INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICACULHUACÁN
TECNICAS DE GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN DEL SONIDO
“GRABADORAS Y REPRODUCTORAS”
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTA:
ITZEL SOBERANES HERNÁNDEZ
ASESORES:
ING. LUIS GERARDO HERNÁNDEZ SUCILLA ING. SERGIO VÁZQUEZ GRANADOS
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA YELÉCTRICA UNIDAD CULHUACÁN
TESINA
QUE GENERA EL TITULO: INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA POR LA OPCIÓN DE TITULACIÓN: SEMINARIO
DENOMINADO: TECNICAS DE GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN DEL SONIDO
VIGENCIA: FNS30697/11/2007
DEBERÁ DE REALIZAR: SOBERANES HERNÁNDEZ ITZEL
“GRABADORAS Y REPRODUCTORAS” INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO I. ANTECEDENTES HISTÓRICOS CAPÍTULO II. GRABACIÓN ANALÓGICA
CAPITULO III. GRABACIÓN DIGITAL DE SONIDO CAPITULO IV. DESARROLLO
CAPITULO V. JUSTIFICACIÓN
CAPITULO VI. ESTUDIO DE MERCADO CONCLUSIONES
ASESORES
_____________________________________ _________________________________ ING. LUIS GERARDO HERNÁNDEZ SUCILLA ING. SERGIO VÁZQUEZ GRANADOS
__________________________________________ M. EN C. HÉCTOR BECERRIL MENDOZA
1 AGRADECIMIENTOS
A mi mamá, por brindarme la oportunidad de vivir, por todos aquellos sacrificios que hiciste por mí, por tu amor, tus enseñanzas, tu apoyo en cada momento y tus consejos, por permitirme ver a diario tu maravillosa sonrisa y tus ojos llenos de luz, por mostrarme el valor de las cosas simples de la vida.
A mi papá, por permitirme entrar en tu vida y estar conmigo en cada momento, por tus sabias palabras y grandes consejos, por permitirme ser libre.
A mi hermana Maria José por su incondicional apoyo y enseñarme el lado mágico de la vida.
A mis abuelos, Gloria, Silviano y Guadalupe por estar conmigo en cada momento, por esos sabios consejos que la experiencia les ha brindado y por su amor incondicional.
A mi tíos Gloria, Miguel Jesús, Martín, José Luis, Matilde y Martha por su apoyo cuando lo he necesitado, por enseñarme y mostrarme un poquito de lo que hay en éste mundo.
A mis primos Frida, Francisco, Alejandro, Diana, Claudia y Nacho por esos grandes momentos y experiencias que hemos pasado juntos.
A Gustavo Martínez, por todo tu amor, cariño y apoyo, por permitirme crecer día con día a tu lado.
Gracias por tu valiosa ayuda en la realización de éste trabajo.
A todos mis amigos y amigas que sin duda alguna forman parte esencial en mi vida, gracias por cada momento que hemos pasado juntos, buenos y malos, por permitirme aprender un poquito de cada uno y enseñarme el verdadero valor de la amistad.
A mis maestros, por compartir su conocimiento, experiencia y darme la oportunidad de ver más allá.
2 INDICE
Pag.
Introducción ... 3
Capítulo I. Antecedentes Históricos ... 5
Capítulo II. Grabación analógica ... 8
Grabación mecánica analógica. ... 9
Grabación magnética analógica. ... 31
Grabación óptica analógica. ... 69
Capitulo III. Grabación digital de sonido ... 70
Antecedentes ... 70
Métodos de grabación digital ... 79
Magnéticos ... 79
Ópticos ... 89
Magneto-óptico ... 107
Capitulo IV. Desarrollo ... 109
Capitulo V. Justificación ... 117
Capitulo VI. Estudio de mercado ... 118
Conclusiones ... 121
3 INTRODUCCIÓN
Los métodos de grabación se dividen en dos grandes campos: el análogo y el digital.
Para entender estos términos de una manera más sencilla, utilicemos el ejemplo de los relojes: aquellos en los que las horas son señaladas mediante manecillas son análogos; ya que sus agujas van barriendo físicamente todos los puntos en lo que se le llama, precisamente, un barrido análogo.
En cambio, un reloj digital por ejemplo, marca el uno, después el dos y luego salta al tres sin pasar por los puntos intermedios. Cada uno de esos números enteros es un punto que contiene toda la información necesaria para darnos la hora.
Si este ejemplo lo transportamos a una cinta y lo aplicamos a un proceso de grabación, veremos que las cabezas de grabación analógicas van barriendo toda la superficie de la cinta. En un proceso de grabación digital, en cambio, se van registrando puntos de información claves, sin pasar por todo el recorrido. Mientras los métodos análogos de grabación recurren a una cinta magnética a la cual barren completamente dejando a su paso una huella electromagnética que puede traducirse luego en sonidos, los métodos digitales pueden utilizar diversos soportes, desde cintas hasta CD´s al igual que el mismo disco duro de una computadora.
Su característica esencial es dejar pulsos de información impresos que cifran en el lenguaje de las computadoras (números binarios), el sonido que después va a ser leído a través del mismo sistema para poder escucharse nuevamente. Los sistemas normales de grabación digital graban en cada segundo unos 44 mil pulsos de información.
Fig. 1 Señal analógica a digital
La consecuencia más directa y evidente de los métodos digitales es el control exhaustivo que permite aislar, en cada pulso, una cantidad determinada de información para el análisis minucioso de cada dato que es traducido en gráfico o en dibujo, donde el sonido aparece claramente representado a fin de que pueda ser modificado a voluntad.
4 Otra de las características del sonido digital es la ausencia total de ese ruido que, en mayor o menor medida, afecta a las grabaciones análogas, conocido habitualmente como gis.
Debemos tener en cuenta que, ya sea por métodos análogos o digitales, la grabación en estudio se efectúa generalmente mezclando las pistas grabadas de cada uno de los instrumentos, que generalmente se interpretan en forma sucesiva, con el fin de verificar la ejecución y calidad sonora, así como para identificar y corregir más fácilmente los errores.
El sonido puede ser captado a través de un micrófono y ser sometido a un proceso que lo convierta en información binaria, obteniendo así una serie de nuevas posibilidades.
• En primer lugar, permite visualizar en una pantalla cada sonido con sus componentes: timbre, duración y altura, a fin de controlarlo con precisión. Esto es lo que se conoce como grabación no lineal. Así, los sonidos son representados, por ejemplo, en una canción completa, siendo posible abordar cualquier punto de ésta, sin necesidad de recorrer una cinta para encontrar justo el lugar que se quiere tratar, como sucedía en las grabaciones análogas.
Fig. 2 Grabación Analógica
• En segundo lugar está el hecho de que no existe ruido o gis, gracias a lo cual hoy se puede grabar con mucho volumen, una práctica que en las grabaciones análogas aumentaba también el volumen del gis. Un volumen más alto de grabación puede capturar sonidos muy sutiles, que con los niveles de
grabación históricos pasarían desapercibidos. La eliminación de todos los ruidos ajenos a la grabación mediante procesos de
manipulación digital, resulta útil para los pequeños estudios que ya no requieren de un aislamiento acústico total como antaño. Esta es una de las razones por las que ahora es menos costoso montar un estudio.
• En tercer lugar, la música puede registrarse digitalmente como mera información gracias a otro de los grandes aportes de la informática, el sistema denominado MIDI, (Musical Instrument Digital Interface, que en español se traduce como Interfaz Digital para Instrumentos Musicales) y una computadora.
5 CAPITULO I
ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Evolución histórica de la grabación mecánica analógica de sonido: • paleófono (no se construyó, pero se registró la patente). • fonógrafo.
• gramófono. • discos de vinilo. PALEÓFONO
El 10 de abril de 1877, el francés Charles Cros registró una patente de invención de "un procedimiento de registro y reproducción de los fenómenos percibidos por el oído". Por lo tanto Charles Cros afirma que si una membrana provista de un punzón traza un surco por la acción de un sonido, ese surco hará vibrar la membrana cuando el punzón vuelva a pasar por el surco y se recuperará el sonido inicial: bajo este presupuesto planteaba la construcción de su Paleófono.
Debía haber sido el primer sistema de grabación de sonido, de hecho, en las tres páginas manuscritas que presento en la Academia de Ciencias de París, Cros describía una sorprendente máquina parlante que había bautizado como "paleófono". Sin embargo, la máquina nunca se construyó.
De haberse materializado, el paleófono, hubiese sido el primer sistema de grabación mecánica analógica.
Posteriormente, Edison se habría inspirado en este proyecto para crear su fonógrafo.
FONÓGRAFO
El primer aparato capaz de grabar y reproducir sonido que se inventó se denomina fonógrafo, éste fue inventado por Tomás A. Edison en 1877, su invento consistía en un altavoz invertido el cual recibe la señal acústica y la lleva a un diafragma que en su extremo de menor diámetro tiene colocado una púa, la cual descansa sobre la superficie de una hoja de papel de estaño, ésta a su vez se encuentra sobre un cilindro estriado. De ésta manera cuando el altavoz recibe una señal acústica la conduce a la púa, la cual deforma la superficie del papel estaño.
Para la reproducción, simplemente se coloca la púa sobre la superficie deformada del papel estaño y se le obliga a recorrer la misma trayectoria, con lo que las deformaciones producidas anteriormente, mueven el estilete y éste a su vez mueve el diafragma, de ésta manera puede reproducirse la señal grabada.
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Fig. 3 Fonógrafo de Edison
GRAMÓFONO
Se denomina gramófono al primer sistema de grabación y reproducción de sonido que utilizó un disco plano, a diferencia del fonógrafo que grababa sobre cilindro. Fue patentado en 1888 por Emile Berliner.
El gramófono utiliza un sistema de grabación mecánica analógica en el cual las ondas sonoras son transformadas en vibraciones mecánicas, que hacen mover una púa que labra sobre la superficie de un disco, que ha sido tratado químicamente, surcos que conforman una espiral.
El gramófono de Berliner, al igual que los tocadiscos desarrollados posteriormente, consta de un plato giratorio, un brazo, una aguja o púa y un amplificador. Un motor eléctrico hace girar el plato a una velocidad constante de 33, 45 o 78 revoluciones por minuto.
El gramófono acabó imponiéndose sobre el fonógrafo por su menor coste de producción, dado que a partir de un único molde original podía realizar miles de copias. El fonógrafo sólo podía realizar una única toma de sonido por cada representación original. Por ello, cuando se iba a realizar una grabación, se disponían múltiples fonógrafos.
DISCO DE VINILO
Se puede decir que es el primer soporte que se comercializó de forma masiva y que con él se extendió la música por todas partes y además lleva, porque todavía sigue vivo, más de cien años de existencia. Es cierto que ahora sobrevive de forma minoritaria, pero así sigue y, según algunos, tiene una especie de segunda juventud.
Los primeros discos de vinilo giraban a una velocidad de 78 revoluciones por minuto y tenían el inconveniente, entre otros, de que las posibilidades de que se rayaran eran muy altas, con lo cual se estropeaba la audición. Otro era que los aparatos reproductores eran demasiado grandes, con lo que no eran fácilmente transportables y además muy sensibles a cualquier movimiento. Esto se fue solucionando con varios inventos como el reproductor de cintas de Casete, aunque también estás tienen sus inconvenientes.
7 En el año 1945, la compañía Columbia Broadcasting System, heredera de la Columbia que había sido fundada en 1889, con lo que es otra de las pioneras en el mundo del sonido, inventó el disco de larga duración, (long play), que giraba a una velocidad de 33 y un tercio vueltas por minuto. El resultado de este invento se presentó oficialmente en 1948 y demostró que se podía escuchar un total de 45 minutos seguidos de grabación. La compañía rival de Columbia, de la famosa RCA-Victor, la que fundó Emil Berliner, sacó su propio disco que funcionaba a una velocidad de 45 revoluciones. Esto sucedió en el año 1949, es decir un año después del hallazgo de la Columbia. Este disco parece que gustó especialmente a los jóvenes y dio comienzo a la guerra de las velocidades, que se mantuvo hasta 1950, en el que el LP se impuso. De todas formas los discos de 45 rpm han superado las dificultades y aún se pueden ver bastantes en las tiendas especializadas.
Más adelante ahondaremos sobre el disco de vinilo, ya que a partir de los principios de grabación de éste fue que surgieron las nuevas formas de grabación.
8 CAPITULO II
GRABACIÓN ANALÓGICA DEL SONIDO
La grabación de sonido puede realizarse bien mediante la grabación analógica o mediante la grabación digital (audio digital).
El término analógico se utiliza como contraposición al concepto digital, no sólo en sonido, sino también en imagen.
Las señales analógicas se llaman así porque son "análogas" a la forma de la señal original. Es decir, si visualizáramos la señal acústica original, ésta equivaldría a la señal resultante en su forma. Por el contrario, en la conversión digital, la onda sonora es transformada en una sucesión de ceros y unos, que nada (en su forma) tienen que ver con la señal original, aunque puedan reproducirla.
La representación gráfica de un sonido grabado analógicamente tendrá la misma forma que el sonido original, pero la curva indicará variaciones de voltaje, en lugar de variaciones de presión de aire. Estas nuevas señales analógicas se obtienen por medio de transductores (un transductor es un dispositivo capaz de convertir una magnitud física en otra).
Ejemplo claro de un transductor puede ser el micrófono ya que éste convierte la variación de la presión de aire ejercida sobre su membrana en una señal de voltaje variable en el tiempo.
La variación de este voltaje se puede grabar analógicamente utilizando diferentes tecnologías, sobre una cinta magnética o en los surcos de un disco de vinilo.
En el caso del disco de vinilo, por ejemplo, los surcos dibujan, sobre la espiral del disco, trayectorias que reproducen las formas (son una analogía) de la señal original.
Cuando deseamos reproducir el sonido, la señal eléctrica generada por el cabezal de la pletina o la aguja del tocadiscos se amplifica y envía a los altavoces, donde un nuevo transductor la convierte en un campo magnético capaz de desplazar y de hacer que oscilen (con las frecuencias originales) los conos de papel de los altavoces
Al contrario de lo que opina la mayoría, una grabación analógica no tiene porqué sonar peor que una grabación digital (en condiciones óptimas suena, de hecho, mejor). Sus inconvenientes radican en que:
9 • la señal analógica se degrada mucho más rápidamente (las cintas magnéticas se desmagnetizan, y tanto las agujas como los surcos en el vinilo se desgastan)
• en cada nueva generación se produce una pequeña pero inevitable pérdida, de forma que, a cada nueva copia, la señal se parece cada vez menos a la original.
Los sistemas analógicos de grabación son 3:
1. Grabación mecánica analógica o Grabación electromecánica analógica.
2. Grabación magnética analógica o Grabación electromagnética analógica.
3. Grabación óptica analógica o Grabación fotográfica del sonido.
Hay que recordar que la grabación de sonido y reproducción es la conversión de las ondas de sonido (por ejemplo, música) a una grabación permanente, y su posterior reproducción en su forma original. En el sistema más normal de grabación de sonido, el método magnético, las ondas sonoras transformadas pueden ser amplificadas y hacer que magneticen una cinta de plástico cubierta por un óxido metálico en función de la frecuencia e intensidad del sonido. La grabación de sonido implica el movimiento mecánico del medio de grabación a una velocidad constante por delante del punto de grabación para que posteriormente pueda ser reproducida como una réplica del sonido original. A continuación explicaremos cada uno de los sistemas analógicos de grabación mencionados:
GRABACIÓN MECÁNICA
Se denomina grabación mecánica analógica a un método mecánico de grabación analógica de sonido, que nos permite almacenar información modificando la superficie de un material; actualmente casi en desuso.
Las vibraciones sonoras son transformadas mediante un transductor electroacústico o electromagnético en variaciones eléctricas o magnéticas:
• eléctricas (variación de voltaje): cuando se trata de una cápsula formada por un estilete de cristal de cuarzo o de cerámica que producen corriente eléctrica por la fricción. Las cápsulas piezoeléctricas están en desuso.
• magnéticas (variación del flujo magnético): cuando la cápsula forma un imán móvil o una bobina móvil.
Ahora bien, haciendo alusión del fonógrafo de Edison, explicaremos lo siguiente, ya que forma parte muy importante dentro del desarrollo de la grabación mecánica.
10 La señal producida por el fonógrafo de Edison, es lo que actualmente se conoce como grabación vertical, en la cual el movimiento del estilete es colineal con su propio eje y perpendicular al movimiento relativo entre estilete y medio de almacenamiento.
Posteriormente fue desarrollado otro sistema de almacenamiento que recibió el nombre de grabación lateral. En éste el| movimiento del estilete es perpendicular tanto al eje del propio estilete como al movimiento relativo entre estilete y medio de almacenamiento
Fig.4 Diagrama esquemático del fonógrafo de Edison
La grabación lateral tiene sobre la grabación vertical, la ventaja de un menor ruido de fondo, ya que las partículas de polvo que se depositan en el fondo del surco, sino son muy grandes, no son detectadas por el transductor, ya que provocan un movimiento vertical al cual el transductor es insensible. Cabe señalar que la grabación estéreo ocupa estos dos sistemas, aunque no en su forma original.
Con el paso del tiempo se abandonó la forma cilíndrica y se substituyó por una superficie en forma de disco, que permite con mayor facilidad la reproducción a mayor escala, esto reduce considerablemente el costo de fabricación.
Actualmente, las grabaciones originales se hacen en una laca, que esta formada por un soporte de aluminio recubierto por una capa de celulosa. Los sistemas primitivos utilizaron cera como medio de almacenamiento y posteriormente se utilizó un disco de base de aluminio recubierto de acetato de celulosa, de ahí el nombre que se ha conservado indebidamente hasta la fecha.
A continuación se muestra un esquema del corte de una “laca”.
11 La púa original del sistema de Edison, se reemplazó por un buril de forma triangular con un ángulo de 90°, de tal forma que en lugar de simplemente deformar la superficie del medio (papel estaño) se remueve parte del material (laca), logrando así una grabación de permanencia mucho más prolongada. En la siguiente figura podemos observar la forma del surco con el estilete en una grabación lateral y en una vertical.
Fig. 6 Grabación lateral Grabación vertical
Éste proceso de grabación se realizaba a una velocidad constante pero los surcos podía responder, o bien, a una variación de la amplitud (Grabación mecánica a velocidad constante), o bien, a una variación de la frecuencia (Grabación mecánica a frecuencia constante).
Uno de los dos parámetros siempre era fijo. Se modulaba el otro en función de la señal sonora original (luego transformada en eléctrica o magnética, según fuera el caso).
Cuando se logró la normalización de la velocidad de grabación a 78 rpm, se utilizó un surco con una anchura de 150 micras, lo que limitaba el ancho de banda a 5000 Hz. El desarrollo de los sistemas de larga duración, al utilizar un surco de 50 micras, y un diámetro del disco mayor (30 cm en lugar de 25 cm), aumentó considerablemente el ancho de banda y se lograron grabaciones que alcanzaron hasta los 15000 Hz, en la periferia del disco. El tiempo de almacenamiento en la superficie del disco, también se vio favorecido por la reducción del tamaño del surco, pues se logró pasar de 3 min. que se utilizaba en los discos de 78 rpm hasta 25 min. y en algunas ocasiones se logró llegar hasta 30 min. en cada cara del disco.
La norma RIAA (siglas de la Recording Industry Association of America, traducción al español: Asociación de la Industria Discográfica de Estados Unidos) de los años 50, teniendo en consideración que las frecuencias graves utilizan un ancho de surco mucho mayor que las agudas, establecía que para imprimir los discos debían utilizarse los dos sistemas tomando como límite la frecuencia de 1.000 Hz
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NORMA RIAA:
• Grabación mecánica a velocidad constante para frecuencias de 20 – 1.000 Hz.
• Grabación mecánica a amplitud constate para frecuencias de 1.000 – 20.000 Hz.
DISCO DE VINILO
Fig.7 Disco de Vinilo
El disco de vinilo es un formato de reproducción de sonido basado en la grabación mecánica analógica. Se ha generalizado la nomenclatura disco de
vinilo o sólo vinilo porque éste era el material habitual para su fabricación. No
obstante, los discos también podían ser de plástico, aluminio u otros materiales.
FORMA DE GRABACIÓN
El transductor utilizado para recoger el sonido no era un micrófono sino lo que se conoce como bocina captora. La bocina captora era una pequeña bocina terminada en un diafragma alargado. Este diafragma flexible era el que vibraba conforme a la presión sonora ejercida por el sonido.
Estas vibraciones resultantes (ya sean eléctricas o magnéticas, dependiendo de la naturaleza del transductor) proporcionaban, mediante un nuevo proceso de transducción, la energía mecánica necesaria para mover la aguja encargada de trazar el surco sobre el soporte.
Así, el sonido quedaba registrado como surcos en la superficie del soporte. Si se trataba de un disco fonográfico, el soporte era un cilindro de hojalata que registraba surcos helicoidales, mientras que si se trataba de un disco gramofónico o de los llamados discos de vinilo, se trataba de un disco de cera en el que se registraban surcos en forma de espiral.
13 SISTEMA DE PRENSADO
Los discos comerciales que se venden al público, se obtienen a partir del estampador colocado en una prensa hidráulica y comprimiendo un compuesto de policloruro de vinilo, que es un material suficientemente rígido y terso que permite obtener una pieza de excelente calidad.
La prensa está formada por una cavidad en la que se introduce aceite a presión y que comprime una pieza en forma de libro, llamada dado, en donde se coloca previamente el estampador sujeto por el centro y las orillas. Se colocan dos estampadores que corresponden a las dos caras del disco, una en cada una de las caras del dado. El conjunto muestra una forma como la indicada en la figura de abajo.
Fig. 8 Diagrama de una prensa.
El dado es una pieza metálica con un serpentín interior en donde se hace circular alternativamente vapor de agua recalentado y agua fría, mediante una válvula de dos vías, accionado por aire comprimido. De ésta forma se logra imprimir en la pasta, las variaciones del surco que contiene el estampador, mientras está caliente, para luego enfriarla y poderla retirar del dado cuando alcanza una temperatura menor de 40°C.
Para la impresión de un disco se procede de la siguiente manera:
Se abre la válvula de paso de vapor recalentado y mientras el dado, junto con el estampador, alcanzan una temperatura muy cercana a los 115°C, el operador coloca las etiquetas correspondientes a cada cara y posteriormente la pasta.
A continuación se cierra el dado y se aplica la presión hidráulica a la prensa, que de ésta manera comprime la pasta y se logra imprimir todas las variaciones del surco. Posteriormente, se hace pasar agua fría mediante la válvula de dos vías y se reduce la temperatura del dado, del estampador y del disco, hasta un valor que permita manejar el disco sin deformarlo. La temperatura que se alcanza es del orden de 35 a 40°C.
Como el proceso de elaboración de un disco requiere de una etapa de calentamiento, que se consigue con vapor recalentado, seguido de una etapa de enfriamiento, en donde se hace circular agua fría, es evidente que el tiempo necesario para dichas operaciones depende de las temperaturas que alcancen
14 respectivamente el vapor y el agua. El tiempo de fabricación de cada disco varía entre 30 y 60 seg.
El primer disco que se obtiene de la impresión, es una pieza que generalmente se desecha, ya que la pasta recoge todas las partículas de polvo que se depositan en la superficie del estampador y generalmente no tiene una buena calidad. El segundo disco, se lleva a la sala de control de calidad, en donde se escucha cuidadosamente, ya que no es posible verificar la grabación en ninguno de los pasos anteriores. Si el disco está libre de defectos, se inicia la producción en serie.
Al salir de la prensa el disco no tiene forma circular, puesto que se colocó pasta en exceso para asegurar que todos los surcos queden completamente formados, por lo tanto, cuando el disco no se ha enfriado totalmente, se recorta la orilla con lo que el disco queda totalmente terminado.
La pasta para fabricar los discos, está formada principalmente por policloruro de vinilo (PVC) a la que se le agrega negro de humo para mejorar la apariencia y algún fluidificante como estrato de plomo, para que la pasta se deslice con facilidad. Sin embargo, como el negro de humo es una sustancia extraña al PVC, con el uso suelen desprenderse pequeñas partículas de negro de humo que generan ruido y reducen la vida útil del disco.
PROCESO GALVANO PLÁSTICO
Con el propósito de obtener una gran cantidad de copias iguales al disco original cortado sobre la laca y que las copias obtenidas tengan una mayor duración, mediante un proceso galvanoplástico se obtiene un molde negativo de la grabación original en un material que sea altamente resistente para soportar el esfuerzo mecánico que requiere la obtención de las copias.
Como la laca no es conductora, no se puede someter directamente al proceso electrolítico, por lo que se requiere primeramente hacer conductora la superficie a fin de que se pueda depositar el material metálico procedente del baño electrolítico.
Primeramente se procede a desengrasar la laca utilizando algún detergente que no reaccione con el nitrato de celulosa de que está compuesta la laca, con lo que se obtiene una superficie totalmente limpia y libre de sustancias grasosas.
Se elimina después el exceso de detergente enjuagando la laca con agua simple.
Se procede a sensibilizar la laca sumergiéndola en una solución al 10% de cloruro estañoso, lo que permite la adherencia superficial de la plata que se aplica por aspersión de dos sustancias que reaccionan entre sí.
15 Para depositar la plata, se rocía la laca ya sensibilizada con una solución que tiene como agente activo nitrato de plata y simultáneamente con otra solución de hidróxido de amonio que tiene la propiedad de reducir la plata del nitrato a plata metálica. Como ésta reacción tiene lugar precisamente donde se juntas las dos sustancias, esto es, en la superficie de la laca, la plata metálica recién formada se adhiere al cloruro estañoso que cubre toda la superficie de la laca obteniendo así una capa sumamente delgada de plata. El espesor de éste recubrimiento es de algunas fracciones de micra, ya que cuando la plata cubre alguna parte de la laca sensibilizada ya no se adhiere más plata.
La laca ya plateada y húmeda se coloca en un gancho metálico pero recubierto por un plástico resistente a la solución electrolítica que permita hacer contacto eléctrico con la superficie plateada de la laca. Todo el conjunto se sumerge en la solución electrolítica.
Como electrodo positivo se utiliza una barra de níquel y como electrodo negativo la laca recién plateada. Aplicando una diferencia de potencial entre los electrodos, se logra que los iones libres de níquel se depositen sobre la superficie plateada hasta alcanzar un espesor de unos dos milímetros.
La solución electrolítica requiere de cuidados especiales, debe filtrarse continuamente para evitar la presencia de sustancias extrañas y además debe purificarse electrolíticamente usando un baño de purificación en donde la solución pasa entre dos electrodos que tiene aplicado un potencial relativamente bajo para depositar sustancias diferentes al níquel, ya que éste requiere para su depósito, potenciales más elevados.
Fig. 8 Corte de una laca plateada y con depósito de níquel
La placa de níquel recién obtenida es un negativo de la laca original, pero está recubierta de plata, la cual es un material relativamente blando y poco resistente, por lo que se debe proceder a eliminarlo.
Esto se consigue sumergiéndola en una solución de ácido crómico, el cual tiene la propiedad de formar cromato de plata, que es un compuesto que no tiene cohesión que puede retirarse fácilmente con agua corriente y frotando suavemente la superficie de níquel, libre de plata metálica.
La pieza obtenida, pude llevarse a las prensas para iniciar la producción en serie de los discos, sin embargo, cuando se espera una producción elevada se
16 vuelve a llevar a los tanques electrolíticos para obtener otra pieza metálica. Si se lleva directamente a las prensas se dice que es un estampador convertido, pero si se utiliza nuevamente en los tanques se dice que se trata de un “padre”. El “padre” se somete a la misma operación electrolítica que la laca y después de un tiempo similar, se obtiene una pieza invertida del “padre”, es decir, un disco metálico que puede reproducirse de manera ordinaria en una torna mesa común con una aguja de reproducción que termine simplemente en punta ya que ésta nueva pieza es un positivo.
Los moldes negativos, obtenidos por procesos sucesivos de la “madre”, en la tina de depósito electrolítico, reciben el nombre de estampadores y son los que se llevan finalmente a las prensas. Los elementos formados se muestran esquemáticamente en la figura siguiente.
Fig. 9 Elementos formados
Antes de llevar la pieza metálica a las prensas, se pule el respaldo con una lija fina y se recorta la orilla para poderla sujetar en la prensa.
El proceso electrolítico es un proceso a nivel molecular por lo que las piezas obtenidas conservan todas las variaciones del corte original, con lo que se obtiene una pieza de excelente fidelidad que permite lograr un disco de alta calidad. Básicamente, se emplea el mismo procedimiento en la obtención de los moldes para grabación digital.
GRABACIÓN ESTEREOFÓNICA
La grabación estereofónica, permite almacenar dos informaciones diferentes en el mismo surco, modulando cada una de las partes con una información diferente.
Supóngase que en una cabeza de grabación vertical, se hace girar la bobina 45° de su posición original y que se le aplica una señal senoidal. El surco grabado mostrará una forma como la indicada en la figura de abajo, con un lado del surco sin ninguna información. Si el conjunto se hubiera girado los mismos 45° pero en sentido contrario, sería la otra pared del surco la que no mostraría ningún movimiento.
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Fig. 10 Bobina girada 45° y surco correspondiente
Si se colocan dos bobinas, formando un ángulo de 90° entre ellas y a los mismos 45° con respecto a la vertical (que son los mismos grados formados con la superficie de la laca) y se aplican señales senoidales que representen un desplazamiento pequeño, es decir, de unas cuantas micras en cada una de las bobinas, al hacer el análisis vectorial de la resultante de los desplazamientos, se encuentran dos condiciones dependiendo de la fase relativa de las señales aplicadas a las bobinas.
En la siguiente figura se muestra el efecto de aplicar las dos señales con la misma fase eléctrica. Las bobinas se han designado con la letra “a”, la que se mueve con una pendiente de 45° positivos y su devanado está colocado de tal manera que durante el medio ciclo positivo del diagrama vectorial, lógicamente, durante el medio ciclo negativo, el movimiento ocurrirá en el tercer cuadrante. El devanado está colocado de tal modo que durante el medio ciclo positivo de la señal senoidal, el estilete se mueve hacia el cuarto cuadrante. Por lo tanto, durante el medio ciclo positivo, el estilete se moverá hacia el primer cuadrante, por efecto de la corriente aplicada a la bobina “a” y hacia el cuarto cuadrante por efecto de la corriente aplicada a la bobina “b”, el resultado vectorial, si las ganancias son iguales, será un desplazamiento de estilete sobre el eje de referencia en el sentido positivo (a la derecha). Durante el medio ciclo negativo, las condiciones se invierten y el desplazamiento resultante será hacia la izquierda. El movimiento del estilete, produce una grabación lateral.
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Fig. 11 Grabación de dos señales en fase.
Si se invierte la fase de una de las señales, supongamos la señal “B”, el vector correspondiente a la bobina ”A”, no sufrirá ningún cambio, pero el vector de la bobina “B”, invertirá su movimiento y durante el medio ciclo positivo se desplazará en el segundo cuadrante. El vector resultante, será un movimiento en eje vertical que representa una grabación vertical.
Fig. 12 Grabación de dos señales con fase relativa de 180°
Por lo tanto, con una cabeza de dos bobinas con un ángulo de 90° entre sí y a 45° con respecto al plano de la laca, es posible hacer una grabación vertical o una grabación lateral. La cabeza utilizada, por tener sus bobinas a 45° recibe el nombre de cabeza de 45-45.
19 Desde el punto de vista vectorial, cualquier posición que alcance el estilete con la aplicación de las señales, está determinada por la suma de los vectores individuales, pero desde luego, la misma posición puede alcanzarse si cada uno de los vectores se descompone en sus componentes ortogonales, se suman dichas componentes y se encuentra la resultante. De ésta manera, se tiene una cabeza con bobinas que producen movimiento vertical y lateral. Si se aplican dos señales de la misma intensidad y de la misma fase, a las bobinas vertical y lateral, el resultado, es una grabación en una de las paredes del surco.
Para asegurarse que los movimientos son iguales en una cabeza de bobinas vertical-lateral, se graba una señal en uno solo de los canales. El efecto final, debe ser una grabación en donde una pared del surco no tenga ningún desplazamiento. Con ésta cabeza, la grabación de una señal monoaural es muy sencilla, pues basta con no alimentar la bobina que produce el movimiento vertical.
El ajuste de una cabeza de bobina 45-45, se logra grabando una señal monoaural, es decir, se alimentan las dos bobinas con la misma señal (igual frecuencia, amplitud y fase) el resultado deberá ser una grabación en donde el surco no tenga ningún desplazamiento vertical. Para grabar un solo canal, basta con alimentar el canal deseado.
REPRODUCCIÓN DE GRABACIONES MECÁNICAS ANALÓGICAS
El proceso de reproducción del disco de vinilo se basa en la conversión mecánica del movimiento que sufre la aguja al seguir el surco, en una señal eléctrica que presenta idénticas variaciones a las del surco. En los equipos estéreo (que sustituyeron a los monoaurales) los movimientos laterales representan la suma de los canales estéreo y los movimientos verticales representan la sustracción o resta de ambas señales.
Se utiliza un sistema como el mostrado en la figura siguiente:
Fig. 13 Disposición de los elementos del fonocaptor
El estilete está soportado por un sistema rígido que transmite el movimiento a dos imanes mediante dos barras. Cada barra y su correspondiente imán son colineales y forman un ángulo de 90° con el otro conjunto y 45° con el eje de la aguja de reproducción. Los imanes se encuentran dentro de una bobina. Al conjunto se le conoce con el nombre de fonocaptor.
20 Supongamos que se tiene un a grabación en una sola de las paredes. La aguja se moverá en una línea que coincidirá con una de las barras y de los imanes. Dicho movimiento hará que en la bobina se produzca un corte de líneas de fuerza que generará una fuerza electromotriz. En la bobina contraria, por estar a 90° con respecto ala movimiento, no se generará fuerza electromotriz, puesto que las líneas de fuerza del imán se moverán en forma paralela a las espiras de la bobina. Si la grabación fuera en el otro lado del surco, el fenómeno sería recíproco y solamente tendríamos señal en una de las bobinas. Desde luego, la señal obtenida se lleva a un sistema de amplificación para obtener el nivel de señal deseado.
La finalidad de la aguja de reproducción, es la de transmitir los cambios de posición de las paredes del surco, las cuales son rectas, por lo tanto, no es necesario que la aguja de reproducción haga contacto con toda la pared. Para detectar el movimiento, basta con que haga contacto con algún punto y si no toca el fondo del surco, se tiene la ventaja adicional de no detectar las partículas de polvo acumuladas en dicho fondo, siempre y cuando no sean numerosas, ni de gran tamaño. La forma de la aguja de reproducción es la mostrada en la figura de abajo, en donde se puede apreciar la forma en cómo descansa en las paredes del surco.
Fig. 14 Posición de la aguja sobre el surco
El radio de curvatura de la punta de la aguja de reproducción, ha dependido del tamaño del surco que se quiere reproducir. Los antiguos discos de 78 rpm por tener un surco muy ancho, toleraban un radio de curvatura muy grande (75 micras, 0.003 pulg.). Para reproducir los discos de 33 1/3 rpm. se utiliza una aguja con un radio de curvatura de 5 micras (0.001 pulg.) y para los discos estereofónicos el radio de curvatura es de 17 micras (0.0007 pulg.).
Con el propósito de aumentar la máxima frecuencia de reproducción, se puede utilizar una aguja con una punta en forma elíptica ya que entonces, la aguja podrá penetrar mejor en surcos con longitud de onda menor. La figura siguiente muestra una comparación de la posición, sobre el surco, de la aguja circular en relación con la elíptica, en longitudes de onda pequeñas.
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Fig. 15 Comparación de aguja cónica y aguja elíptica
En el sistema de grabación mecánica analógica cuando la amplitud de la señal aumenta, se hace necesario aumentar la separación entre vueltas, ya que de no ser así, los surcos se encimarían unos con otros, pero al aumentar la separación entre las vueltas, el número de éstas se reduce y por lo tanto se tiene menor tiempo de almacenamiento. Se tiene entonces una condición de compromiso ya que si se quiere aumentar la intensidad de la señal, se tiene que reducir el tiempo de almacenamiento y viceversa.
Las técnicas digitales utilizadas en los discos compactos, mini discos y casete digital compacto han superado ampliamente la calidad de las mejores grabaciones analógicas, sin aumentar sensiblemente el costo.
VELOCIDADES DE GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN DEL DISCO DE VINILO
Los discos de vinilo se editan en 4 velocidades: 16 R.P.M. ,33 1/3 R.P.M. ,45 R.P.M. y 78 R.P.M. y en diámetros de 7, 10 y 12 pulgadas. En función del diámetro y del número de canciones que contengan por cara, reciben distintas denominaciones:
• Single (Sencillo): 7 pulgadas y una canción por cara, grabados a 45 R.P.M.
• Flexi disc: 7 pulgadas. Formato de plástico flexible usado en promociones.
• Extended Play o EP: 7, 10 o 12 pulgadas con dos o tres canciones por cara, grabados a 33 1/3 o 45 R.P.M.
• Maxi single: 12 pulgadas con una sola canción por cara. También conocido simplemente como 12", es el formato mayoritario en el que se edita la música utilizada por los disck-jockeys en sus sesiones. Grabado a 33 1/3 o 45 R.P.M.
• Long Play o LP: 4 o más canciones por cara. Normalmente grabado a 33 1/3 R.P.M.
El material de acetato de vinilo, otorgaba mayor calidad de sonido respecto a los materiales anteriormente usados, como la pizarra de los discos de
22 gramófono o la cera, el papel de estaño o el plástico denominado Amberol de los cilindros del fonógrafo de Edison.
Aproximadamente hacia 1985 (y a comienzos de los años 90 en los países latinoamericanos) el disco de vinilo comenzó a ser desplazado por el CD-Audio, de menor tamaño y mayor durabilidad aunque, al menos al principio, estas ventajas prevalecían a costa de perder calidad sonora.
A pesar que el CD-Audio se ha impuesto sobre el disco de vinilo, éste se sigue editando en pequeñas cantidades y es utilizado tanto por los Disc jockeys como por los audiófilos. Además, para eliminar gran parte de los inconvenientes de los discos de vinilo, han aparecido los lectores ópticos para discos de vinilo, aunque son extremadamente costosos para aplicaciones personales.
RELACIÓN SEÑAL/RUIDO ESTÁNDAR PARA REPRODUCCIÓN DE DISCOS MONOFÓNICOS
Para reproducción de discos monofónicos, la tensión de ruido de baja frecuencia originada por el plato giratorio, el captador fonográfico o pickup y el ecualizador cuando se reproduce un surco silencioso y esencialmente libre de ronquido debe estar al menos 40 dB por debajo de un nivel de referencia de 1.4 centímetros por segundo de velocidad de pico a 100 Hz
La respuesta de frecuencia del pickup y sus ecualizadores debe corresponder a la curva de reproducción estándar NAB representada en la figura siguiente:
Fig. 16 Característica de grabación y reproducción para grabaciones verticales. Esta es la característica estándar utilizada en 1953 cuando éstos discos aún se
utilizaban. Cada división vertical corresponde a 5 dB.
El amplificador y el medidor de indicación deben tener una respuesta en frecuencia uniforme dentro de + 1 dB entre 10 y 250 Hz, con la respuesta a 500 Hz 3 dB por debajo de la respuesta a 100 Hz y una relación de atenuación al menos de 12 dB por octava para frecuencias por encima de 500 Hz (esto puede conseguirse mediante un filtro pasa bajas). El amplificador y el medidor
23 deben disminuir con una caída al menos de 6 dB por octavo por debajo de 10 Hz.
RELACIÓN SEÑAL/RUIDO ESTÁNDAR PARA REPRODUCCIÓN DE DISCOS ESTEREOFÓNICOS.
Para reproducción de discos estereofónicos la tensión de ruido de baja frecuencia originada en cada canal por el plato giratorio, el captor fonográfico o pickup y el ecualizador –cuando se reproduce un surco silencioso esencialmente libre de ronquido- debe estar al menos 35 dB por debajo de un nivel de referencia de 1 centímetro por segundo de velocidad de pico a 100 Hz en el plano de modulación (vertical o lateral). La respuesta en frecuencia del pickup y del preamplificador debe corresponder a la curva estándar de reproducción NAB.
Fig. 17 Característica de reproducción estándar NAB (RIAA)
El nivel de referencia de 1 cm por segundo de velocidad de pico a 100 Hz corresponde en amplitud a 5 cm por segundo de velocidad de pico a 500 Hz ya que se encuentra en la parte de amplitud constante de la característica de grabación.
PICKUP
El pickup eléctrico o captor fonográfico es un dispositivo electromecánico destinado a seguir las vibraciones en una pista sonora de un disco, de modo que la velocidad vibratoria instantánea de su sistema móvil sea proporcional a las ondulaciones del surco grabado. La vibración mecánica del sistema del pickup da origen a una corriente eléctrica que se amplifica y se reproduce mediante un altavoz.
La tensión de salida de un pickup eléctrico, dependiendo del diseño, puede ser proporcional a la velocidad o a la amplitud del movimiento del sistema móvil.
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Fig. 18 Pick up eléctrico
Existen dos tipos:
Magnético: se basan en la variación del flujo magnético producido por el movimiento de la aguja sobre el surco, sobre un conjunto imán/bobina que contiene.
Las corrientes inducidas en las bobinas son la señal recuperada del surco. Lo más normal es que sea de imán móvil, en las que el movimiento de la aguja se traslada a los imanes, siendo estos quienes se mueven. También existen de bobina móvil, en los cuales la que se mueve es una diminuta bobina. Estas son las que ofrecen mayor calidad reproductora, pero son caras y presentan la desventaja de que el brazo de la aguja se encuentra solidariamente adherido a la bobina, lo que impide su sustitución cuando ésta se ha desgastado.
Cristal: basadas en las propiedades de ciertos cristales en los que al ser sometidos a presión o esfuerzos mecánicos, aparece una tensión en sus extremos (efecto piezoeléctrico).
No hay que olvidar el brazo fonocaptor cuya finalidad fundamental es la de servir de soporte al pickup, haciendo que éste siga los surcos del disco lo más tangencialmente posible al radio del mismo.
Los brazos se fabrican en materiales preferiblemente no magnéticos, de poco peso y de la mayor rigidez posible. El más utilizado ha sido el aluminio, pero también se han utilizado y utilizan otros como fibra de carbono, acero, plásticos, titanio, e incluso madera.
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Fig. 19 Sección transversal de un toca discos
Fig. 20 Vista lateral de un picck up
AGUJAS DE GRABACIÓN Y REPRODUCCIÓN
La aguja grabadora es un instrumento en forma de media caña con una punta muy aguda utilizada para grabar una pista sonora en un disco plano o cilíndrico. La punta puede estar constituida por una piedra preciosa o semipreciosa o bien puede ser de metal. Las agujas de grabación comerciales utilizan puntas de zafiro.
La aguja reproductora es una aguja similar a la utilizada para grabación, salvo que la punta no es aguda sino cónica. La punta se diseña de forma que se ajuste a las paredes laterales del surco pero no toque el fondo del mismo. La punta puede ser de zafiro, rubí o diamante. Sin embargo a lo largo de los años se ha llegado a la conclusión de que el coridón es más práctico para la fabricación de agujas de grabación. Aunque el diamante es más duro que el coridón, su uso en agujas grabadoras no es práctico debido a sus granulaciones y tensiones internas, así como su coste. Sin embargo para agujas reproductoras es ideal debido a su larga vida y resistencia.
26 Para agujas de grabación el zafiro desplaza al diamante y produce grabaciones de calidad superior.
El tiempo de vida para una aguja de grabación de zafiro si se maneja con cuidado, es de 6 a 8 horas. La punta de la aguja debe limpiarse con un disolvente de laca después de cada uso. Esto evitará que las partículas microscópicas adheridas a la punta obstruyan surco durante la grabación.
Para grabación de alta calidad de cualquier tipo, el nivel de ruido de la aguja debe ser al menos de 55 dB y, como regla general, estará comprendida entre 57 y 60 dB por debajo del nivel de referencia de 7 cm a una frecuencia de 1000 Hz. El nivel de ruido se mide reproduciendo un surco sin modular. Es importante que el disco sin modular utilizado para la medida sea normal en todos los aspectos; es decir, que las virutas se hayan eliminado del surco adecuadamente y que la corriente de caldeo de la aguja sea óptima, así como que el disco sea de buena calidad.
27 En cuanto a la forma ideal de contacto entre la aguja reproductora y las paredes laterales del surco podemos observar en la figura siguiente cómo debe ser ésta.
(A) (B)
Fig. 22 (A) Sección transversal de una aguja reproductora en un surco grabado. (B) Sección transversal de un surco grabado mostrando el ángulo propio de las agujas grabadora y reproductora y cómo se acomodan al surco.
En ésta figura podemos ver cómo una aguja de surco ancho y otra de microsurco hacen contacto con las paredes del surco grabado. Aquí cabe resaltar que los lados de la aguja tocan en las paredes del surco en un único punto y que existe un margen considerable entre la punta de la aguja y el fondo del surco. Ésta es una forma de contacto ideal con la que se obtiene la distorsión mínima.
Ahora bien, veamos y hablemos de los efectos causados por una aguja desgastada y un surco.
En la figura siguiente está representada una aguja desgastada en un surco normal. Como puede verse, los lados planos de la aguja se apoyan contra las paredes del surco y cabalgan sobre la parte superior del mismo. Esta condición conduce a distorsión, reproducción ruidosa y un deterioro rápido del surco.
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Fig. 23 Forma de deslizamiento de una aguja reproductora gastada sobre un surco grabado
Cada vez que se reproduce el disco se arrancan pequeñas partes de las modulaciones del surco. El material arrancado actúa como abrasivo y contribuye a deteriorar tanto la aguja como el surco.
La reproducción es borrosa, con una distorsión bastante grande de las frecuencias más altas. Esto es particularmente cierto en los diámetros más pequeños cuando las velocidad del surco es menor.
Otros parámetros que son importantes de considerar son la masa efectiva de la aguja y la fuerza de la aguja.
La masa efectiva es la masa global en la punta de la aguja que originaría la misma impedancia mecánica que tienen los elementos móviles de la estructura del pickup.
La fuerza de la aguja; ésta es la fuerza vertical que aplica el captor fonográfico o pickup al surco del disco expresada en gramos. Los pickups actuales utilizan una fuerza de aguja o presión vertical de 0.75 a 6 gramos. Los pickups antiguos medían su presión vertical en onzas y algunos de ellos necesitaban una fuerza de 4 onzas (113 gramos) para obtener un arrastre correcto en el surco.
La fuerza de la aguja se mide reproduciendo un disco de frecuencia constante a una velocidad al menos de 15 centímetros por segundo y midiendo la distorsión u observando la forma de onda en osciloscopio. La fuerza de la aguja se ajusta para obtener la distorsión mínima de acuerdo con la presión tal como se mide en la superficie grabada.
AGUJA EN FORMA DE CUCHARA
Se utilizan para reducir el error del movimiento vertical del surco. Este tipo de aguja se conoce con el nombre se Cappscoop; en la siguiente figura se muestra su constitución.
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Fig. 24 Aguja de grabación. Cappscoop para grabación en microsurco estereofónico
Haciendo la faceta de corte de la aguja en forma de arco de círculo es posible reducir considerablemente la desviación de la cabeza de corte de la perpendicular a la superficie del disco. Además, la superficie curvada de la aguja facilita la eliminación de las virutas, mejorando la señal a ruido en un valor medio de 3 dB, en comparación con la aguja de superficie plana.
GRABACIÓN CON AGUJA CALIENTE
Es una técnica de grabación que utiliza una aguja calentada a una temperatura bastante alta mediante un filamento calefactor enrollado en torno a la punta de la aguja grabadora.
Los rebordes originados por la grabación en frío en los bordes del surco quedan eliminados permitiendo la grabación de niveles más altos. Se obtiene un nivel de ruido inferior cuando se graba con velocidades se surco bajas; por tanto, se mejora la relación señal a ruido. Con la técnica de aguja caliente no siempre se utiliza la ecualización de diámetro, debido ala mejora que se obtiene en la respuesta de frecuencias altas.
Las temperaturas de funcionamiento varían desde 350°F (176°C) a temperaturas más elevadas.
CONSTITUCIÓN DE UNA AGUJA REPRODUCTORA ELÍPTICA
El diseño de agujas reproductoras ha sufrido muchos cambios desde la invención del fonógrafo eléctrico y acústico.
Uno de los problemas más importante para el diseño de agujas es obtener un arrastre adecuado de la aguja por las modulaciones de la pista de sonido tal como fueron producidas por la aguja grabadora.
30 Son posibles varios tipos de distorsión: de arrastre, de trazado, dinámica y la originada por la pérdida de contacto entre la aguja y el surco.
La distorsión de arrastre lateral puede minimizarse diseñando adecuadamente el brazo del captador fonográfico o pickup. La distorsión de arrastre vertical se minimiza adaptando la aguja reproductora al ángulo de arrastre vertical de la aguja grabadora. La distorsión de arrastre tiene su origen principalmente en el hecho de que la aguja reproductora es de forma diferente de la grabadora. La distorsión dinámica tiene lugar en ciertas condiciones de reproducción en las que la aguja deforma el material del disco y sigue un camino que no es exactamente el mismo que cuando la grabación es estática. La distorsión originada por la pérdida de contacto de la aguja y el surco tiene lugar cuando la aguja reproductora salta fuera de la pista de sonido o salta dentro del mismo surco.
En la siguiente figura a la izquierda puede verse un dibujo que representa la aguja grabadora en forma de cuña.
Fig. 25 Ángulos de arrastre para una aguja reproductora elíptica cónica y comparadas con la aguja grabadora.
Para obtener una reproducción perfecta la aguja reproductora debe moverse de la misma forma que la aguja grabadora.
Esto no se consigue con una aguja de punta redondeada, ya que el punto de tangencia entre la punta redondeada de la aguja y los cambios de grabación depende de la modulación. Esta diferencia de movimiento se llama distorsión de trazado y es directamente proporcional a la frecuencia y a la velocidad de corte del surco al cuadrado. Por tanto, es más apreciable a medida de que se aproxima el centro del disco para frecuencias altas fuertemente moduladas. Volviendo al surco de la aguja grabadora, nótese que el surco cortado por la aguja en forma de cuña proporciona un movimiento vertical a la aguja reproductora que tiene la punta redondeada.
Aunque la distorsión de trazado puede minimizarse reduciendo la punta de la aguja a dimensiones extremadamente pequeñas, esto puede dar lugar a ruido y distorsión debido a que la aguja entra en contacto con el fondo del surco. La dimensión mínima aceptable es de 0.4 a 0.5 milésimas de pulgada (0.010 a
31 0.012 milímetros). La distorsión de trazado puede reducirse también haciendo que la aguja reproductora sea una copia exacta de la aguja grabadora. Sin embargo, debido a que los bordes son cortantes esto puede dar lugar a un envejecimiento excesivo de las modulaciones. Por tanto es necesario un compromiso entre la forma de las agujas de grabación y reproducción; de aquí el uso de la aguja reproductora elíptica o birradial (que indica la existencia de dos radios diferentes, uno en el punto de contacto con la modulación de la pista de sonido y otro en el extremo de la punta de la aguja).
GRABACIÓN MAGNÉTICA ANALÓGICA
Este es un sistema de grabación analógica. Equivale al método de grabación electromagnética.
La información se graba sobre el soporte cuando éste pasa delante del electroimán. El soporte puede ser un carrete de hilo, cinta de papel o cinta magnética. El electroimán actúa reorientando las partículas del material ferromagnético (óxidos de hierro o de cromo) que recubren el soporte.
La reproducción del sonido recorre el camino opuesto.
El soporte sobre el que se graba la señal de audio es una cinta magnética de audio
FUNDAMENTOS DE LA GRABACIÓN MAGNÉTICA
La grabación magnética (analógica o digital) se basa en la física del magnetismo, más concretamente, en la del electromagnetismo.
• Magnetismo es la capacidad que tiene determinados materiales férricos de atraer o de repeler otros materiales de similares características.
Las propiedades magnéticas pueden ser propias por naturaleza (caso de los imanes) o pueden ser adquiridas por inducción magnética. Por ejemplo, atraemos un clip con un imán y, mientras este clip esté magnetizado por la influencia del imán, tendrá la capacidad de atraer otros clips).
• Los materiales magnéticos lo son por la especial disposición de sus átomos. Estos átomos están agrupados formando pequeños campos. Cada uno de estos campos, cada dominio magnético, tiene idénticas propiedades magnéticas que un imán. Una pequeña partícula ferromagnética posee millones de dominios magnéticos, cada uno con su polo negativo y su polo positivo. En estado natural, es decir, cuando no están magnetizadas; las partículas ferromagnéticas tienen los dominios magnéticos completamente desordenados. Una vez sometidos a la inducción magnética, los dominios
32 magnéticos se ordenan (se disponen en el mismo sentido) y se dice que han sido magnetizados.
Los elementos conocidos como magnéticos son tres: fierro, níquel y cobalto. Las teorías modernas, tratan de explicar esta singularidad así como el fenómeno de histéresis magnética, que son los que hacen posible la grabación magnética en forma que la conocemos actualmente.
En la grabación magnética, inducimos el magnetismo en el soporte. Ésta es la causa de que estos soportes lleven en su superficie una capa de partículas férricas.
Se dice que un material magnético está en estado neutro cuando no genera campo a su alrededor, pero es capaz de manifestar la presencia de otros campos magnéticos.
La manera más fácil de generar un campo magnético es haciendo pasar un corriente eléctrica por una bobina, en ésta forma es posible además, controlar la intensidad del campo aplicado, ya que como sabemos, el campo producido es directamente proporcional a la corriente y al número de espiras, entre otros factores que afectan al campo producido.
Al graficar la intensidad de campo aplicado a un material (midiendo la corriente que circula por una bobina) a la que le llamamos Fuerza Magnética y la representamos con la letra H, contra el efecto producido en un material magnético, colocado dentro de dicho campo, al que le llamamos Inducción Magnética y la representamos con la letra B, obtendremos una gráfica como la representada en la figura de abajo, a la que llamamos CURVA de MAGNETIZACIÓN.
Fig. 26 Curva de magnetización
En la curva de magnetización podemos distinguir tres regiones muy importantes que son: el inicio de la curva (llamada tobillo), en donde se tiene una pendiente constante pero de un valor sumamente pequeño, la parte intermedia, en donde el valor de la pendiente adquiere su máximo valor y la parte final a la que se le llama región de saturación, en donde la pendiente tiene un valor tan pequeño que durante mucho tiempo se le consideró cero y se
33 supuso que era el límite del valor de la inducción magnética para el material considerado.
Al llegar a la región de saturación, si se reduce la fuerza magnética, los valores de inducción magnética no corresponden a los alcanzados anteriormente, en general, son mas grandes y aun cuando la fuerza magnética (la corriente aplicada a la bobina) sea cero, el material muestra un valor determinado de inducción magnética. Este valor recibe el nombre de RETENTIVIDAD.
Si a partir de este valor, se reduce aún mas la corriente, (invirtiendo el sentido) se obtendrá nuevos valores, más pequeños, de inducción magnética y para hacer que ésta sea cero, (que no muestre efecto magnético) habrá que aplicar una fuerza magnética de cierto valor que recibe el nombre de FUERZA COERCITIVA.
Al seguir aumentado el valor de fuerza magnética, (haciéndola más negativa) se alcanzará un valor que nos llevará a una nueva región de saturación, pero ahora en el tercer cuadrante.
Si se reduce el valor de la fuerza magnética hasta hacerla cero nuevamente, se volverá a encontrar el valor de la retentividad, pero de polaridad opuesta al alcanzado anteriormente. Un nuevo incremento de la fuerza magnética nos llevará al valor simétrico de la fuerza coercitiva y nuevamente a la región de saturación. Estos resultados están ilustrados en la figura siguiente, a la que se le da el nombre de CICLO MAYOR DE HISTÉRESIS.
Fig. 27 Ciclo mayor de histéresis
En cualquier momento dentro del experimento anterior (curva de magnetización o ciclo mayor de histéresis) puede aplicarse una variación cíclica de la corriente pero sin llevar al material a la región de saturación, se llamarán entonces los llamados CICLOS MENORES DE HISTÉRESIS, algunos de los cuales están representados en la figura siguiente.
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Fig. 28 Ciclo menor de histéresis
El comportamiento de los materiales magnéticos no es un fenómeno continuo, por el contrario, muestra variaciones discontinuas, es decir, aunque el incremento de la fuerza magnética sea continuo, el valor de la inducción muestra cambios bruscos de valor. La siguiente figura muestra una región amplificada de la curva de magnetización para ilustrar este fenómeno.
Fig. 29 Característica discontinua de la curva de magnetización
De acuerdo con la teoría atómica, el giro de los electrones sobre su eje, es el responsable del magnetismo de los materiales y como los giros son de sentidos diferentes en la mayoría de los elementos, se cancelan unos a otros y solamente cuando hay un exceso en cualquier dirección, se manifiesta el magnetismo del material. El fierro tiene un exceso de cuatro giros electrónicos, tres el níquel y dos el cobalto.
Actualmente se utilizan algunos compuestos como el dióxido de cromo (casete) y el terbium ferrite cobalto para la fabricación de los minidiscos y los discos digitales grabables.
La teoría establece además, que para que un material con desbalance de giros electrónicos, muestre características de material magnético la relación entre la distancia de núcleos de átomos contiguos y el radio de la órbita electrónica que contiene el desbalance de giros electrónicos, deberá ser del orden de 1.4. Es decir:
d/r = 1.4 en donde:
35 r= radio de la órbita desbalanceada.
Fig. 30 Relación entre el radio de la órbita desbalanceada magnéticamente y la distancia entre núcleos de átomos contiguos.
Un átomo como el fierro, con cuatro giros electrónicos no balanceados, tendrá siempre la misma magnitud de campo magnético, aunque su efecto exterior no siempre sea igual, esto se explica observando que los átomos tienden a agruparse siguiendo el mismo sentido de campo magnético y llegan a formar partículas, algunas visibles a simple vista que reciben el nombre de DOMINIOS. Un dominio es pues, un agrupamiento de átomos que tiene el mismo sentido de campo magnético generado por su desbalance de giro electrónico.
Otra propiedad importante de los materiales magnéticos es el valor conocido como punto Curie que es el valor de la temperatura en la cual el material pierde su magnetismo remanente, debido a la agitación molecular. Cuando el material regresa a una temperatura ambiente (20°C) el material queda sin historia magnética.
Esta propiedad, que para el material mencionado (terbium ferrite cobalto) es del orden de 180°, es el que permite cambiar la polaridad del campo magnético y al aplicar una nueva, hace posible la grabación de los minidiscos grabables.
REMANENCIA MAGNÉTICA
Los materiales utilizados para la grabación magnética han de ser de alta remanencia magnética.
El ciclo de histéresis (histéresis magnética) es el fenómeno que explica la remanencia, es decir, que la información magnética permanezca aún en ausencia del campo magnético que la creó. Por tanto, la histéresis es la que permite el almacenamiento de información.
La remanencia es fundamental de nada sirve inducir el magnetismo sobre una superficie, si ésta queda desmagnetizada inmediatamente. Si no existiera remanencia, lo grabado se borraría.
36 PROCESO DE GRABACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
En la grabación magnética, las vibraciones sonoras son transformadas en variaciones de voltaje de idéntica intensidad, amplitud y frecuencia mediante un transductor electroacústico (micrófono).
Las variaciones de voltaje se aplican sobre el electroimán de la cabeza grabadora que transforma la corriente eléctrica en una señal magnética de idéntica intensidad, amplitud y frecuencia.
Esta señal magnética actúa reordenando las partículas ferromagnéticas (óxidos de hierro o de cromo) que cubren la superficie del soporte (cinta magnética, cinta de papel o alambre de acero), es decir, magnetizándolas, conforme el soporte va pasando por delante del electroimán.
La grabación magnética fue inventada por un ingeniero danés de nombre Valdemar Poulsen en el año de 1898, quien utilizó como medio de almacenamiento, una cuerda de piano acerada.
El procedimiento que utilizó Poulsen es conocido actualmente como grabación sin polarización, para distinguirla de otros métodos que se conocen como: grabación con polarización de corriente continua y grabación con polarización de corriente alterna.
La figura siguiente muestra el resultado de aplicar una señal senoidal a un material magnético previamente desmagnetizado y que se desplaza uniformemente frente al elemento grabador.
Fig. 31 Grabación sin polarización
Debido a la no linealidad de la curva de magnetización, el resultado es una grabación con un alto contenido de distorsión armónica, por lo cual no puede utilizarse para almacenar señales analógicas, pero que es ampliamente utilizada en las grabaciones digitales, en donde solo se requiere información de presencia o ausencia de señal.
Si la señal se aplica en la parte lineal de la curva de magnetización, como se muestra en la siguiente figura, se tendrá una grabación con un contenido reducido de distorsión armónica. Esto se logra, agregando a la señal por
37 grabar, una componente de corriente continua. Sin embargo, la intensidad de la señal almacenada resulta muy pequeña, lo que representa una relación señal a ruido muy pobre, por lo cual ya casi no se utiliza. A este procedimiento se le llama polarización de corriente continua.
Fig. 32 Grabación con polarización de corriente continua
El ciclo mayor de histéresis contiene una porción recta de mayor tamaño que se encuentra precisamente donde la curva cruza el eje horizontal y es posible hacer grabaciones utilizando ésta porción. Para esto, es necesario primeramente llevar al material a la región de saturación aplicando un campo magnético de magnitud elevada, para después aplicar la señal que se desea grabar agregándole una componente de corriente continua de sentido contrario y de un valor exactamente igual a la fuerza coercitiva.
Fig. 33 Grabación con polarización de corriente continua saturando el material.
El procedimiento utilizado actualmente en grabación magnética analógica, es el que se conoce como polarización de corriente alterna, que consiste en agregar a la señal por grabar, una corriente alterna, senoidal y de frecuencia elevada. La forma en que se explicó el comportamiento de los materiales al utilizar la polarización de corriente alterna, está ilustrada en la figura de abajo y se conoce como Teoría de las Partes Rectas, en la cual, se supone que la curva de magnetización contienen dos porciones rectas (una en cada rama) y que la polarización se utiliza para llevar la señal de inteligencia precisamente al punto medio de dichas partes rectas, con lo que se utilizan las dos ramas de la curva de magnetización, pero sólo en su parte lineal, por lo que se obtiene una mayor señal (mayor relación señal a ruido) y un contenido sumamente reducido de distorsión armónica
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Fig. 34 Grabación con polarización de corriente alterna. Teoría de las partes rectas
Al analizar cuidadosamente la forma de la curva de magnetización, se llega a la conclusión de que las partes rectas no existen y que la curva de magnetización se puede asociar con mayor aproximación, a una curva de segundo grado (parábola), lo cual permitió al físico italiano Montani, establecer una explicación diferente que se conoce como Teoría de las Curvas de Segundo Grado.
Esta es la explicación a dicha teoría: Como la característica de transferencia no es lineal, sino que está asociada a una curva de segundo orden, la señal resulta con un alto grado de distorsión armónica par, sin embargo, como las curvas del primer y tercer cuadrante, son iguales pero de curvatura opuesta, los contenidos de distorsión resultan iguales, pero 180° fuera de fase, por lo tanto, al sumarse, durante la reproducción, se cancelan, dando una señal con un contenido sumamente reducido de distorsión armónica total y de orden impar, así como una señal mas grande.
Fig. 35. Grabación con polarización de corriente alterna. Teoría de las curvas de segundo grado.
La siguiente figura muestra en forma esquemática una cabeza de grabación. Si se aplica una corriente continua a la bobina, se tendrá un circuito magnético, en el cual, la intensidad de las líneas de fuerza dependerá de la suma de las
39 reluctancias del núcleo y del entrehierro y será uniforme, proporcional a la intensidad de la corriente e inversamente proporcional a la reluctancia del circuito.
Fig. 36 Laminaciones de la cabeza de grabación
Fig. 37 Líneas de fuerza sin material magnético frente a la ranura.
Pero cuando se coloca sobre la ranura un material magnético (el medio de grabación), las líneas de fuerza sufren una deformación, como se ilustra a continuación.
Fig. 38 Líneas de fuerza con material magnético frente a la ranura.
Debido a que la reluctancia del material magnético es menor que la del aire del entrehierro.
En cualquier caso, la intensidad del campo magnético será directamente proporcional a la intensidad de la corriente que circule por el devanado, pero debido a la geometría del circuito, la intensidad del campo no será uniforme frente a la ranura, sino que tendrá mayor intensidad en el centro de la misma, con una disminución gradual a medida que se acerca a los bordes de la ranura, lo cual esta representado a continuación y nos muestra una familia de curvas obtenidas cuando se varía la corriente que pasa por la bobina.
Si el campo magnético fuera constante, la partícula experimentaría solo el efecto de dicho campo, pero como la corriente también está variando la
