Fundamentos da gravação magnética
A gravação magnética (analógica ou digital) baseia-se na física do magnetismo, mais concretamente, na do electromagnetismo.
Magnetismo
Magnetismo é a capacidade que determinados materiais férricos têm de atrair ou de repelir outros materiais de características similares.
As propriedades magnéticas podem ser próprias por natureza (caso dos ímans) ou podem ser adquiridas por indução magnética. Por exemplo, atraímos um clip com um íman, e enquanto este clip esteja magnetizado pela influência do íman, terá a capacidade de atrair outros clips).
Materiais magnéticos o são pela especial disposição dos seus átomos. Estes átomos estão agrupados formando pequenos campos. Cada um destes campos ou cada domínio magnético, tem as mesmas propriedades magnéticas que um íman. Uma pequena partícula ferromagnética possui milhões de domínios magnéticos, cada um com o seu polo negativo e o seu polo positivo.
Em estado natural, isto é, quando não estão magnetizadas, as partículas ferromagnéticas têm os domínios magnéticos completamente desordenados. Uma vez submetidos à indução magnética, os domínios magnéticos ordenam-se, isto é, dispõem-se no mesmo sentido e diz-se então que estão magnetizados. Na gravação magnética, induzimos o magnetismo no suporte, fita por ex.. Esta é a causa desses suportes levarem na sua superfície uma capa de partículas férricas.
Remanência magnética
Os materiais utilizados para a gravação magnética têm de ser de alta remanência magnética. O ciclo de histéresis (histéresis magnética) é o fenómeno que explica a remanência, isto é, que a informação magnética permaneça ainda e depois da ausência do campo magnético que a criou. Portanto, este fenómeno, a histéresis, é o que permite o armazenamento da informação. A remanência é portanto fundamental, de nada serve induzir o magnetismo sobre uma superfície, se esta ficar desmagnetizada imediatamente a seguir. Se não houver remanência, quando se gravasse algo, apagar-se-ia de imediato.
Electromagnetismo
Históricamente, o magnetismo e a electricidade tinham sido tratados como fenómenos diferentes e, portanto, eram estudados por ciências diferentes. No entanto, os estudos de diferentes cientistas, como Oersted e Michael Faraday demonstraram que electricidade e magnetismo estavam intimamente relacionados.
Foi o físico escocês James Clerk Maxwell quem, pela primeira vez, descreveu o comportamento do campo electromagnético e as interacções eléctricas e magnéticas que se darão nele.
O electromagnetismo, naquilo em que se baseiam as gravações magnéticas, consiste em criar um campo magnético pela acção produzida pela corrente eléctrica ao passar por um electroiman.
Um electroiman consiste, basicamente, numa bobina de cobre com núcleo de ferro e que tem a capacidade de magnetizar outros elementos, isto é, que pode magnetizar. O electroiman constitui o núcleo da cabeça de gravação de qualquer sistema de gravação magnética analógica.
Processo de gravação electromagnética
Na gravação magnética, as vibrações sonoras são transformadas em variações de voltagem de idêntica intensidade, amplitude e frequência mediante um transductor electroacústico (microfone).
As variações de voltagem aplicam-se sobre o electroiman da cabeça gravadora que transforma a corrente eléctrica num sinal magnético de idêntica intensidade, amplitude e frequência. Este sinal magnético actua reordenando as partículas ferromagnéticas (óxidos de ferro ou de cromio) que cobrem a superfície do suporte (fita magnética, fita de papel ou arame de aço), isto é, magnetizando-a, conforme o suporte vai passando pelo electroiman.
Curva de histéresis e sinal de bias
A gravação sobre um suporte magnético não é linear de princípio ao fim, uma indução magnética nem sempre corresponde a uma magnetização idêntica.
A curva de histéresis mostra a curva de magnetização de um material. Seja qual for o material específico, a forma é sempre a mesma. Ao princípio, a magnetização requer um maior esforço eléctrico (é a chamada zona reversível); até que chegado a um ponto, a magnetização se produz de forma proporcional (zona linear). Finalmente, chega-se a um instante a partir do qual, por muita força magnética que apliquemos a fita magnética de áudio já não se magnetiza mais, é o chamado ponto de saturação e que determina o início da chamada zona de saturação.
O sinal de áudio deve-se gravar só na zona linear, de modo contrário, se for acima ou for abaixo, sofreria deformações. Para ultrapassar a zona reversível grava-se uma frequência que se conhece com o nome de BIAS (sinal de bias) ou corrente de polarização.
Trata-se de um sinal não audível que induz o magnetismo na zona linear (a zona onde se tem de gravar). Sem o sinal de bias a fita contaria com menor remanência, o que implicaria maiores níveis de distorção. Esta frequência é também útil no processo de apagamento.
O sinal de bias é uma frequência que se encontra entre os 80-100 e 150-200 kHz. Quanto maior seja a amplitude deste sinal, maior será a profundidade em que se grave o som na capa de óxido. Os requisitos de polarização (o nível concreto desta corrente de polarização) variam dependendo do tipo de fita, por isso, antes de iniciar uma gravação há que realizar um ajuste de bias. Um mau ajuste de bias poderia comprometer as altas frequências na gravação.
Qualidade da gravação
A qualidade de uma gravação dependerá do tipo de fita utilizada, de seu tamanho e da velocidade de arraste.
A fita magnética de áudio. O tipo de emulsão (ferro, cromio, etc.) determina a resposta em frequência e, por tanto, a qualidade.
As velocidades de arraste usadas pelos gravadores profissionais reel-to-reel são de 3 ¾, 7 ½, 15 e 30 polegadas. Quanto maior a velocidade de arraste, mais qualidade na gravação.
As larguras de fitas gravadoras são de ¼, ½, 1 e 2 polegadas. A maior largura de fita, maior velocidade de arraste, corresponde portanto, mais qualidade.
Inconvenientes da gravação magnetofónica
A gravação magnetofónica terá 3 grandes inconvenientes:
Existe um atrito constante entre o suporte e a cabeça leitora/gravadora. Este atrito, a longo prazo, irá produzir uma perda na qualidade do som.
Se se desmagnetiza a fita (por se aproximar a um íman ou a uma corrente eléctrica, etc), a informação perdida (apagada) resultará irrecuperável.
Não permite a multi-gravação para além da 4 ou 5ª geração. A cada nova geração (cópia de cópia) supõe uma pequena perda irrecuperável. Esta perda pode supor uma pequena deformação do sinal original ou um aumento ligeiro do ruído de fundo. Para além da quarta geração, todos os defeitos são audíveis e a qualidade será em princípio péssima.
Este problema podia resolver-se, em grande parte, ainda que nunca de todo, com os sistemas de redução de ruído (Dolby). Os Dolby utilizam um sistema de compressão que amplifica os sons mais ténues para que se ouçam acima do ruído de fundo. Se se utiliza um sistema Dolby durante a gravação é necessário utilizar o mesmo sistema Dolby para a sua reprodução. Este requisito faz que o uso do Dolby fique bastante limitado.
Níveis de referência para a gravação magnética
Utilizam-se para ajustar o fluxo magnético da gravação:
Se o fluxo magnético adquire altos níveis produz-se distorção e saturação. Se pelo contrário, o fluxo magnético tem um nível excessivamente baixo, produz-se ruído.
Para obter uma gravação óptima, a margem da faixa dinâmica útil tem de se situar entre um nível de saída máximo (MOL – maximum output level) e um mínimo (nível típico de ruído). As cifras exactas entre ambos dependem do gravador e do tipo de fita magnética de áudio.
O nível de fluxo magnético pode ajustar-se controlando a relação entre o nível de voltagem à entrada do gravador e o nível de fluxo magnético sobre a fita. Para poder realizar este ajuste utilizam-se as fitas de teste (test tape). Estas fitas de teste reúnem níveis de referência estandardizados e contêm tons pré-gravados a um nível de fluxo magnético concreto.
Existem fitas de teste para todas as velocidades de arraste e largura de fita, para regular qualquer fluxo magnético.
- CCIR (IEC) (norma europeia).
- NAB (norma americana).
- DIN (norma alemã).
Durante o processo de ajuste, o que se faz é pôr na entrada do equipamento um determinado tom (habitualmente 1kHz a 0 dBu) e ajustar a saída para que também leia esses 0 dBu, o que nos assegura que estamos a gravar com um nível de fluxo de 320 nWb m-1 (norma IEC). Estes 0 dBu, normalmente, a um nível de 4 no picómetro (PPM 4) ou de –4 no vuímetro (-4 VU).
Um décibel (dB) não é um valor absoluto e sempre faz referência a uma comparação entre sinais. A unidade de medida dBu é uma unidade logarítmica de nível de voltagem. Quando um voltímetro indica 0 VU, está a indicar uma norma profissional de +4 dBu que se correspondem a 1,228 V a 600 ohms de impedância.
O nível de fluxo magnético mede-se em nanowebers por metro (nWb m-1). O weber é a unidade de fluxo magnético.
O MOL para uma fita de alta qualidade está em um nível magnético de cerca de 1.000 nWb m-1.
Há 3 standards de nível de fluxo magnético:
- O americano (NAB: 200 nWb m-1).
- O alemão (DIN: 250 nWb m-1).
- O europeu (IEC: 320 nWb m-1).
É muito importante conhecer exactamente em que norma estamos, porque por exemplo, se ajustamos o nível da gravação em função de um teste em norma NAB e depois realizamos a gravação numa fita cujo norma é o IEC estaremos a gravar 4dB acima do recomendado.
Além de níveis de referência de fluxo magnético as fitas também incluem outros tons a outras frequências que podem servir para outros ajustes (azimut das cabeças, equalização de leitura, etc,)
Equipamentos reprodutores/gravadores magnéticos
Todas os equipamentos de gravação/reprodução magnética recebem o nome de gravadores ou magnetófonos , ainda que a esta nomenclatura se tenha apropriado o gravador de bobines.
Existem 3 tipos de magnetófonos:
- Magnetófono de bobines.
- Magnetófono de cassetes.
- Magnetófono de cartuchos.
Todos estes equipamentos para serem enquadrados dentro do grupo de equipamentos para uso profissional têm de cumprir 4 requisitos:
Precisão da marcha. Assegura a compatibilidade entre a velocidade de gravação e reprodução. Assim uma fita gravada num equipamento diferente ao que vai ser reproduzida não terá nenhum problema. As velocidades standards são 4’75, 9’5, 19 e 38 cm/s. A maior velocidade, corresponde maior qualidade no som resultante.
Estabilidade da marcha. Velocidade uniforme de deslocação da fita. Se esta é alterada, produz-se o efeito de choro.
Minimização da diafonía. Produz-se a diafonía quando se lê, além da pista correspondente, parte de som de outra pista adjacente.
Assegurar a resposta em frequência. Alguns magnetófonos, por estarem em final de sua vida útil ou outros motivos não são capazes de gravar/reproduzir todo o espectro de frequências. Quando isto ocorre a cabeça correspondente terá de ser substituída.
As cabeças
As cabeças são transductores encarregados de transformar a energia eléctrica em fluxo magnético e vice-versa.
Alguns equipamentos não profissionais contam unicamente com 2 cabeças: uma de apagamento e outra que compartilha as funções de gravação e reprodução. O aparelho será mais barato, mas não permite monitorizar o sinal durante a gravação, pelo que resulta totalmente desaconselhável para um uso no campo profissional. Como poderíamos saber o que efectivamente estamos a gravar? Por ex., que se passa, se há um zumbido por causa de um cabo deteriorado? Ou se o sinal fica saturado?...
Os equipamentos profissionais têm 3 cabeças: Apagamento, Gravadora, Reprodutora.
A fita passa primeiro pela cabeça de apagamento, depois pela de gravação e finalmente pela de reprodução, o que permite reproduzir quase imediatamente o sinal gravado (não pode ser exactamente de forma imediata porque há um pequeno retardamento produzido pela distância física entre a cabeça de gravação e a de reprodução).
Cabeça de apagamento
Realiza o processo de desmagnetização da fita e que se pode fazer de dois modos:
Por imantação uniforme. A fita é remagnetizada por um campo exterior constante. (Por isso, ao acercar uma fita a um íman ou a um campo magnético gerado por cabos eléctricos, por ex., esta apaga-se). Este modo é desaconselhável nos sistemas de alta-fidelidade porque deixa um forte ruído de fundo.
Por deixar as partículas magnéticas em estado neutro. É o modo mais utilizado pelos sistemas profissionais porque eliminam o ruído de fundo do apagado. Para devolver as partículas a um estado neutro, uma cabeça oscila rapidamente (gerando altas frequências: 50-120 kHz) e gera um campo magnético e desmagnetiza a fita, desorientando as partículas ferromagnéticas. Assim se elimina a informação que tivesse registada. A frequência da cabeça de apagamento é fixa.
Cabeça de gravação
Ao gravar, o sinal eléctrico transforma-se em sinal magnético. A cabeça gravadora magnetiza a fita segundo o padrão desejado (em função do sinal de áudio). Para isso, quando a fita passa pelo entre-ferro que há entre os polos do electroiman produzem-se campos magnéticos que reproduzem o sinal eléctrico, que por sua vez, reproduz o sinal sonoro original. A frequência de polarização ou pré-magnetização (AC Bias) é de 40 Khz. Esta frequência soma-se à frequência do sinal que irá ser gravada.
Cabeça de reprodução ou leitura
Ao reproduzir, o sinal magnético transforma-se em sinal eléctrico. Para a leitura/reprodução, a fita move-se novamente no entre-ferro que há entre os polos do electroiman, revertendo os campos magnéticos novamente numa voltagem alternada (sinal eléctrico) induzindo correntes nos arames que rodeiam o núcleo. A este sinal eléctrico, os altifalantes (transductores electroacústicos) encarregam-se de convertê-lo em sinal de áudio. O entre-ferro da cabeça reprodutora costuma ser um pouco mais estreito que o da gravadora.
Gravadores de Bobines
Motores
Os gravadores profissionais contam com três motores:
- Avanço rápido
- Rebobinado rápido
- Capstan ou motor de velocidade
O motor de velocidade chama-se também capstan, porque está situado dentro de um eixo (capstan) que arrasta a fita a uma velocidade pré-selecionada pelo usuário.
Velocidades de Gravação/Reprodução
As velocidades de arraste usadas pelos gravadores profissionais são de 3¾, 7½, 15 e 30 polegadas/s. A velocidade mais habitual, a regular, é a de 7½ polegadas/s. A velocidade de arraste é um factor bastante importante, porque tem uma resposta em frequência directamente proporcional. Portanto a maior velocidade, há uma mais ampla faixa de resposta em frequência.
Velocidades de arraste mais usuais e suas correspondências:
polegadas/s ............ 3¾ * 7½ * 15
em cm/s ................. 9,5 * 19 * 38
Resposta em frequência . 30 Hz – 14 kHz * 30 Hz – 18 kHz * 30 Hz – 22 kHz
Os gravadores multipista possuem um potenciómetro chamado variador que permite modificar a velocidade 33% para baixo e 55% acima das quatro velocidades. São pequenas variações não perceptíveis pelo ouvido, que se utilizam, principalmente, para adaptar as velocidades de gravação entre duas emissoras. Assim ficam corrigidos factores como os retardamentos de linha, entre outros parâmetros.
Tipos de Gravadores de Bobines
Existem 4 tipos de gravadores de bobines, atendendo à configuração das suas pistas:
- Gravador Monaural.
- Gravador de 2 pistas.
- Gravador de 4 pistas.
- Gravador Multipista.
Gravador Monaural
Só grava numa única pista, sobretudo na largura de uma fita normal de ¼ de polegada (0,635 cm). Foi o primeiro equipamento usado tanto em gravações de rádio, como em produção discográfica. Hoje em dia, às gravações realizadas com este método denomina-se-lhes, em inglês, full track (pista completa).
Gravador de 2 pistas
Grava 2 pistas numa fita normal de um ¼, ½ ou uma polegada de largura. Cada uma das pistas ocupa aproximadamente metade da fita em largura. Por este motivo, também é conhecido como formato média pista.
Gravador de 4 pistas
A fita divide-se em 4 pistas, pelo que também se conhece como formato quatro pistas. Ao reduzir a largura da fita (têm de caber 4 pistas onde antes só tinha duas) aumenta a distorção e piora a relação sinal/ruído. Este formato de quatro pistas reproduz nas duas faces de uma fita. Por isso, a primeira vez que a fita se grava, o som fica registado nas pistas 1 e 3. Quando voltamos a gravar a fita na cara oposta, o som fica registado nas pistas 2 e 4. Entre os técnicos, conhecia-se também esta segunda gravação como “a outra cara”. Ademais, como há menos superfície de contacto entre a cabeça e a fita podem-se dar perdas momentâneas de sinal (drop outs). Todos estes inconvenientes fizeram que o gravador de quatro pistas se limitasse ao âmbito doméstico. Por isso, foi necessário desenvolver formatos de quatro pistas melhorados que atendessem estas necessidades específicas e, oferecessem a qualidade necessária para serem destinados ao campo profissional. Em certas ocasiões, precisa-se ouvir uma determinada gravação ao mesmo tempo que se realiza outra. Por ex. o caso da música (gravou-se a música e quer-se acrescentar a voz) ou da dobragem (por exemplo, ouve-se a versão original ou o Soundtrack internacional –pista sem os diálogos, mas com os ruídos, efeitos sonoros, músicas, etc. ). Nestes casos, é fundamental sincronizar a reprodução do som com a gravação da nova pista. Para que possa se realizar esta sincronização uma ou as duas cabeças gravadoras têm de poder ser comutadas ao modo reprodução.
Gravador Multipista
Os gravadores multipista permitem a gravação de 4, 8, 16 ou 24 pistas de áudio.
As pistas numeram-se em ordem crescente desde a borda superior da fita (pista 1) até a borda inferior.
Dependendo das pistas a gravar será necessário um determinado tipo de fitas.
- O normal de largura de fita para um multipista de 4 pistas é de ½ polegada (1,27 cm)
- O normal de largura de fita para um multipista de 8 pistas é de 1 polegada (2,54 cm)
- O normal de largura de fita para um multipista de 16 ou 24 pistas é de 2 polegadas (5,08 cm)
Nas gravações actuais graças ao misturador utilizam-se todo o tipo de fontes, que são gravadas em pistas independentes.
Estas pistas serão misturadas no final do processo para conseguir a cópia final ou “master”. As fontes podem ser instrumentos musicais, microfones ou também outro tipo de aparelhos e instrumentos musicais e electrónicos que produzam um sinal eléctrico: como os samplers, os sintetizadores, guitarras, etc.
Os diferentes níveis de mistura e a introdução de determinados efeitos de som permitem infinitas possibilidades.
O gravador multipista facilita em grande parte a montagem sonora. As diferentes fontes sonoras que têm de intervir numa gravação enviam-se a um misturador (mesa de montagem) onde se realiza uma pré-equalização, para ajuste de todos os níveis.
É necessário realizar esta pré-equalização porque as cabeças podem sofrer desgastes pelo uso ou outro tipo de problemas...
Os ajustes realizam-se em função de uma curva regular que mostra a resposta em frequência de uma cabeça ideal (não tem em conta nem o estado da cabeça nem o da fita). A resposta deve ajustar-se em frequência real, com a que mostra essa resposta em frequência ideal.
Existem várias curvas padrão. De facto, muitas equipas dispõem de um selector que permite eleger o normal segundo os standares das normas IEC/CCIR (norma europeia), NAB (norma americana) ou DIN (norma alemã).
Muitos gravadores também possuem ajuste de equalização diferenciada em alta e baixa frequência, para se ajustar mais fielmente às diferentes condições da cabeça, da fita, etc.
Uma vez que no misturador se ajustaram os parâmetros e demais (efeitos, balanço de canais, etc.), o sinal grava-se no gravador multipista em grupos de pistas simultâneas (dependendo das pistas que permita o gravador multipista e das fontes que intervenham).
Para atribuir que fonte (ou fontes) vão a cada pista estabelece-se um critério de racionalidade, em função do que se pretenda. Por exemplo, numa gravação de um pequeno grupo pop, a guitarra e o baixo podem ser gravados numa pista e as vozes restantes (o vocalista ou solista, um sampler, os coros e a percussão) noutra pista individual. Tudo dependerá de quem realize a gravação e os critérios que se julguem oportunos.
Ademais, o multipista permitia realizar pequenos insertos de áudio (edição por inserção) em qualquer das pistas. Estes insertos utilizavam-se para mudar o som gravado originalmente por outro, sem que se produzissem cliques ou distorções. Definitivamente e sem que se notasse.
Uma vez completado o processo de gravação pista a pista (laying down), procede-se então à mistura final. Então, a saída da cada pista é reconduzida até a entrada do misturador, com o que a cada pista se converte em uma fonte de som independente susceptível de ser modificada (de igual modo que o tinham sido as fontes originais).
Como na maioria de ocasiões na mistura directa não se obtém o resultado idóneo ou que se procurava, as mesas de mistura incorporam sistemas automatizados que memorizam os processos e permitem introduzir modificações antes de realizar a copia final, sem ter que repetir todo o processo. Estes sistemas automatizados recebem o nome de função automática de repetição ou posicionador automático (em inglês, autolocate). Para poder realizar gravações síncronas, as cabeças gravadoras têm de poder ser comutadas para o modo reprodução.
Na actualidade, a gravação multipista usa exclusivamente a informática. Isto permite eliminar os passos intermediários, pois todos os níveis de mistura são geridos através de software especializado e o som toma-se directamente das fontes, através dos portos MIDI no caso dos instrumentos digitais electrónicos. Outra vantagem que existe, é que não é necessário gerar volumosas fitas mestras, e o produto final de todo o processp pode ser gravado em formatos de Disco Compacto ou DVD ou Disco Rígido.
Cassete
Em 1963, a firma Philips lançou no mercado os primeiros reprodutores - gravadores para fitas de cassete e as primeiras fitas.
Aos reprodutores de cassete compacto (gravador de cassete) chamou-lhes radiocassete ou Platina, ou simplesmente, cassete.
Os equipamentos que facilitavam a duplicação de gravações porque combinavam uma platina reprodutora com outro gravador chamavam-se equipamentos de dupla platina. Estes equipamentos podiam duplicar a cópia ou em tempo real ou a uma velocidade superior.
As casas encarregadas de realizar cópias comerciais em cassete utilizavam uns equipamentos conhecidos como duplicadores de cassete que podiam fazer correr a fita a 16, 32 ou 64 vezes a velocidade normal.
No final dos anos 70, a companhia japonesa TEAC comercializou um gravador multipista em cassete que aproveitava parte dos progressos desenvolvidos pela Sony para o seu frustrado formato de fita “O”. Denominou-o porta-estúdio. A fita corria ao duplo da velocidade normal (9,5 cm/s). O porta-estúdio permitia a gravação de 4 pistas e, como nos gravadores multipista, a cada pista podia-se gravar por separado e permitia a gravação síncrona.
Cartucho
Os gravadores ou magnetófonos de cartuchos são os reprodutores/gravadores de um formato de tipo de fita magnética de áudio chamado cartucho.
O cartucho é formado por uma fita magnética sem-fim que grava por impulsos, marcando na fita o lugar exacto em que começa e acaba a gravação. Depois, à hora de ler, reproduz-se o intervalo exacto.
Nas emissoras de rádio, até chegarem os softwares de programação informatizada, utilizavam-se para lançar cunhas e separadores de forma rápida, sem necessidade de ter que posicionar a cada um dos cortes. De facto, as emissoras tinham ligadas em batería vários gravadores de cartuchos em série, de modo, que quando acabava de se reproduzir um corte, automaticamente, saltava para o seguinte.
NOTA:
Este texto foi retirado da NET e posteriormente traduzido e adaptado.
Terá com toda a certeza algumas incorrecções e erros, pelo que todos os contributos para a sua correcção e valorização serão bem vindos.
Evolução histórica da gravação magnética
Obtido de http://ks312095.kimsufi.com../../../../articles/a/n/d/Andorra.html"
Ferpina
