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Technical Documents - Documentos Técnicos: INTRODUCCION A LA GRABACIÓN MAGNÉTICA

Nociones de la grabación magnética

El magnetismo es una de las manifestaciones de energía de la naturaleza, que fue usada en la brújula ya 1.000 años antes de la era cristiana por los Chinos y Griegos, como afirman muchos historiadores. Sin embargo, los fundamentos teóricos y leyes físicas que rigen al magnetismo fueron conocidos recién en épocas relativamente recientes. En 1.600 publica William Gilbert su libro: "De magnete magnetisque corporibus et de magno magnete tellure" ("De los magnetos y cuerpos magnéticos y del gran magneto tierra"). Este texto estaba basado en 16 años de estudios sobre interacciones magnéticas y con esferas pequeñas ("terellas" - "pequeñas tierras" ) formadas de Magnetita que es un óxido de hierro magnético con una formulación química de Fe304 .

El magnetismo se manifiesta como campo magnético alrededor de un imán, de tal manera que entre el polo norte y el polo sud de un imán se extiende la energía magnética en forma de líneas de fuerza, como vemos en la figura 1.

Figura 1. Campo magnético de corriente continua.

En esta figura se usa un electroimán en forma de herradura que recibe su energía de una corriente eléctrica que circula por la bobina y genera un flujo magnético entre los polos del imán, denominado entrehierro ("gap"). Desde luego existe una relación muy estrecha entre la energía magnetizante y la energía magnética producida. La fuerza magnetizante se denomina coercividad o campo magnético y se designa con la letra "H". La unidad del campo magnético es el Oersted. La energía magnética se denomina también flujo magnético, inducción magnética o simplemente magnetismo, simbolizado por la letra B. La unidad de medición del flujo magnético es el Gauss, que es la cantidad de líneas de fuerza magnética por centímetro cuadrado. Un Oersted es aquella fuerza magnética que produce un campo magnético de un Gauss. El valor típico para cintas magnéticas de video es de 500 a 600 Oersted.

La relación entre magnetismo B y fuerza magnética H puede graficarse de la siguiente manera. Se usa un sistema de ejes ortogonales donde la abscisa X representa a la fuerza H y la ordenada Y representa al magnetismo B. En la figura 2.A vemos este sistema de ejes y en la figura 2.B vemos como el magnetismo B aumenta al aumentar la fuerza magnetizante H.

Fig. 2 - Curva B-H

El incremento de B no es sin embargo lineal ya que tanto en los primeros instantes de la magnetización como en su cresta máxima de saturación existen pronunciadas curvaturas. Se observa ahora que al reducir la fuerza magnetizante H, el magnetismo no retorna a cero en la misma forma en que aumentó. En la figura 3 vemos que al aplicar la fuerza H el magnetismo aumenta de O a C y al reducir la fuerza magnetizante se reduce de C al punto Br que no es cero.

Fig. 3 - Curva de Histéresis

Esta intensidad magnética Br se denomina magnetismo remanente y se debe a la "resistencia" magnética del material a ser magnetizado o desmagnetizado. Esta "resistencia" magnética se denomina Histéresis y por lo tanto la curva de la figura . 3 se conoce con el nombre de curva B/H o curva de Histéresis. Para reducir el magnetismo remanente Br a cero es necesario aplicar una fuerza coercitiva negativa Hc y para invertir la polarización del magnetismo es necesario invertir también la fuerza magnetizante H aún más, repitiéndose al proceso hasta llegar de nuevo al punto C. La curva de histéresis es una línea cerrada en la cual se omite la parte O - C debido a que normalmente se presenta solo al iniciar el proceso de magnetización y después no se repite más. En cambio el resto de la curva está presente cada vez que aplicamos una señal alterna a un imán eléctrico, como vemos en la figura 4.

Fig. 4 - Campo magnético de corriente alterna .

El rango útil de la curva de histéresis es el que se observa en la figura 5.

Fig. 5 - Rango útil de la curva de Histéresis

En lo referente a la aplicación de estos conceptos en la grabación magnética, vemos en la figura 6 como una cinta magnética pasa delante de una cabeza magnética alimentada por señales de corriente alterna y recibe así alternadamente campos magnéticos de polaridad opuesta.

Fig. 6 - Grabacion magnética de señales .

Estos campos se mantienen latentes en la cinta magnética debido al magnetismo remanente del material magnético de la cinta.

Cintas magnéticas

Para poder retener en forma de magnetismo remanente la información eléctrica aplicada a la cabeza grabadora, es necesario que la cinta magnética posea las características magnéticas adecuadas. Para ello se recurre en la actualidad a cintas de material plástico, por ejemplo de P.V.C., Mylar y otros, recubiertos por una capa de óxidos férricos (Fe203 , Fe304 y otros) en forma de polvillos o partículas pequeñas con un diámetro de sólo 1 micrómetro o menos que se depositan sobre la cinta mediante un aglutinante especial. Cada partícula del óxido férrico u otro material magnético (Níquel, Cromo, Cobalto, etc.) forma así un elemento magnético unitario que puede ser imantado por su paso delante de un imán excitador que produce un campo magnético que sigue las variaciones de una señal eléctrica de audio o de video. El imán excitador se denomina “cabeza" y se puede usar para grabar o para reproducir las señales grabadas. En las cintas magnéticas es importante lograr diversas características, tales como respuesta de frecuencia, relación señal/ruido, baja distorsión, ruido de modulación, etc. En lo referente a la respuesta de frecuencia es importante el tamaño y la uniformidad de las partículas magnéticas depositadas y las características magnéticas de las mismas. Una remanencia magnética elevada mejora la respuesta en frecuencias altas, mientras que una fuerza coercitiva alta mejora la respuesta en frecuencias bajas. En las Figs. 7.A y 7.B vemos este efecto.

Fig. 7 - Relación entre magnetismo remanente, fuerza coercitiva y frecuencia.

La no-linealidad de la curva de histéresis introduce también una falta de linealidad en la señal grabada o reproducida que se manifiesta como distorsión. Para la reducción de esta distorsión es importante aplicar una polarización previa a la cinta para evitar que se produzca la distorsión de las señales alternas cerca del eje cero. En la figura 8 vemos este tipo de distorsión.

Fig. 8 - Distorsión de la señal grabada sin polarización .

En principio es posible aplicar una polarización de tensión continua pero este procedimiento desmejora la relación señal/ruido en 10 dB. Por este motivo se considera actualmente la polarización continua como obsoleta. La polarización con alterna de alta frecuencia es muy superior en este sentido ya que elimina la distorsión de la señal grabada sin afectar la relación señal/ruido. En audio se usa una señal de polarización con una frecuencia de 30 a 100 Kilohertz, quiere decir superior en frecuencia a la señal a grabar que abarca de 20 Hertz a 20 Kilohertz. En los grabadores de video se usa una señal de crominancia de 629 a 688 Kilohertz y para la polarización de alta frecuencia se usa la señal de luminancia que es de unos 3,4 Megahertz. La corriente de polarización debe también ser superior a la corriente de grabaci6n. Esto se logra en los videograbadores al producir una corriente de crominancia de 3 miliamperes y una corriente de luminancia de 12 miliamperes. La polarización de alta frecuencia es usada también para borrar las señales grabadas anteriormente. Para este fin se aplica una señal de gran intensidad que va decreciendo paulatinamente, tal como vemos en la figura 9.

Fig. 9 - Borrado de la señal grabada

Se observa que los primeros ciclos de la corriente de borrado deben saturar la cinta magnética y bajar después lentamente en intensidad. El campo magnético producido por la corriente de borrado neutraliza los cristales del óxido, borrando la información grabada. Una cinta borrada con corriente insuficiente puede desmejorar la relación señal/ruido, motivo por el cual es importante lograr un borrado total de las grabaciones anteriores. En caso de ser necesario es factible someter una cinta dos o más veces al proceso de borrado para lograr un borrado total. Por otra parte, la exposición accidental de una cinta grabada a campos magnéticos extraños puede producir el borrado parcial o total de la grabación.

El proceso de grabación magnética en videograbadores

La grabación de señales de video en cinta magnética posee algunas características adicionales a los existentes en la grabación de señales de audio. Por lo pronto existe la necesidad de una extensión de la frecuencia máxima a grabar, de la reducción de interferencias entre señales grabadas en pistas adyacentes y la mejora necesaria en la relación señal/ruido. Estas pautas requieren un replanteo en cuanto a la velocidad de la cinta, construcción de las cabezas grabadoras, requisitos de técnicas de grabación y otros parámetros pertinentes. Uno de los factores es el método usado para la grabación magnética. En la figura 10.A vemos un método llamado "magnetización transversal".

Fig. 10 - Grabación transversal y longitudinal .

En este método encontramos la cabeza grabadora de ambos lados de la cinta y en consecuencia se produce un campo magnético transversal al pasar la cinta por la cabeza grabadora. Este método posee como inconveniente mayor, el problema mecánico de pasar la cinta a través del entrehierro lo que resulta sumamente difícil en la práctica. En la figura 10.B vemos el método de la magnetización longitudinal que es actualmente el único usado en la grabación de audio. Para la grabación de video existe, sin embargo, un límite en este método, que es la relación entre la longitud de onda grabada y las dimensiones del entrehierro. En la figura 11 vemos como el ancho del entrehierro de la cabeza grabadora limita la longitud de onda de la señal que se puede grabar.

Fig. 11 - Relación entre longitud de onda y entrehierro.

En la figura 11.A vemos que la longitud de onda igual a la dimensión del entrehierro produce un campo magnético Norte y Sud que se cancela y que produce una salida cero. En las figuras 11.B y 11.C vemos que la reducción del tamaño del entrehierro permite lograr una lectura máxima de la corriente cuando esta dimensión es solo la mitad de la longitud de onda. Esto demuestra que a mayor frecuencia debe existir un entrehierro mas reducido. Las dimensiones típicas del entrehierro de cabezas grabadoras de video son del orden de 0,3 a 1 micrómetro (1 µm= 10-3 mm = 10-6 m ). En comparación con esta dimensión debemos recordar que el entrehierro en grabadores de audio es de 1,25 a 2,5 micrómetros. Otro factor importante es la velocidad de la cinta con respecto a la cabeza grabadora. Si la cinta avanza muy lentamente, no es posible grabar frecuencias altas. Para lograr una mayor frecuencia de grabación es necesario obtener una velocidad relativa muy alta entre cabeza y cinta. Un valor típico sería entre 5 y 10 metros por segundo. Esto no es práctico con la simple grabación en el método longitudinal. Se recurre entonces a una rotación de la cabeza colocada sobre un tambor que gira simultáneamente con el avance de la cinta.

Fig. 12 - Grabación helicoidal .

En la figura 12 vemos que este método da lugar a una grabación helicoidal donde existe una velocidad relativa alta con una velocidad longitudinal baja. Este método economiza también la extensión de la cinta magnética al describir pistas de grabación inclinadas y paralelas, como surge de la figura 12. La relación entre longitud de onda grabada (λ), velocidad relativa (V) y entrehierro (EH) surgen de las siguientes expresiones. El entrehierro EH < λ/2, siendo la longitud de onda λ una función de la velocidad relativa (V) y la frecuencia de la señal (f), λ = V/f. Por lo tanto el entrehierro es EH < V/2f. Con un entrehierro de 1 micrómetro y una frecuencia máxima f = 5 Megahertz, la velocidad relativa entre cabeza y cinta debe ser V = 10 metros por segundo. Con un entrehierro menor, de sólo 0,3 micrómetros, puede reducirse la velocidad relativa y aumentarse la frecuencia máxima a grabar.

Las pistas que se graban en las cintas magnéticas están muy cerca, una de la otra, y a veces se superponen. Esto obliga a usar un método adicional que analizaremos a continuación.

En la figura 13.A vemos que el eje del entrehierro posee un ángulo de 90 grados con respecto al eje transversal de las pistas. Esta posición corresponde a un ángulo azimutal de cero grados y produce con suma facilidad una interacción entre las informaciones grabadas en pistas adyacentes. Para reducir esta interacci6n se recurre al uso de dos cabezas rotativas, montadas sobre el mismo tambor y provisto de un ángulo azimutal de ± 6 grados. En la figura 13.B vemos que existe una inclinación del entrehierro con respecto a la pista, pero como esta pista fue grabada con el mismo ángulo azimutal este no afecta la reproducción. En cambio la pista adyacente es grabada con un ángulo azimutal diferente corno vemos en la figura 13.C y por lo tanto existe entre el eje de grabación de una pista y el eje de la pista adyacente un ángulo de 12 grados, 6 grados de una cabeza y 6 grados de la otra cabeza. En estas condiciones se reduce casi totalmente la señal captada por la cabeza que no corresponde y se mantiene en forma normal la señal captada por la cabeza correspondiente.

Fig. 13

Las características de la grabación magnética en videograbadores se pueden resumir entonces de la siguiente manera:

a) Se usan cabezas rotativas juntamente con un avance longitudinal de la cinta, obteniéndose así una grabación helicoidal. Esto aumenta la velocidad relativa entre cabeza y cinta.

b) El entrehierro de las cabezas es reducido para lograr la extensión del rango de frecuencia que se requiere para las señales de video.

c) Se usa posición azimutal de las cabezas para reducir la posibilidad de interferencias entre pistas adyacentes.

d) Se usa una polarización de alta frecuencia para la grabación de la señal de crominancia. Esta polarización proviene de la señal de luminancia que se graba simultáneamente.

 

 

 

 

 

 
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