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。
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）を使用したものもある。読み取りには780nmの赤外線レーザーを使用する。肉眼では見えないが、非常に細かなピットと呼ばれる凹凸が連続して彫られており、この凹凸によってデジタル情報を表現している。アルミ蒸着面のくぼんだ部分をピットといい、くぼみでない部分をランドという。ピットはランドより1/4波長くぼんでいる。ランドに当ったレーザー光は反射して戻ってくるが、ピットがある部分に当ったレーザ光は、ピットからの反射波とランドからの反射波とが1/2波長の位相差があるため干渉して打ち消しあい暗くなる（なおCDの虹色のような光沢は、この干渉による構造色である）。この明暗によりデジタル信号を読み取り、アナログ信号に戻した音声を出力する。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幅の渦巻状に並んでいる。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と保護層、印字膜の複数の層を重ねた構造になっている。誤り訂正はCIRC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。
説明図音楽用途の場合、デジタルのPCM形式で最大約80分、99トラックの音楽が記録できる。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）
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主な構造
上から印刷層、保護層、反射・記録層、樹脂層で、記録層の部分は表面から0.1mm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、フェルト以外のマジックペン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。ちなみに、DVDは0.6mm、Blu-ray Discは1.1mmで、CDよりも衝撃に強い。近年では反射層が穴の部分まで拡大されたものが主流となっている。 近年、レーベルのデザインによるが、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。
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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80分である(当初は最大74分だった。)
コンパクトディスクは、650MBでは333,000セクタ、700MBでは360,000セクタが存在する。1セクタは2352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。
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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音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」を主張して、調査した結果クラシック音楽の95%が1枚に収められることから、それを押し通した。（ソニー社史より。[1]）
その他、カラヤン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。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）ことから、こ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。
ただし、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。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る。フィリップスを説得するために大賀がカラヤンの名を引き合いに出しただけであるとする見方もある。
また、8cmCD(CD SINGLE)の最大収録時間は約22分程度である。これは、CDV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。
なお、現在では最大収録時間は規格の更新により若干長く（80分程度）なっている。
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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Video 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。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Super Audio CD (SACD)、DVD-Audio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。
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CDの寿命
現在、CDの保存はアルミニウムの場合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。なお、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。海外製の安価なものは、印刷・反射層が端からはがれてくる事があり寿命が短いものが多い。
直射日光や高温・多湿を嫌う。CD-Rでは真夏の昼間の日差しを裏面に当て続けると、色素が変化し読み込めなくなる。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。
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CCCD
CD技術の陳腐化でコピーが容易になったこととコピーされた音声ファイルのネットワークによる大量頒布の問題が顕在化したことにともない、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。
この技術はディスク内に従来のCD-DAで記録した音楽と共に、コンピュータ用の圧縮音楽ファイルとWindows用の再生ソフトウェアが含まれている。コピー防止の原理はディスクに意図的なエラー信号を書き込むことにより、エラー訂正精度の低い音響機器では再生できる。しかし、訂正精度が若干高いコンピュータのCDドライブはCD-DAトラックを読み飛ばしてしまう。
ただし、近年の高性能なCDドライブでは従来のものと比べてエラー訂正能力が格段に優れているため、CD-DAトラックのエラー自体を訂正できるので通常の音楽CDとして認識・再生することが可能な場合もある。
CCCDは後述のCDの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。
また、名目上はコピー不能としつつもユーザーやCDドライブやソフトメーカーの技術が上を行き、コピーガードがいとも簡単に解けてしまうということから、結局コピー防止効果はあがっていないという見方もある。
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コンパクトディスクの規格
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。
（以下、「規格名 / 対象範囲」）
レッドブック / 物理仕様, CD-DA, CD-G, CD-EG, CDV, HDCD, CD-MIDI, CD-TEXT,CD SINGLE
イエローブック / CD-ROM
オレンジブック / CD-MO, CD-R, CD-RW
グリーンブック / CD-i, CD-ROM XA
ホワイトブック / Video CD
ブルーブック / CD EXTRA
パープルブック / DDCD
スカーレットブック / SACD
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コンパクトディスクの歴史
1982年10月、日本ではソニーから最初のコンパクトディスクプレーヤー(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、最初は「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が入っていたが、CDの場合は雑誌のように綴じれたものではなく、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。
1980年代中頃になると、"AAD" / "ADD" / "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。） 最初の文字が、レコーディング方式がアナログかデジタルかを、二番目の文字がマスタリング方式がアナログかデジタルかを表す。三番目の文字は、商品がデジタルメディアであることを示すものであり、CDでは常に"D"である。この表示は日本ではすぐに廃れたが、輸入盤CDや、クラシックやジャズなどのハイエンドユーザーを対象にした作品には今だにこのマークが印刷されているものがある。
1986年、販売枚数ベースでCDがLPを追い抜き、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、ごくわずかな需要としてLPが生産されるケースが増えてきている。