Las cintas magnéticas

Mantenimiento de
equipos electrónicos
Tema xxxx
Desarrollo de productos electrónicos
Tema xxxx: Teoría básica sobre platinas de casete.
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Paco López
Teoría básica sobre
platinas de casete
Principios físicos de la grabación de señales en
cinta magnética y su posterior reproducción (I).
Las cabezas de grabación y/o reproducción de una platina de casete son básicamente
electroimanes:
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Paco López
Si por la bobina de la imagen superior hacemos circular una corriente alterna del tipo
que sea, el campo magnético generado irá cambiando su polaridad e intensidad según
sea el valor de la corriente en cada instante. Así, si la corriente introducida fuese una
alterna sinusoidal el campo magnético generado sería variable de manera sinusoidal:
Principios físicos de la grabación de señales en
cinta magnética y su posterior reproducción (II).
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Paco López
Si se hace pasar una cinta magnética por la cercanía de la bobina en dicha cinta
quedarán almacenadas las variaciones del campo magnético que se van produciendo en
la bobina. Es decir, las partículas de la capa de material ferromagnético se imantarán
con una u otra polaridad, y con una intensidad determinada, en función del campo
magnético que en ese momento esté generando la bobina. Como la cinta se desplaza, en
ella queda grabado el devenir del campo magnético de la bobina a lo largo del tiempo.
Principios físicos de la grabación de señales en
cinta magnética y su posterior reproducción (III).
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Paco López
El proceso de reproducción es inverso al de grabación. Se hace pasar una cinta grabada
por la inmediata cercanía de una bobina. Esto provocará que la bobina quede inmersa en
el campo magnético de la cinta, campo magnético que será variable debido al
movimiento de la cinta. Esto provoca una serie de tensiones inducidas en la bobina que
se corresponderán fielmente con los campos magnéticos almacenados en la cinta. Si
dichos campos magnéticos son los debidos a una señal de audio, la tensión inducida en
la bobina será una reproducción de dicha señal de audio.
Las cabezas magnéticas (I).
Clasificación de las cabezas magnéticas según su función: existen tres tipos básicos de
cabezas magnéticas:
● Cabezas de grabación: son usadas para grabar señales sobre la cinta magnética.
● Cabezas de reproducción: su misión es la de leer los campos magnéticos estáticos
almacenados en la cinta magnética y convertirlos en tensiones eléctricas que puedan
ser procesadas mediante circuitos electrónicos.
● Cabezas de borrado: permiten el registro correcto de señales sobre la cinta
magnética ya que efectúan un borrado o limpieza previa a la grabación, evitando de
esta forma que se puedan producir mezclas de señales nuevas y antiguas sobre la
cinta magnética. Además, de esta forma se reducen los niveles de ruido en la
posterior reproducción de la cinta magnética.
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En los equipos domésticos es habitual el uso no de tres cabezas, sino de dos, una de
borrado y otra mixta de grabación/reproducción.
Las cabezas magnéticas tienen todas la misma estructura básica, aunque existirán
detalles constructivos que serán diferentes de una a otra según su función. La estructura
básica de una cabeza magnética se muestra en la diapositiva siguiente.
Las cabezas magnéticas (II).
Estructura básica de una
cabeza magnética
Las cabezas magnéticas presentan el siguiente aspecto externo en los equipos
domésticos:
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Es conveniente fijarse en el detalle de que la parte activa o sensible de las cabezas
magnéticas no se encuentra situada en el centro de la cabeza, sino que se encuentra
situada en una de las dos mitades transversales y centrada en sentido longitudinal. Este
hecho permite explicar cómo una cinta de casete tiene dos caras en las que se puede
grabar señales de audio.
Las cabezas magnéticas (III).
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Imantación de materiales ferromagnéticos: campo magnético e inducción magnética:
El campo magnético (H) se debe a la circulación de corrientes eléctricas libres, que son
aquellas sobre las que se tiene control. Existen otros tipos de corrientes eléctricas,
ligadas, no controlables, que también provocan efectos magnéticos. Se llama inducción
magnética (B) a campo total que resulta de la suma de los campos magnéticos H y los
campos debidos a las corrientes ligadas. Es posible establecer una relación entre B y H.
Sin embargo, dicha relación no es lineal en los materiales ferromagnéticos,
especificándose ésta mediante la llamada curva de imantación o magnetización (ver
figura). Esta falta de linealidad en la curva de imantación conlleva que si se aplica una
señal sinusoidal a una cabeza magnética para ser grabada sobre una cinta magnética, se
grabará sobre esta última una señal distorsionada, ya que la magnetización de la cinta
dependerá del valor que alcance B en ella, y B no responde linealmente a las variaciones
de H:
Las cabezas magnéticas (IV).
Polarización de las cabezas de grabación: Para evitar la distorsión debida a la no
linealidad entre B y H se recurre a polarizar las cabezas de grabación mediante una
corriente alterna de alta frecuencia (unos 100KHz o superior). Esta polarización hace
que se eviten las zonas no lineales de la curva de relación entre B y H:
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La amplitud de la corriente de polarización debe ser tal que se alcancen, sin
superponerle otra señal, de centro a centro las zonas lineales de la gráfica B en función
de H. Este ajuste es crítico y si no se realiza adecuadamente se producirán distorsiones
a bajas frecuencias (amplitud demasiado pequeña) o reducción del ancho de banda
(amplitud excesiva).
Las cabezas magnéticas (V).
Nivel de tensión de la señal de polarización de las cabezas: Como ya se ha comentado,
la frecuencia de la señal de polarización es alta (de unos 100KHz a unos 500KHz, según
equipos). Por tanto, teniendo en cuenta que el campo magnético H dependerá de forma
directa del valor de la corriente, que ésta dependerá a su vez del valor de la impedancia
de la cabeza a la frecuencia de la señal de polarización y esa impedancia será grande al
serlo la frecuencia, resulta que los niveles de tensión que resulta necesario aplicar a las
cabezas de grabación para que por ellas circule la corriente de polarización adecuada
son bastante altos, estando próximos a los 100Vpp en muchas ocasiones.
Histéresis en materiales ferromagnéticos: las cabezas de borrado: Si sometemos un
trozo de material ferromagnético a un campo magnético H que pueda variar su
intensidad desde cero en adelante y, tras llegar a un valor máximo de H hacemos que
éste decrezca hasta cero, encontraremos que el material conserva cierta imantación (o
sea, produce una inducción magnética B) aun habiendo desaparecido H. Este
magnetismo residual o remanente es difícil de eliminar. Tal como se desprende de la
siguiente curva:
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Curva de histéresis
Las cabezas magnéticas (VI).
Para conseguir desimantar completamente un trozo de material ferromagnético imantado
se deberá hacer que dicho material recorra varias veces su curva de histéresis cada vez
con recorridos menores. Precisamente esto es lo que consigue hacer la cabeza de
borrado sobre las partículas de material ferromagnético de la cinta magnética (con la
salvedad de que primero se hace crecer la imantación de la cinta para después reducirla
a cero):
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La cabeza de borrado se alimenta con la señal usada para polarizar a la cabeza de
grabación. De esta forma, y debido también a que las cabezas de borrado se construyen
con un gran entrehierro (lo que hace que la inducción magnética se disperse mucho más
en él), conforme la cinta se acerca a la cabeza de borrado va recorriendo ciclos de
histéresis cada vez mayores hasta llegar al máximo cuando pasa debajo de la cabeza. A
partir de ese momento la cinta se aleja progresivamente de la cabeza y va recorriendo
ciclos de histéresis cada vez menores hasta quedar desimantada.
Las cabezas magnéticas (VII).
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Respuesta en frecuencia de las grabaciones en cinta magnética y ecualización:
Cuando se reproduce una cinta magnética la respuesta en frecuencia dista mucho de ser
plana. Así, una respuesta en frecuencia típica es la siguiente:
En esta gráfica puede apreciarse que la respuesta en
frecuencia de la reproducción dependerá del ancho
del entrehierro de la cabeza de grabación usada.
Cuanto más reducido sea dicho ancho mejor
respuesta a altas frecuencias se obtendrá.
Debido a esta mala respuesta en frecuencia se hace
necesario emplear filtros ecualizadores
complementarios en la grabación y en la
reproducción. Estos filtros modificarán la señal a
Grabar y a reproducir según la siguiente gráfica:
Sumando la compensación introducida en la
grabación y la reproducción a la respuesta en
frecuencia original se obtendrá una respuesta en
frecuencia plana, que es lo que se quiere
conseguir mediante estas ecualizaciones.
La ecualización de las cintas de casete suele ser
de 70 ó 120us (constante de tiempo del filtro),
según el tipo de cinta.
Las cintas magnéticas (I).
Estructura de una cinta magnética: Las cintas magnéticas se construyen usando un
soporte de material plástico flexible y ligero, de pequeño grosor y en forma de cinta
delgada, sobre en el que se deposita por una de sus caras una fina capa de material
ferromagnético susceptible de ser imantado por la cabeza de grabación de una platina de
casete:
La velocidad de desplazamiento de la cinta
magnética de un casete es de 4.75cm/s
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Según sea el material usado en la capa magnética tendremos cintas de diferentes tipos:
● TIPO I: Son las más usuales. Su capa magnética está formada por partículas de
óxido de hierro (Fe2O3). Buena respuesta a baja y media frecuencia. Mala
respuesta a altas frecuencias. Son las cintas que más ruido de fondo presentan.
● TIPO II: La capa magnética es a base de dióxido de cromo (CrO ). Buena
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respuesta en altas frecuencias aunque algo pobre en baja y media frecuencia.
Necesitan corrientes de polarización de la cabeza de grabación un 50% mayores
que las cintas de óxido de hierro.
Las cintas magnéticas (II).
TIPO III: Cintas de ferricromo, mezcla de Fe2O3 y CrO2. Aunan las buenas
características de las cintas de óxido de hierro para las bajas y medias
frecuencias con la buena respuesta de las de dióxido de cromo en las altas
frecuencias. Necesitan niveles de corriente de polarización adecuados que no
pueden proporcionar la mayoría de las platinas domésticas.
● TIPO IV: Cintas de metal. La capa magnética está formada por partículas
metálicas (un 70% hierro y un 30% cobalto). Necesitan un 50% más de
polarización que las cintas de TIPO II. De todos los tipos de cintas, es la que
más fielmente permite la reproducción de señales de audio.
Las pistas de una cinta magnética: La señal que se graba en una cinta magnética no lo
hace ocupando todo el ancho de la cinta, sino que ocupa sólo una fracción del ancho
total. A la anchura de cinta que se graba en toda su longitud es a lo que se llama pista de
la cinta magnética:
●
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En la figura se muestra el caso de una cinta magnética en la que se han grabado dos
pistas de audio. Esto correspondería a una grabación monofónica (un sólo canal de
audio) en una cinta reversible.
Las cintas magnéticas (III).
Si queremos grabar sonido estereofónico en una cinta reversible (o sea, que se pueda
grabar por sus “dos caras”) necesitaremos grabar sobre ella un total de cuatro pistas, dos
por cara:
Tendremos que la grabación y posterior lectura de la cinta magnética se producirá de la
siguiente forma:
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Las medidas de las pistas en una cinta de casete son las siguientes:
Defectos de posición relativa entre
cinta y cabezas magnéticas (I).
Pueden darse los siguientes casos:
● Error de azimut: quizás sea el que más frecuentemente se produce. Este tipo de
error produce una pérdida de las frecuencias altas de la señal de audio. Consiste
en una alineación inadecuada de la cabeza magnética respecto de la dirección de
movimiento de la cinta:
Error de altura: produce una reproducción deficiente y, si es muy acusado puede
producir efectos extraños, tales como la perdida de uno de los canales o, incluso,
la reproducción correcta de un canal y la reproducción invertida del otro. En el
siguiente dibujo puede apreciarse en qué consiste el error de altura :
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●
●
Error de ángulo: produce una reproducción deficiente:
●
Error de tangencia: produce una reproducción deficiente:
●
Error de contacto: produce una reproducción con bajo nivel de audio:
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Defectos de posición relativa entre
cinta y cabezas magnéticas (II).
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Diagrama de bloques básico de una platina de casete.
Wow and flutter, W&F (lloro y centelleo o trémolo).
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Tanto el lloro como el centelleo o trémolo están producidos por fluctuaciones de la
velocidad nominal con que la cinta se mueve respecto a la cabeza de lectura. Así, si la
velocidad disminuye periódicamente, y con ella la frecuencia de la señal reproducida,
tendremos el efecto de lloro. Si lo que se produce es un aumento periódico de la
velocidad estaremos ante un efecto de centelleo, en el que la frecuencia de la señal
aumenta de forma periódica. Estas fluctuaciones de velocidad se expresan en % de la
velocidad nominal de la cinta y, por supuesto, deben ser lo menor posible, ya que el
oído humano es bastante sensible a ellas, resultando desagradable la escucha de una
señal de audio en esas condiciones.
Para medir el lloro y centelleo de una platina de casete se puede usar un analizador de
audio. Para ello es necesario disponer de una cinta patrón en la que se haya grabado una
señal sinusoidal de 3150Hz. Para la medida del W&F se debe conectar la platina de
casete al analizador tal como indica el manual de uso del aparato de medida y proceder a
la reproducción de la cinta patrón. El analizador indicará el porcentaje de fluctuación de
la frecuencia, o sea, el W&F, respecto al valor grabado de 3150Hz.
El sistema Dolby de reducción de ruido (I).
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En la reproducción de cintas magnéticas aparece un ruido de frecuencia media/alta en
forma de “soplido”. Este ruido se superpone a la señal reproducida reduciendo su
relación señal/ruido, empeorando, por tanto, la calidad de la reproducción, sobre todo en
los pasajes con música de intensidad débil y en los silencios. Para evitar esto se
inventaron los sistemas de reducción de ruido. Estos sistemas tratan de eliminar el ruido
o soplido. Existen multitud de sistemas reductores de ruido (DNL, DBX, Telcom C-4,
HIGH-COM, ANRS, etc.). Uno de los sistemas que más aceptación han tenido es el
sistema Dolby. Este sistema es de tipo complementario, ya que actúa tanto en la
grabación como en la reproducción de la cinta pero de forma inversa o complementaria
en un caso respecto del otro. En la grabación se efectúa una acentuación, preénfasis o
incremento de nivel de las señales de frecuencia media/alta (ver imagen en la siguiente
diapositiva):
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El sistema Dolby de reducción de ruido (II).
El sistema Dolby de reducción de ruido (III).
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En la reproducción se efectúa el proceso inverso o complementario al que se efectuó en
la grabación, es decir, se realiza una atenuación de las frecuencias medias/altas de la
señal reproducida. El efecto total conseguido es que se restituye el espectro inicial de la
señal eliminando (o al menos reduciendo bastante) el nivel de ruido de fondo:
El sistema Dolby de reducción de ruido (IV).
Los tipos de Dolby para la reducción de ruido: Existen varios tipos de sistemas Dolby
destinados a la reducción del ruido propio de los soportes magnéticos:
● Dolby A: también llamado DNR (Dolby Noise Reduction). Es el mejor de todos.
Sólo se usa en equipos profesionales.
● Dolby B: es el más común en los equipos domésticos y también el más básico de
los sistemas reductores Dolby domésticos.
● Dolby C: presenta una mejora respecto al Dolby B, ya que consigue mejorar aún
más la relación señal/ruido de la señal reproducida.
● Dolby S: reduce el ruido incluso en bajas frecuencias. Es el más avanzado de los
sistemas reductores de ruido Dolby de tipo doméstico.
● Dolby HX: estrictamente hablando no se trata de un sistema de reducción de
ruido tal como los anteriores. Dolby HX actúa de forma dinámica sobre el BIAS
de las cabezas de grabación consiguiendo reducir la distorsión. Dolby HX
corrige constantemente el BIAS según sean los valores de frecuencia y amplitud
de la señal a grabar. Durante el proceso de reproducción el Dolby HX no actúa.
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Para información detallada sobre los sistemas Dolby visitar la WEB
http://www.dolby.com
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Fin del tema xxxx