解しているが、これは「誤り補正」と呼ばれる全く別の処理である。この誤解から「CD-DAはエラー訂正がない」「CD-DAは読み取りエラーが出ても適当に補正する」「CD-DAは、1ビットでも情報が欠落するとエラー訂正の影響で原音と音が変わる」などと言われることがままあるがこれは必ずしも正しくない。
CD-DAの規格上、裸で取り扱うというCDの特性上相当量のエラーが発生することが予め想定されている。そのため、EFM変調とクロスインタリーブのアルゴリズムによりバーストエラーを分散させるとともに、分散したエラーはリードソロモン符号を使って復号し、通常の使用で発生する程度のエラーなら失われたデータを数学的に正しく復元できるように設計されている。「読み取りエラーを適当に補正する」のは以上の訂正が及ばなかったときのみである。
また、CD-ROMと比較すればエラー訂正能力は劣るが、リアルタイムでデータを読みださなければいけないCD-DAではCD-ROMのようにエラー部分を再読み込みすることも、処理に時間のかかる複雑な誤り訂正を使うこともできないため、単純な比較はできない。近年ではデータバッファリング方式のCD再生装置も普及している。これはデータをバッファリングしておき、読み込みエラーがあった場合にバッファからのデータで時間稼ぎをしている間にデータの読み出しと復号をリトライする。これにより再生音への影響はさらに小さくなる。

脚注

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  1. ↑ ソニー社史より
  2. ↑ 気になるCDの寿命 - 神戸新聞社
  3. ↑ CDファミリーの系譜 - CDs21ソリューションズ オレンジフォーラム
  4. ↑ コンパクトカセット及びコンパクトディスクのサイズは、当時の自動車のダッシュボードの規格が1DINという規格になっており、これに基づいて定められたもの。その後、0.5センチ増えることになったが、コンパクトにはもう一点の意味がある。現在は、DVDやBDに置き換えられたため実際の製品を見る機会が少なくなったが、レーザディスクの総本山がフィリップス社であったこと。このレーザディスクのサイズが、30cmの大きさのものであった事に由来する。また、CDの誤り訂正符号の名称はCIRC（クロスインターリーブ・リードソロモン符号）を用いているが、短いバーストエラーからの誤り訂正を行う符号として、リードソロモン符号を提案したのが、フィリップス社のCD開発チーム責任者である。

関連項目

Wikimedia Commons ウィキメディア・コモンズには、Compact discsに関連するカテゴリがあります。

※次の規格は、CDの上位規格にあたる。

外部リンク

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