Disque compact audio numérique

Le Compact Disc Digital Audio ( CDDA ou CD-DA ), également connu sous le nom de Digital Audio Compact Disc ou simplement de CD Audio , est le format standard des disques compacts audio . La norme est définie dans les spécifications techniques du Red Book , c'est pourquoi le format est également appelé « Redbook audio » dans certains contextes. Le CDDA utilise la modulation par impulsions et codage (PCM) et utilise une fréquence d'échantillonnage de 44 100 Hz et une résolution de 16 bits. Il était à l'origine spécifié pour stocker jusqu'à 74 minutes d' audio stéréo par disque.

Le premier lecteur CD audio disponible dans le commerce , le Sony CDP-101 , est sorti en octobre 1982 au Japon. Le format a gagné une acceptation mondiale en 1983-1984, vendant plus d'un million de lecteurs CD au cours de ses deux premières années, pour lire 22,5 millions de disques, avant de dépasser les disques et les cassettes pour devenir la norme dominante de la musique commerciale. Atteignant un sommet vers l'an 2000, le CD audio a diminué au cours de la décennie suivante en raison de la popularité croissante et des revenus du téléchargement numérique , et pendant les années 2010 du streaming de musique numérique , mais est resté l'une des principales méthodes de distribution de l' industrie musicale . Aux États-Unis, les revenus des disques phonographiques ont dépassé ceux du CD en 2020 pour la première fois depuis les années 1980, mais sur d'autres marchés majeurs comme le Japon, il reste de loin le premier format musical et en Allemagne, il a dépassé les autres formats physiques au moins quatre fois en 2022.

Dans l'industrie de la musique, les CD audio ont généralement été vendus soit sous forme de CD single (aujourd'hui largement inactif), soit sous forme d'albums complets , ce dernier étant plus courant depuis les années 2000. Le format a également eu une influence sur la progression de la musique de jeux vidéo , utilisée dans les CD-ROM en mode mixte , offrant un son de qualité CD popularisé dans les années 1990 sur des matériels tels que la PlayStation , la Sega Saturn et les ordinateurs personnels avec des cartes son 16 bits comme la Sound Blaster 16. [

L' optophone , présenté pour la première fois en 1913, était un des premiers appareils qui utilisaient la lumière pour enregistrer et reproduire des signaux sonores sur une photographie transparente . Plus de trente ans plus tard, l'inventeur américain James T. Russell a été crédité de l'invention du premier système d'enregistrement de médias numériques sur une plaque photosensible. La demande de brevet de Russell a été déposée en 1966 et il a obtenu un brevet en 1970. À la suite d'un litige, Sony et Philips ont accordé une licence d'enregistrement sur les brevets de Russell en 1988. On peut se demander si les concepts, les brevets et les prototypes de Russell ont été à l'origine et, dans une certaine mesure, influencé la conception du disque compact.

Le disque compact est une évolution de la technologie LaserDisc , où un faisceau laser focalisé est utilisé pour permettre la haute densité d'informations requise pour les signaux audio numériques de haute qualité. Contrairement à l'art antérieur d'Optophonie et James Russell, les informations sur le disque sont lues à partir d'une couche réfléchissante en utilisant un laser comme source de lumière à travers un substrat protecteur. Des prototypes ont été développés indépendamment par Philips et Sony à la fin des années 1970. Bien qu'initialement rejeté par la direction de Philips Research comme une activité triviale, le CD est devenu l'objectif principal de Philips alors que le format LaserDisc était en difficulté. En 1979, Sony et Philips ont mis en place un groupe de travail conjoint d'ingénieurs pour concevoir un nouveau disque audio numérique. Après une année d'expérimentation et de discussion, la norme CD-DA Red Book a été publiée en 1980. Après leur sortie commerciale en 1982, les disques compacts et leurs lecteurs ont été extrêmement populaires. Malgré un prix pouvant atteindre 1 000 dollars, plus de 400 000 lecteurs CD ont été vendus aux États-Unis entre 1983 et 1984. En 1988, les ventes de CD aux États-Unis ont dépassé celles des disques vinyles et, en 1992, les ventes de CD ont dépassé celles des cassettes de musique préenregistrées. Le succès du disque compact a été attribué à la coopération entre Philips et Sony, qui ont convenu et développé ensemble du matériel compatible. La conception unifiée du disque compact a permis aux consommateurs d'acheter n'importe quel disque ou lecteur de n'importe quelle entreprise et a permis au CD de dominer sans partage le marché de la musique à domicile.

En 1974, Lou Ottens, directeur de la division audio de Philips, a créé un petit groupe pour développer un disque audio optique analogique d'un diamètre de 20 cm (7,9 pouces) et d'une qualité sonore supérieure à celle du disque vinyle. Cependant, en raison des performances insatisfaisantes du format analogique, deux ingénieurs de recherche de Philips ont recommandé un format numérique en mars 1974. En 1977, Philips a ensuite créé un laboratoire avec pour mission de créer un disque audio numérique. Le diamètre du prototype de disque compact de Philips a été fixé à 11,5 cm (4,5 pouces), soit la diagonale d'une cassette audio.

Heitaro Nakajima , qui a développé un des premiers enregistreurs audio numériques au sein de l'organisation nationale de radiodiffusion publique japonaise, NHK , en 1970, est devenu directeur général du département audio de Sony en 1971. En 1973, son équipe a développé un adaptateur PCM numérique qui a réalisé des enregistrements audio à l'aide d'un enregistreur vidéo Betamax . Après cela, en 1974, le saut vers le stockage de l'audio numérique sur un disque optique a été facilement franchi. Sony a présenté publiquement pour la première fois un disque audio numérique optique en septembre 1976. Un an plus tard, en septembre 1977, Sony a montré à la presse un disque de 30 cm (12 pouces) qui pouvait lire une heure d'audio numérique (fréquence d'échantillonnage de 44 100 Hz et résolution de 16 bits) en utilisant un codage de modulation de fréquence modifié . En septembre 1978, la société a présenté un disque audio numérique optique avec une durée de lecture de 150 minutes, une fréquence d'échantillonnage de 44 056 Hz, une résolution linéaire de 16 bits et un code de correction d'erreur de codage Reed-Solomon à entrelacement croisé (CIRC) - des spécifications similaires à celles établies plus tard pour le format de disque compact standard en 1980. Les détails techniques du disque audio numérique de Sony ont été présentés lors de la 62e convention AES , qui s'est tenue du 13 au 16 mars 1979, à Bruxelles . Le document technique AES de Sony a été publié le 1er mars 1979. Une semaine plus tard, le 8 mars, Philips a présenté publiquement un prototype de disque audio numérique optique lors d'une conférence de presse intitulée « Philips présente le disque compact » à Eindhoven , aux Pays-Bas. Norio Ohga , directeur général et président de Sony, et Heitaro Nakajima étaient convaincus du potentiel commercial du format et ont poussé le développement vers un développement plus poussé malgré le scepticisme généralisé. [

En 1979, Sony et Philips ont mis sur pied un groupe de travail conjoint d'ingénieurs pour concevoir un nouveau disque audio numérique. Dirigé par les ingénieurs Kees Schouhamer Immink et Toshitada Doi , la recherche a fait progresser la technologie du laser et du disque optique . Après une année d'expérimentation et de discussion, le groupe de travail a produit la norme CD-DA Red Book . Publiée pour la première fois en 1980, la norme a été officiellement adoptée par la CEI comme norme internationale en 1987, avec divers amendements faisant partie de la norme en 1996.

Philips a inventé le terme de disque compact en référence à un autre produit audio, la cassette compacte et a contribué au processus général de fabrication , basé sur la technologie vidéo LaserDisc. Philips a également contribué à la modulation huit à quatorze (EFM), tandis que Sony a contribué à la méthode de correction d'erreur , CIRC, qui offre une résistance aux défauts tels que les rayures et les empreintes digitales.

L'histoire du disque compact , racontée par un ancien membre du groupe de travail, donne des informations générales sur les nombreuses décisions techniques prises, notamment le choix de la fréquence d'échantillonnage, du temps de lecture et du diamètre du disque. Le groupe de travail était composé d'environ 6 personnes bien que selon Philips, le disque compact ait été « inventé collectivement par un grand groupe de personnes travaillant en équipe ».

Les premières étapes du lancement et de l’adoption du format comprenaient :

• Le premier test de pressage concernait un enregistrement de la Symphonie alpestre de Richard Strauss , enregistré du 1er au 3 décembre 1980 et joué par l' Orchestre philharmonique de Berlin et dirigé par Herbert von Karajan , qui avait été enrôlé comme ambassadeur du format en 1979.
• La présentation mondiale a eu lieu lors du Festival de Pâques de Salzbourg le 15 avril 1981, lors d'une conférence de presse d' Akio Morita et Norio Ohga (Sony), Joop van Tilburg (Philips) et Richard Busch (PolyGram), en présence de Karajan qui a salué le nouveau format.
• La première démonstration publique a eu lieu lors de l' émission Tomorrow's World de la BBC en 1981, lorsque l' album Living Eyes (1981) des Bee Gees a été diffusé.
• Le premier disque compact commercial a été produit le 17 août 1982, un enregistrement de 1979 de valses de Chopin interprétées par Claudio Arrau .
• Les 50 premiers titres sont sortis au Japon le 1er octobre 1982, dont le premier était une réédition de l' album 52nd Street de Billy Joel .
• Le premier CD diffusé sur BBC Radio date d'octobre 1982.
• Le lancement japonais a été suivi le 14 mars 1983 par l'introduction de lecteurs CD et de disques en Europe et en Amérique du Nord où CBS Records a publié seize titres.

Le premier artiste à vendre un million d'exemplaires sur CD fut Dire Straits , avec son album Brothers in Arms L'un des premiers marchés du CD fut consacré à la réédition de musique populaire dont le potentiel commercial était déjà prouvé. Le premier grand artiste à voir l'intégralité de son catalogue converti en CD fut David Bowie , dont les quatorze premiers albums studio (jusqu'à Scary Monsters (et Super Creeps) ) sur les seize (alors) furent mis à disposition par RCA Records en février 1985, ainsi que quatre albums de ses plus grands succès ; ses quinzième et seizième albums ( Let's Dance et Tonight , respectivement) avaient déjà été publiés sur CD par EMI Records en 1983 et 1984, respectivement. Le 26 février 1987, les quatre premiers albums britanniques des Beatles furent publiés en mono sur disque compact.

L'acceptation croissante du CD en 1983 marque le début de la révolution populaire de l'audio numérique. Il a été accueilli avec enthousiasme, en particulier dans les communautés de musique classique et d'audiophiles , qui l'ont adopté très tôt, et sa qualité de manipulation a été particulièrement saluée. À mesure que le prix des lecteurs a progressivement baissé et avec l'introduction du Discman portable, le CD a commencé à gagner en popularité sur les marchés plus vastes de la musique populaire et du rock. Avec l'augmentation des ventes de CD, les ventes de cassettes préenregistrées ont commencé à décliner à la fin des années 1980 ; les ventes de CD ont dépassé les ventes de cassettes au début des années 1990. En 1988, 400 millions de CD ont été fabriqués par 50 usines de pressage dans le monde.

Les premiers lecteurs de CD utilisaient des convertisseurs numériques-analogiques (DAC) à pondération binaire , qui contenaient des composants électriques individuels pour chaque bit du DAC. Même en utilisant des composants de haute précision, cette approche était sujette à des erreurs de décodage. Un autre problème était le jitter , un défaut lié au temps. Confrontés à l'instabilité des DAC, les fabricants se sont d'abord tournés vers l'augmentation du nombre de bits du DAC et l'utilisation de plusieurs DAC par canal audio, en faisant la moyenne de leur sortie. Cela a augmenté le coût des lecteurs de CD mais n'a pas résolu le problème principal.

Une percée à la fin des années 1980 a abouti au développement du DAC 1 bit , qui convertit le signal d'entrée numérique basse fréquence haute résolution en un signal haute fréquence basse résolution qui est mappé en tensions puis lissé avec un filtre analogique. L'utilisation temporaire d'un signal basse résolution a simplifié la conception du circuit et amélioré l'efficacité, ce qui explique pourquoi il est devenu dominant dans les lecteurs de CD à partir du début des années 1990. Philips a utilisé une variante de cette technique appelée modulation de densité d'impulsions (PDM), tandis que Matsushita (maintenant Panasonic ) a choisi la modulation de largeur d'impulsion (PWM), la faisant connaître sous le nom de MASH, qui est un acronyme dérivé de leur topologie brevetée Multi-stAge noiSe-sHaping PWM.

Le CD a été initialement conçu comme le successeur du disque vinyle pour la lecture de musique, plutôt que comme un support de stockage de données. Cependant, les CD ont évolué pour englober d'autres applications. En 1983, après l'introduction du CD, Immink et Joseph Braat ont présenté les premières expériences avec des disques compacts effaçables lors de la 73e convention de l'AES . CD-ROM (mémoire morte) lisible par ordinateur et, en 1990, les disques CD-R enregistrables ont été introduits. Les CD enregistrables sont devenus une alternative à la bande pour l'enregistrement et la distribution de musique et pouvaient être dupliqués sans dégradation de la qualité sonore.

D'autres formats vidéo plus récents tels que le DVD et le Blu-ray utilisent la même géométrie physique que le CD, et la plupart des lecteurs DVD et Blu-ray sont rétrocompatibles avec les CD audio.

Les ventes de CD aux États-Unis ont atteint un pic en 2000. Au début des années 2000, le lecteur CD avait largement remplacé le lecteur de cassettes audio comme équipement standard dans les nouvelles automobiles, 2010 étant la dernière année modèle pour une voiture aux États-Unis à avoir un lecteur de cassettes équipé d'usine.

Deux nouveaux formats ont été commercialisés dans les années 2000, conçus pour succéder au CD : le Super Audio CD (SACD) et le DVD-Audio . Cependant, aucun de ces deux formats n'a été adopté, en partie en raison de l'importance croissante de la musique numérique (virtuelle) et du manque apparent d'améliorations audibles de la qualité audio pour la plupart des oreilles humaines. Ces deux formats ont effectivement prolongé la longévité du CD sur le marché de la musique.

Français Avec l'avènement et la popularité de la distribution sur Internet de fichiers dans des formats audio compressés avec perte tels que MP3 , les ventes de CD ont commencé à décliner dans les années 2000. Par exemple, entre 2000 et 2008, malgré une croissance globale des ventes de musique et une année anormale de hausse, les ventes de CD des grandes maisons de disques ont globalement diminué de 20 %. Malgré une baisse rapide des ventes d'une année sur l'autre, l'omniprésence de la technologie a persisté pendant un certain temps, les entreprises plaçant des CD dans les pharmacies, les supermarchés et les supérettes des stations-service pour cibler les acheteurs moins susceptibles de pouvoir utiliser la distribution sur Internet. En 2012, les CD et les DVD ne représentaient que 34 % des ventes de musique aux États-Unis. En 2015, seulement 24 % de la musique aux États-Unis était achetée sur des supports physiques, dont les deux tiers étaient des CD ; Cependant, la même année au Japon, plus de 80 % de la musique a été achetée sur CD et autres supports physiques. En 2018, les ventes de CD aux États-Unis ont atteint 52 millions d’unités, soit moins de 6 % du volume de ventes record de 2000. Au Royaume-Uni, 32 millions d’unités ont été vendues, soit près de 100 millions de moins qu’en 2008. En 2018, Best Buy a annoncé son intention de réduire sa concentration sur les ventes de CD, tout en continuant à vendre des disques, dont les ventes augmentent pendant la renaissance du vinyle .

Au cours des années 2010, la popularité croissante des médias à semi-conducteurs et des services de streaming musical a incité les constructeurs automobiles à supprimer les lecteurs CD automobiles au profit d' entrées auxiliaires minijack , de connexions filaires aux périphériques USB et de connexions Bluetooth sans fil . Les constructeurs automobiles considéraient les lecteurs CD comme occupant un espace précieux et occupant du poids qui pourrait être réaffecté à des fonctionnalités plus populaires, comme les grands écrans tactiles. En 2021, seuls Lexus et General Motors incluaient encore des lecteurs CD comme équipement standard sur certains véhicules.

Les CD ont continué à être forts sur certains marchés comme le Japon, où 132 millions d’unités ont été produites en 2019.

La baisse des ventes de CD a ralenti ces dernières années ; en 2021, les ventes de CD ont augmenté aux États-Unis pour la première fois depuis 2004, Axios citant son essor auprès des « jeunes qui découvrent qu'ils aiment les copies papier de musique à l'ère numérique ». Cela s'est produit au même moment où le vinyle et la cassette ont atteint des niveaux de vente jamais vus depuis 30 ans. La RIAA a signalé que les revenus des CD ont chuté en 2022, avant d'augmenter à nouveau en 2023 et de dépasser le téléchargement pour la première fois depuis plus d'une décennie.

Aux États-Unis, 33,4 millions d'albums CD ont été vendus en 2022. En France en 2023, 10,5 millions de CD ont été vendus, soit presque le double du vinyle, mais tous deux ont généré 12 % chacun des revenus de l'industrie musicale française.

Sony et Philips ont reçu des éloges de la part d'organisations professionnelles pour le développement du disque compact. Ces récompenses comprennent :

• Prix ​​Grammy technique pour Sony et Philips, 1998.
• Prix ​​IEEE Milestone, 2009, pour Philips seul avec la citation : « Le 8 mars 1979, la NV Philips' Gloeilampenfabrieken a présenté à la presse internationale un lecteur de disque compact audio. La démonstration a montré qu'il est possible, en utilisant l'enregistrement et la lecture optiques numériques, de reproduire des signaux audio avec une superbe qualité stéréo. Cette recherche chez Philips a établi la norme technique pour les systèmes d'enregistrement optique numérique. »

Le Livre rouge spécifie les paramètres physiques et les propriétés du CD, les paramètres optiques, les déviations et le taux d'erreur, le système de modulation ( modulation huit à quatorze , EFM) et le dispositif de correction d'erreur (CIRC), ainsi que les huit canaux de sous-code . Ces paramètres sont communs à tous les disques compacts et utilisés par tous les formats logiques : CD audio, CD-ROM , etc. La norme spécifie également la forme de codage audio numérique .

La première édition du Livre rouge a été publiée en 1980 par Philips et Sony ; elle a été adoptée par le Digital Audio Disc Committee et ratifiée par le Comité technique 100 de la Commission électrotechnique internationale (CEI) en tant que norme internationale en 1987 sous la référence CEI 60908. La deuxième édition de la CEI 60908 a été publiée en 1999 et remplace la première édition, l'amendement 1 (1992) et le corrigendum à l'amendement 1. La CEI 60908 ne contient cependant pas toutes les informations sur les extensions qui sont disponibles dans le Livre rouge , telles que les détails pour CD-Text , CD+G et CD+EG .

La norme n'est pas disponible gratuitement et doit être sous licence. Elle est disponible auprès de Philips et de la CEI. Depuis 2013 , Philips sous-traite la licence de la norme à Adminius , qui facture 100 USD pour le Red Book , plus 50 USD pour les annexes Subcode Channels RW et CD Text Mode .

L'audio contenu dans un CD-DA est constitué de deux canaux LPCM 16 bits signés échantillonnés à 44 100 Hz et écrits sous la forme d'un flux entrelacé little-endian avec le canal gauche venant en premier.

Le taux d'échantillonnage est adapté de celui obtenu lors de l'enregistrement audio numérique sur bande vidéo avec un adaptateur PCM , une ancienne manière de stocker l'audio numérique. Un CD audio peut représenter des fréquences allant jusqu'à 22,05 kHz, la fréquence de Nyquist du taux d'échantillonnage de 44,1 kHz .

Il y a eu un long débat sur l'utilisation d' une quantification 16 bits (Sony) ou 14 bits (Philips) et 44 056 ou 44 100 échantillons/s (Sony) ou environ 44 000 échantillons/s (Philips). Lorsque le groupe de travail Sony/Philips a conçu le Compact Disc, Philips avait déjà développé un convertisseur N/A (DAC) 14 bits, mais Sony a insisté sur 16 bits. Au final, Sony a gagné, donc 16 bits et 44,1 kilo-échantillons par seconde l'ont emporté. Philips a trouvé un moyen de produire une qualité 16 bits en utilisant son DAC 14 bits en utilisant un suréchantillonnage quatre fois .

Certains des premiers CD ont été masterisés avec une pré-accentuation , une amplification artificielle des hautes fréquences audio. La pré-accentuation améliore le rapport signal/bruit apparent en utilisant mieux la plage dynamique du canal. Lors de la lecture, le lecteur applique un filtre de désaccentuation pour restaurer la courbe de réponse en fréquence à une courbe globalement plate. Les constantes de temps de pré-accentuation sont de 50 μs et 15 μs (amplification de 9,49 dB à 20 kHz), et un indicateur binaire dans le sous-code du disque indique au lecteur d'appliquer un filtrage de désaccentuation si nécessaire. La lecture de ces disques sur un ordinateur ou l'extraction en fichiers WAV ne prend généralement pas en compte la pré-accentuation, de sorte que ces fichiers sont lus avec une réponse en fréquence incorrecte. FFmpeg dispose d'un filtre pour supprimer (ou appliquer) la pré-accentuation afin de créer des fichiers WAV standard ou de créer des CD avec pré-accentuation.

Le mode quatre canaux, ou quadriphonique , devait à l'origine être inclus dans le CD-DA. La spécification du Red Book mentionnait brièvement un mode quatre canaux dans ses éditions de juin 1980, septembre 1983, et novembre 1991 . Sur la première page, elle présente les « principaux paramètres » du système CD, notamment : « Nombre de canaux : 2 et/ou 4 échantillonnés simultanément[*]. » La note de bas de page indique : « Dans le cas de plus de deux canaux, les diagrammes de l'encodeur et du décodeur doivent être adaptés. »

En réalité, le mode « quatre canaux » sous-spécifié a été supprimé de la norme CD lorsqu'elle a été adoptée par la Commission électrotechnique internationale et est devenue la norme IEC 908:1987, puis la norme IEC 60908:1999. Étant donné que le comportement du bit « quatre canaux » ou « utilisation en diffusion » n'a jamais été spécifié par l'une ou l'autre des normes CD, aucun disque commercialisé en masse n'a tenté d'utiliser le mode quatre canaux du Red Book, et aucun lecteur n'a prétendu l'implémenter.

Les créateurs du CD avaient initialement prévu une durée de lecture de 60 minutes avec un diamètre de disque de 100 mm (Sony) ou 115 mm (Philips). Le vice-président de Sony, Norio Ohga, a suggéré d'étendre la capacité à 74 minutes pour accueillir l'enregistrement de Wilhelm Furtwängler dirigeant la Neuvième Symphonie de Ludwig van Beethoven au Festival de Bayreuth de 1951. [ 91 Le temps de lecture supplémentaire de 14 minutes nécessitait une augmentation du diamètre du disque. Kees Schouhamer Immink , l'ingénieur en chef de Philips, nie cependant cette hypothèse, affirmant que l'augmentation était motivée par des considérations techniques et que même après l'augmentation de la taille, l'enregistrement de Furtwängler n'aurait pas pu tenir sur l'un des premiers CD.

Selon une interview du Sunday Tribune l'histoire est un peu plus compliquée. En 1979, Philips possédait PolyGram , l'un des plus grands distributeurs de musique au monde. PolyGram avait installé une grande usine expérimentale de CD à Hanovre , en Allemagne, qui pouvait produire un grand nombre de CD d'un diamètre de 115 mm. Sony ne disposait pas encore d'une telle installation. Si Sony avait accepté le disque de 115 mm, Philips aurait eu un avantage concurrentiel significatif sur le marché. La longue durée de lecture de la Neuvième Symphonie de Beethoven imposée par Ohga a été utilisée pour pousser Philips à accepter le 120 mm, de sorte que PolyGram de Philips a perdu son avantage sur la fabrication de disques.

La durée de lecture de 74 minutes d'un CD, qui est plus longue que les 22 minutes par face typiques des albums vinyles longue durée (LP) , a souvent été utilisée à l'avantage du CD au cours des premières années où les CD et les LP se disputaient les ventes commerciales. Les CD étaient souvent publiés avec un ou plusieurs titres bonus , incitant les consommateurs à acheter le CD pour le matériel supplémentaire. Cependant, les tentatives de combiner deux LP sur un seul CD ont parfois abouti à la situation inverse dans laquelle le CD offrait à la place moins d'audio que le LP. Un tel exemple a été avec le double album He's the DJ, I'm the Rapper de DJ Jazzy Jeff & The Fresh Prince , dans lequel les premières versions CD de l'album avaient plusieurs pistes éditées pour la longueur pour tenir sur un seul disque ; les rééditions CD récentes regroupent donc l'album sur deux disques en conséquence. L'émergence des CD de 80 minutes a permis à certains doubles albums qui avaient été précédemment édités pour plus de longueur, par exemple 1999 de Prince , ou conditionnés sous forme de doubles CD, par exemple Tommy des Who , d'être réédités sur un seul disque.

Les durées de lecture supérieures à 74 minutes sont obtenues en diminuant le pas des pistes (la distance séparant les pistes lorsqu'elles tournent en spirale sur le disque). Cependant, la plupart des lecteurs peuvent toujours prendre en charge les données plus rapprochées si elles restent dans les tolérances du Red Book . Les procédés de fabrication utilisés dans les dernières années de la technologie CD ont permis à un CD audio de contenir jusqu'à 98 minutes (variable d'une usine de réplication à l'autre) sans que le créateur de contenu ne doive signer une décharge libérant le propriétaire de l'usine de toute responsabilité si le CD produit est marginalement ou entièrement illisible par certains équipements de lecture. Dans cette dernière pratique, la durée maximale de lecture du CD a augmenté en réduisant les tolérances techniques minimales.

Chaque échantillon audio est un entier signé de 16 bits en complément à deux , dont les valeurs d'échantillons s'échelonnent de −32768 à +32767. Les données audio source sont divisées en trames, contenant chacune douze échantillons (six échantillons gauche et six échantillons droit, en alternance), pour un total de 192 bits (24 octets) de données audio par trame.

Ce flux de trames audio est ensuite soumis à un codage CIRC, qui segmente et réorganise les données et les étend avec des codes de correction d'erreur de manière à permettre la détection et la correction d'erreurs de lecture occasionnelles. Le codage CIRC entrelace les trames audio sur l'ensemble du disque sur plusieurs trames consécutives afin que les informations soient plus résistantes aux erreurs en rafale . Par conséquent, une trame physique sur le disque contiendra en fait des informations provenant de plusieurs trames audio logiques. Ce processus ajoute 64 bits de codes de correction d'erreur à chaque trame. Après cela, 8 bits de données de sous-code sont ajoutés à chacune de ces trames codées, qui sont utilisées pour le contrôle et l'adressage lors de la lecture du CD.

Le codage CIRC plus l'octet de sous-code génère des trames de 33 octets de long, appelées trames de données de canal . Ces trames sont ensuite modulées par modulation de huit à quatorze bits (EFM), où chaque octet de 8 bits est remplacé par un mot correspondant de 14 bits conçu pour réduire le nombre de transitions entre 0 et 1. Cela réduit la densité des creux physiques sur le disque et offre un degré supplémentaire de tolérance aux erreurs. Trois bits de fusion sont ajoutés avant chaque mot de 14 bits pour la désambiguïsation et la synchronisation. Au total, il y a 33 × (14 + 3) = 561 bits. Un mot de 27 bits (un motif de 24 bits plus 3 bits de fusion) est ajouté au début de chaque trame pour faciliter la synchronisation, afin que le dispositif de lecture puisse localiser facilement les trames. Avec cela, une trame finit par contenir 588 bits de données de canal qui sont décodés en 192 bits d'audio numérique.

Les trames de données de canal sont finalement écrites physiquement sur le disque sous la forme de creux et de plages , chaque creux ou plage représentant une série de zéros, et les points de transition (le bord de chaque creux) représentant un 1. Un CD-R compatible Red Book présente des points en forme de creux et de plages sur une couche de colorant organique au lieu de creux et de plages réels ; un laser crée les points en modifiant les propriétés réfléchissantes du colorant.

En raison de la structure de secteur de correction d'erreur plus faible utilisée sur les CD audio et les CD vidéo ( Mode 2 Forme 2 ) que sur les disques de données ( Mode 1 ou Mode 2 Forme 1 ), les erreurs C2 ne sont pas corrigibles et signifient une perte de données. Même avec des erreurs non corrigibles, un lecteur de disque compact utilise la dissimulation d'erreur dans le but de rendre les dommages inaudibles.

Le flux de données audio d'un CD audio est continu mais comporte trois parties. La partie principale, elle-même divisée en pistes audio lisibles, est la zone de programme . Cette section est précédée d'une piste d'entrée et suivie d'une piste de sortie . Les pistes d'entrée et de sortie codent uniquement les données audio silencieuses, mais les trois sections contiennent des flux de données de sous-code .

Le sous-code de l'entrée contient des copies répétées de la table des matières du disque (TOC), qui fournit un index des positions de début des pistes dans la zone de programme et de la sortie. Les positions des pistes sont référencées par un code temporel absolu , relatif au début de la zone de programme, au format MSF : minutes, secondes et fractions de seconde appelées trames . Chaque trame de code temporel correspond à un soixante-quinzième de seconde et à un bloc de 98 trames de données de canal, soit un bloc de 588 paires d'échantillons audio gauche et droit. Le code temporel contenu dans les données de sous-canal permet au périphérique de lecture de localiser la région du disque qui correspond au code temporel de la TOC. La TOC sur les disques est analogue à la table de partition sur les disques durs . Les enregistrements TOC non standard ou corrompus sont utilisés abusivement comme forme de protection contre la copie de CD/DVD , par exemple dans le schéma key2Audio .

La plus grande entité sur un CD est appelée une piste . Un CD peut contenir jusqu'à 99 pistes (y compris une piste de données pour les disques en mode mixte ). Chaque piste peut à son tour avoir jusqu'à 100 index, bien que les lecteurs qui prennent encore en charge cette fonctionnalité soient devenus plus rares au fil du temps. La grande majorité des chansons sont enregistrées sous l'index 1, le pré-intervalle étant l'index 0. Parfois, des pistes cachées sont placées à la fin de la dernière piste du disque, souvent en utilisant l'index 2 ou 3, ou en utilisant le pré-intervalle comme index 0 (cette dernière utilisation entraînera la lecture de la piste pendant que le compteur de temps compte à rebours jusqu'au temps 0:00 au début de la piste, index 1.) C'est également le cas de certains disques offrant "101 effets sonores", 100 et 101 étant indexés comme deux et trois sur la piste 99. L'index, s'il est utilisé, est parfois placé sur la liste des pistes sous la forme d'une partie décimale du numéro de piste, comme 99.2 ou 99.3. ( Hack d' Information Society a été l'une des rares sorties CD à faire cela, après une sortie avec une fonction CD+G tout aussi obscure .) La structure des pistes et de l'index du CD a été reportée au format DVD en tant que titre et chapitre, respectivement.

Les pistes sont à leur tour divisées en trames de code temporel (ou secteurs), qui sont elles-mêmes subdivisées en trames de données de canal.

La plus petite entité d'un CD est une trame de données de canal , qui se compose de 33 octets et contient six échantillons stéréo 16 bits complets : 24 octets pour l'audio (deux octets × deux canaux × six échantillons = 24 octets), huit octets de correction d'erreur CIRC et un octet de sous-code . Comme décrit dans la section « Codage des données », après la modulation EFM, le nombre de bits dans une trame s'élève à 588.

Sur un CD audio Red Book , les données sont adressées à l'aide du schéma MSF , avec des codes temporels exprimés en minutes, secondes et un autre type de trames (mm:ss:ff), où une trame correspond à 1/75 de seconde d'audio : 588 paires d'échantillons gauche et droit. Cette trame de code temporel est distincte de la trame de données de canal de 33 octets décrite ci-dessus et est utilisée pour l'affichage du temps et le positionnement du laser de lecture. Lors de l'édition et de l'extraction de l'audio d'un CD, cette trame de code temporel est le plus petit intervalle de temps adressable pour un CD audio ; ainsi, les limites de piste n'apparaissent que sur ces limites de trame. Chacune de ces structures contient 98 trames de données de canal, totalisant 98 × 24 = 2 352 octets de musique. Le CD est lu à une vitesse de 75 trames (ou secteurs) par seconde, soit 44 100 échantillons ou 176 400 octets par seconde.

Dans les années 1990, le CD-ROM et la technologie d'extraction audio numérique (DAE) associée ont introduit le terme secteur pour désigner chaque trame de code temporel, chaque secteur étant identifié par un nombre entier séquentiel commençant à zéro et les pistes étant alignées sur les limites du secteur. Un secteur de CD audio correspond à 2 352 octets de données décodées. Le Red Book ne fait pas référence aux secteurs et ne distingue pas les sections correspondantes du flux de données du disque, sauf en tant que « trames » dans le schéma d'adressage MSF.

Le tableau suivant montre la relation entre les pistes, les trames de code temporel (secteurs) et les trames de données de canal :

Le débit binaire audio d'un CD audio Red Book est de 1 411 200 bits par seconde (1 411 kbit/s) ou 176 400 octets par seconde ; 2 canaux × 44 100 échantillons par seconde par canal × 16 bits par échantillon. Les données audio provenant d'un CD sont contenues dans des secteurs, chaque secteur étant de 2 352 octets, et 75 secteurs contenant 1 seconde d'audio. À titre de comparaison, le débit binaire d'un CD-ROM « 1× » est défini comme 2 048 octets par secteur × 75 secteurs par seconde = 153 600 octets par seconde. Les 304 octets restants dans un secteur sont utilisés pour la correction d'erreurs de données supplémentaires.

Contrairement à un DVD ou un CD-ROM , il n'y a pas de « fichiers » sur un CD audio Red Book ; il n'y a qu'un seul flux continu de données audio LPCM et un ensemble parallèle plus petit de 8 flux de données de sous-code . Les systèmes d'exploitation informatiques peuvent cependant donner accès à un CD audio comme s'il contenait des fichiers. Par exemple, Windows représente la table des matières du CD comme un ensemble de fichiers de pistes Compact Disc Audio (CDA), chaque fichier contenant des informations d'indexation, et non des données audio. En revanche, le Finder sur macOS présente le contenu du CD comme un ensemble réel de fichiers, avec l' extension AIFF , qui peuvent être copiés directement, de manière aléatoire et individuellement par piste comme s'il s'agissait de fichiers réels. En réalité, macOS effectue ses propres extractions en fonction des besoins en arrière-plan, de manière totalement transparente pour l'utilisateur. Les pistes copiées sont entièrement lisibles et modifiables sur l'ordinateur de l'utilisateur.

Dans un processus appelé ripping , un logiciel d'extraction audio numérique peut être utilisé pour lire les données audio CD-DA et les stocker dans des fichiers. Les formats de fichiers audio courants à cet effet incluent WAV et AIFF, qui préfacent simplement les données LPCM avec un court en-tête ; FLAC , ALAC et Windows Media Audio Lossless , qui compressent les données LPCM de manière à économiser de l'espace tout en permettant leur restauration sans aucune modification ; et divers formats de codage perceptuel avec perte comme MP3 , AAC et Opus , qui modifient et compressent les données audio de manière à modifier de manière irréversible l'audio, mais qui exploitent les caractéristiques de l'audition humaine pour rendre les modifications difficiles à discerner.

Les éditeurs de disques ont créé des CD qui ne respectent pas la norme Red Book . Certains le font pour empêcher la copie , en utilisant des systèmes comme Copy Control . D'autres le font pour des fonctionnalités supplémentaires comme DualDisc , qui comprend à la fois une couche CD et une couche DVD, la couche CD étant beaucoup plus fine, 0,9 mm, que ce qui est requis par le Red Book , qui stipule une épaisseur nominale de 1,2 mm, mais au moins égale à 1,1 mm. Philips et de nombreuses autres sociétés ont déclaré que l'inclusion du logo Compact Disc Digital Audio sur ces disques non conformes peut constituer une contrefaçon de marque.

Le Super Audio CD est une norme publiée en 1999 qui visait à offrir une meilleure qualité audio que les CD. Le DVD-Audio est apparu à peu près au même moment. Les deux formats ont été conçus pour offrir un son de plus haute fidélité en utilisant un taux d'échantillonnage plus élevé et un support DVD . Aucun des deux formats n'a été largement accepté.

L' industrie du disque a pris des mesures pour rendre les CD audio (Compact Disc Digital Audio) illisibles sur les lecteurs de CD-ROM d'ordinateurs , afin d'empêcher la copie de musique. Cela se fait en introduisant intentionnellement des erreurs sur le disque que les circuits intégrés de la plupart des lecteurs audio autonomes peuvent compenser automatiquement, mais qui peuvent perturber les lecteurs de CD-ROM. Les défenseurs des droits des consommateurs ont fait pression en octobre 2001 pour que des étiquettes d'avertissement soient obligatoires sur les disques compacts qui ne sont pas conformes à la norme officielle Compact Disc Digital Audio (souvent appelée le Livre rouge ) afin d'informer les consommateurs des disques qui ne permettent pas une utilisation équitable de leur contenu.

En 2005, Sony BMG Music Entertainment a été critiquée lorsqu'un mécanisme de protection contre la copie connu sous le nom de Extended Copy Protection (XCP) utilisé sur certains de ses CD audio a installé automatiquement et subrepticement un logiciel anti-copie sur les ordinateurs (voir Scandale du rootkit de protection contre la copie Sony BMG ). Ces disques ne sont pas légalement autorisés à être appelés CD ou disques compacts car ils enfreignent la norme Red Book régissant les CD, et Amazon.com par exemple les décrit comme des « disques protégés contre la copie » plutôt que des « disques compacts » ou des « CD ».