CD-R

概説

記録できるCDとしては、CDのライセンサーであるソニーとフィリップスが開発した1987年に「ブルーブック」に規定のCD-WO、1988年に「オレンジブック パートI」に規定されたCD-MOがあったがともに普及せず、1989年に太陽誘電から発売されたCD-Rが記録型CDとして一般に普及した。1995年ごろには既にパソコンにCD-ROMドライブがほぼ標準搭載されるようになっており、Windows 95のような大容量のシステムも容易にインストールできる環境が整っていた。その翌年の1996年からCD-Rは急成長した。ドライブ価格は40万円、メディアが1枚5千円したのが、1996年初頭にはドライブは10万円を切るようになりメディアは1枚1000円と低価格化、さらに1999年頃からは台湾メーカーによるメディアの価格破壊もあり、急速に普及していった。
在来の記録済みCDが、アルミニウム製の薄膜に「ピット」と呼ばれる微小な凹みを設けて光の反射の度合いの変化でデータを読み取るが、これに対してCD-Rでは、金属薄膜に塗布された有機色素の有無で反射の度合いを変化させる。
記録時には強い赤外線レーザー光（波長780nm）の照射による熱でこの膜を焼き切って反射層へ直接透過する点を発生させ、これをピットに相当させる。このためデータの記録は非可逆的となり、一度書き込まれた情報の消去ができない。
反射率の変化は在来の記録済みCDにほぼ匹敵しており、一般のCD読み出し装置での使用が可能となっている。しかし、音楽用途では古いCDプレーヤーや反射光を読み込む性能が低いレンズを使用しているプレーヤーでは、一部のCD-Rを読み出せない事例や再生不良を起こす事例も多数報告されており注意が必要である。
反射層の材質として、金、白金、銀が使われている。
記憶容量はオレンジブックの規格上では最大で700MBであるが、700MBを超えて記録できるCD-Rメディアや対応ドライブ・ライティングソフトが各社から発売されたため、2003年にフィリップスが700MBを超えるCD-Rの規格についてのガイドライン、High Capacity Recordable Disc (HCRD) 1.0を策定した。
書き込み速度は初期（1999年頃）には等倍速（1倍速）から4倍速であったが、徐々に向上し、2001年頃には8から16倍速、2003年頃には52倍速程度まで実用化された。この速度競争には、1994年に、ソニー、ヤマハ、太陽誘電など数社が「オレンジ研究会」なる部会を立ち上げ、製造段階でディスクに識別符号を割り振り各々の互換性を保証する「ライトストラテジー」を制定したことが影響している。（フィリップスはオレンジブックに準拠する立場から反対した。）

対応ハードウェア

1990年に初めてCD-Rドライブが商品化された。また、1996年の「オレンジブック パートⅢ」の規定によって1997年にCD-RWが商品化されるとCD-R/RW両対応製品が多くなった。低価格化と共に普及が進み、読み込み/書き込み速度の高速化が進んだ。
1996年にはDVDが製品化されたが、初期のDVDプレーヤーやDVD-ROMドライブはCD-Rの再生に非対応だった。
CD-R/RWドライブとDVD-ROMドライブは別個に普及を進めてきたが、2000年にDVD-ROM読み込みとCD-R/RW書き込みに対応した、いわゆるコンボドライブが登場。以降はコンボドライブが主流になっていく。さらに、2002年以降からDVD系メディア等の書き込みにも対応したスーパーマルチドライブやハイパーマルチドライブが登場し、現在に至る。
1998年には音楽専用のCD-R/RWレコーダーが発売された。データ用のCD-R/RWは使用できず、私的録音補償金が上乗せされた音楽専用メディアを使う必要がある。一般向けにはミニディスクほど普及しなかったがアナログレコードのデジタル化やデジタル放送の録音等、DATデッキの代わりとして使用されることも多い。近年では低価格化も進みプロ及びオーディオ愛好家向けに生産されている。
CD-Rを使った音楽CDの私的複製やオリジナルのコンピレーションCDの作成などが一般的になると、レーベル面にインクジェットプリンタで印刷ができるプリンタブルメディアの需要が高まった。家庭用インクジェットプリンタの多くはCD-Rのレーベル面印刷に対応している（メディアのサイズが同じためDVD-R・BD-R等にも対応可能）。
2000年代半ばになると複数の記録型DVD規格に対応したDVDマルチドライブが一般的になる。これらの製品はほぼ例外なくCD-R/RWの書き込みにも対応している。記録型Blu-ray Disc・HD DVDドライブも同様である。
DVD-Rメディアの値下がりが続きCD-Rよりも割安になったり、データの受け渡し用にメモリーカードやUSBメモリの利用が一般的になったためデータ記録用途においてCD-Rは一定の役割を終えたと言える。しかしその一方で音楽CDの作成用途としては依然として需要がある。

メディアの種類

データ用も音楽用も同じ材質ではあるので記録する音質やビットレートに気にしない限り問題なく利用出来る（これはDVD-R/DVD-RWにも言える。）

データ用

オレンジブックに規定されている一般的なCD-Rで容量は、12cmのディスクで最大700MB（80分）、8cmのディスクで210MB（24分）である。650MB（74分）（8cmでは185MB〈21分〉）と700MB（80分）（8cmでは210MB〈24分〉）が主流で、以前は550MB（63分）（8cmのディスクでは156MB）のメディアもあったが、現在では一部の音楽愛好家が使用するのみでほとんど使われなくなった。1980年代は主に74分CDであったが、1990年代から80分CDが出回るようになった。
オレンジブック規格外の700MBを超えるメディア、流通しているものでは最大870MBも存在しているが、ATIPのアドレスに矛盾が生じるため正しく読み書きできないドライブも多く存在する。2003年にフィリップスがこれらのガイドライン「High Capacity Recordable Disc」を策定している。2019年現在90分ディスクはごく一部の市販CDに採用されつつあるが、ドライブの読み書きの問題からいまだに難色を示すレーベルは多い。99分ディスクを使用したレーベルはまだ現れていない。このため、「100分」という都合の悪い収録時間(例えばマーラーやブルックナーなどの交響曲)だとCDを2枚組にしなければならず、CD出現初期からこの問題は解決していない。

音楽用

音楽専用CD-R/RWレコーダー用のメディアで、データ用との違いは、判別信号 (Disc Application Code) が記録されており、レコーダー側で識別できるようになっていること（音楽用のデータ用への流用は出来るがこの逆は出来ない）と、私的録音補償金が上乗せされていることである。多くのCDプレーヤーの時間表示はそもそも100分以上を想定していないため、表示限界までの99分59秒がCD容量の限界として認識されたと考えられる。かつてはDouble Density CD-R 1.3GBで120分を詰め込むことも考えられていたが、全く普及しなかった。

High Capacity Recordable Disc

HCRDとも呼ばれる規格で、80分を超えるCD-Rについてのガイドラインを策定したものである。最大容量は12cmのディスクで98分29秒74フレーム、8cmのディスクで30分の記録が可能となっている。ただし、オレンジブックには準拠しておらず、CD-Rのロゴは使用されていない。読み書きできる機器、ライティングソフトなどは依然として限られている。Eight-to-fourteen modulationが定めた規格最大容量は97分26秒である。

構造

CD-Rは、ポリカーボネイト製基板、記録層、反射膜層、保護層、レーベル層の順に層で構成されている。サンドイッチ状に基板にはさまれた従来のCDと違い、記録層を表板に貼り付けただけの構造になっており、表面が傷つけば記録層も剥がれ落ちる。そのため、表面に文字を書き込む際には鉛筆やボールペンなどの先の尖った筆記用具は使用できず、先が柔らかくて尖っていない油性マジックやサインペンなどで書き込むよう注意が必要である。

記録方式

CD-Rへの記録方式は、ディスクアットワンス方式とインクリメンタルライト方式とに大別される。実際の操作は使用するライティングソフトによって異なる。

ディスクアットワンス方式 (DAO : Disk at Once)

ディスクアットワンス方式によると、古いドライブやパソコン以外の機器との互換性は高くなる一方、未使用領域への追加的利用には対応できない。

インクリメンタル方式 (Incremental Write)

セッションアットワンス方式 (SAO : Session at Once) やトラックアットワンス方式 (TAO : Track at Once)、パケットライト方式 (Packet Write) のような、インクリメンタル方式によると、古いドライブやパソコン以外の機器との互換性は低くなる一方、未使用領域への追加的利用には対応可能となる。ただし、クローズ情報を記録（ファイナライズ）した場合には、未使用領域への追加的利用には対応できないこととなる。

バッファーアンダーランエラー回避

「バッファーアンダーラン」とは、CD-Rへの記録中に、記録装置へデータの転送が途切れ、記録用バッファー内のデータが必要量を下回ってしまう現象である。発生すると書き込みは失敗し、そのディスクは不良ディスクとなってしまう。メディアへの記録中にコンピュータの負荷が増大した際に発生しやすく、とくにドライブの記録速度が向上するのに伴って発生率が上昇し、問題となった。
記録速度が8倍速以上のCD-R（「High-speed」の記載がある）が登場した2000年頃、バッファーアンダーランが発生することによる書き込みの失敗（バッファアンダーランエラー）を回避する機能を持ったドライブが開発された。書き込みソフトウェアと連携し、記録中にドライブへのデータ転送が停滞した際にディスクへの記録を一時的に中断し、その後データ転送が復旧したらその位置から記録を再開するもので、三洋電機の「BURN-Proof」（バーン・プルーフ）や、リコーの「JustLink」（ジャストリンク）、ライトンの「SMART-BURN」（スマート・バーン）といったものが知られている。これらはその後多くのコンピュータ向け記録装置や書き込みソフトウェアに採用され、ドライブバッファの大容量化やコンピュータの性能向上などと共に書き込み不良の減少に寄与している。
高速（20倍速が目安）で書き込みを行う場合は、同じ速度を維持しながら書き込む制御を行うドライブと、ディスク内周部を低速・外周部を高速と、ディスクの回転数を変えて書き込む制御を行うドライブが存在する。後者の制御を行う場合に速度変更を行う「継ぎ目」部分では一時的に書き込み動作が停止するが、書き込み動作の停止・再開にバッファアンダーランエラー回避技術が応用されている。これにより現在の超高速書き込みが実現された。
なお、バッファアンダーランエラー回避技術はDVD-Rドライブでは、仕様で必須の機能となっている。
これらの機能が作動すると、ディスク上のピットパターンに微妙な不連続が生じる。CD-Rはデジタル記録であるためデータに異常が出ることはなく、不連続の大きさ自体も技術発展によって最小限にとどめられるようになった。しかし、音楽CDを作成した場合、この不連続が音質の劣化につながるという主張もある。