Como funciona o gravador de fita (ART446)

Este artigo é de 1996 quando ainda era, usados em algumas aplicações os gravadores de fitas magnéticas que hoje consistem em peças de museu. No entanto, o artigo tem valor histórico, pois explica uma tecnologia que voluiu e que ainda pode ser encontrada em alguns dispositivos eletrônicos.

É muito importante conhecer o princípio de funcionamento de qualquer aparelho eletrônico pois não se trata apenas de uma necessidade do profissional da eletrônica. Qualquer pessoa que tenha na eletrônica algum tipo de atividade ou ainda é um usuário cursioso deve conhecer o princípio de funcionamento de qualquer aparelho pois assim poderá usá-lo melhor e mais: pode até saber como comprar corretamente não correndo o risco de empregar de fora errada seu dinheiro além de evitar o perigo de ser enganado por anúncios tendenciosos ou por balconista desonestos. Neste artigo vamos tratar de um aparelho bastante usado nesta época (1996) e que poucos co0nhecem exatamente o seu princípio de funcionamento. Trata-se do gravador de fita, do tipo encontrado em toca-fitas automotivos, em secretárias eletrônicas e em walkman. Neste artigo analisaremos de uma forma que todos possam entender de que modo o sons podem ser registrados numa fita magnética e depois reproduzidos num alto-falante ou fone de ouvido.

Os inventores desde há muito tempo tiveram a idéia de registrar os sons da mesma forma que a imagem pode ser registrada numa fotografia. Um desses pioneiros foi Thomas Alva Edison que, com seu fonógrafo conseguiu "gravar" sons num cilindro de carvão reproduzindo-os depois com uma agulha.

O método de Edison era muito simples: o microfone era simplesmente uma corneta que terminava numa membrana a qual movimentava uma agulha que encostava num cilindro de carvão que deveria girar numa certa velocidade constante para registrar o som.

Com o movimento, a agulha registrava no cilindro uma trilha tortuosa que nada mais era do que um "retrato" do som captado.

Terminada a gravação, o cilindro era girado na mesma velocidade original com que se registrou o som. Com isso, a agulha, agora percorrendo de modo forçado as trilhas gravadas, vibrava e transmitia essas vibrações membrana. O resultado era a vibração da membrana reproduzindo o som original, conforme mostra a figura 1.

 

Princípio de funcionamento do gravador de cilindro de Edson.
Princípio de funcionamento do gravador de cilindro de Edson.

 

Outro pioneiro da gravação de sons, na mesma época, entre l877 e 1887 foi Emile Berlier.

O aperfeiçoamento mais importante para este aparelho foi a troca do cilindro por um disco de cera, mas mesmo assim, durante muito tempo o sistema era totalmente mecânico: não existia eletrônica. As trilhas tortuosas que registravam o passaram a ser gravadas nas duas faces de um disco.

Desta forma, os aparelhos deste tipo, denominado "gramofones", como o patenteado por Emile Berlier, tinham a aparência mostrada na figura 2.

 

Um gramofone
Um gramofone

 

Uma manivela movimentada o disco ou então servia para dar corda num mecanismo de mola, semelhante ao que encontramos em brinquedos de criança. Uma vez que o disco entrava em movimento, a agulha se apoiava no disco por meio do braço e apoiado no braço havia uma corneta para a reprodução.

Assim, as vibrações da agulha se transmitiam a uma membrana e o som produzido era "aumentado" pela ação da corneta.

Veja que não havia válvulas, transistores ou circuitos integrados neste sistema. A possibilidade de se amplificar o som captado pela agulha por meio de dispositivos eletrônicos veio muito tempo depois.

O princípio de funcionamento dos toca-discos modernos ainda se mantém: fazendo com que uma agulha percorra um sulco onde estão registrados na forma de ondulações os sons, podemos reproduzi-los, conforme mostra a figura 3.

 

Princípio de funcionamento dos antigos  toca-discos.
Princípio de funcionamento dos antigos toca-discos.

 

Paralelamente, entretanto, outros pesquisadores trabalharam num modo um pouco diferente de registrar os sons: sem utilizar sulcos ou agulhas, mas de uma forma que envolvesse diretamente a eletricidade, que ainda era uma novidade na época.

Desse trabalho paralelo desenvolveu-se uma linha completamente diferente de dispositivos capazes de registrar sons (e posteriormente imagens) que são os gravadores de fita magnética ou simplesmente, gravadores de fita.

É deles que vamos falar a seguir:

 

A GRAVAÇÃO MAGNÉTICA

Valdemar Poulsen foi um dos responsáveis pela idéia de se gravar sons por meios magnéticos. Suas primeiras experiências foram feitas em 1898 e, sobre elas, ele escreveu:

"Parece ser possível magnetizar um fio em diferentes graus e de tal forma que o som poderia ser registrado nele, quer correndo um eletro-imã ligado a um microfone e gerando uma corrente, ou então fazendo com que o fio corra nas proximidades de um eletro-imã ligado a um microfone".

Realmente a idéia tinha fundamentos e após as primeiras experiências, o fio magnetizável foi substituído por uma fita de material magnético. Quando isso ocorreu, Poulsen já estava consagrado, tendo ganho o Grand Prix da Exposição de Paris de 1900 no qual apresentou o seu "Telegraphone", que era, na realidade, o primeiro gravador magnético que existiu e foi levado ao conhecimento público.

 

O sistema original de Pulsen
O sistema original de Pulsen

 

Mas, de que modo podemos registrar sons por meio de magnetismo, usando materiais magnéticos como um fio ou uma fita?

Vamos imaginar que tenhamos uma fita recoberta com uma substância magnetizável, à base de ferro ou cromo, por exemplo. Essa substância, na verdade, é formada por milhões de pequenos imãs microscópicos que estão dispostos de uma forma completamente desordenada de modo que seus campos magnéticos se cancelam, conforme mostra a figura 5.

 

Uma fita magnética formada por grande quantidade de imâs elementares.
Uma fita magnética formada por grande quantidade de imâs elementares.

 

Isso significa que, mesmo sendo formada de uma grande quantidade de pequenos imãs, esta fita não apresenta, no total, campo magnético algum.

Se pegarmos essa fita e a colocarmos num mecanismo que a movimente diante de uma bobina, poderemos ter uma ação sobre os pequenos imãs que modifica seu comportamento, ou sua posição.

Vamos supor então que, conforme mostra a figura 6, a bobina seja percorrida por uma corrente que nada mais seja do que um sinal de áudio.

 

O campo magnético aplicado à fita tem as mesmas variações do sinal de áudio.
O campo magnético aplicado à fita tem as mesmas variações do sinal de áudio.

 

Conforme representado na figura, o sinal de áudio corresponde a variações da intensidade da corrente que, numa determinada frequência se torna mais intensa ou mais fraca e até inverte de sentido.

Ora, ao circular pela bobina, esta corrente produz um campo magnético de características semelhantes, e este campo magnético atua justamente sobre as partículas da fita, mudando-as de orientação.

O que ocorre então é que, à medida que a fita passa diante do eletro-imã, as partículas se orientam ou se ordenam, colocando-se em posições que justamente vão criar campos magnéticos que retratam o som original, ou seja, a corrente que criou o campo no eletro-imã, conforme mostra a figura 7.

 

Na gravação as partículas sofrem um processo de orientação.
Na gravação as partículas sofrem um processo de orientação.

 

É importante observar que para termos um registro perfeito, que garanta depois a reprodução do som com fidelidade, precisamos observar algumas condições especiais de operação para o sistema.

A primeira condição importante é a escolha da velocidade apropriada para a fita.

Esta velocidade deve ser tal para que haja tempo de registrarmos todas as variações de corrente, inclusive as mais rápidas que correspondem aos sons de altas frequências ou agudos.

Se a velocidade for muito pequena, num sinal de alta frequência, mesmo antes de termos a movimentação de um conjunto de partículas levando-as às posições de registro, a corrente já inverte e sua orientação é desfeita, ou seja, o som não é registrado.

No entanto, uma velocidade de registro muito elevada reduz a duração da fita pois ela "acaba logo". A obtenção de uma relação ideal entre resposta de frequência e tempo de gravação é, portanto algo que deve ser considerado num gravador.

Muitos gravadores do tipo profissional, como o mostrado na figura 8 possuem diversas velocidades de modo a permitir que se obtenha mais tempo com menor resposta de agudos, por exemplo no registro da palavra falada, ou menos tempo com maior fidelidade no registro da música.

 

Um gravador de fitas antigo.
Um gravador de fitas antigo.

 

Para que o sinal possa ser concentrado numa região muito pequena de modo a se ter maior capacidade de reproduzir sons de frequências elevadas, as bobinas devem ser capazes de concentrar o campo magnético numa região bem pequena.

Isso significa que as cabeças dos gravadores devem possuir "entreferros" muito pequenos, conforme mostra a figura 9.

 

Quanto menor for o entreferro, maior será a freqüência do sinal que pode ser gravado.
Quanto menor for o entreferro, maior será a freqüência do sinal que pode ser gravado.

 

Os leitores que possuem toca-fitas, walkmans e gravadores sabem que o acúmulo de partículas metálicas nesta cabeça pode prejudicar a reprodução ou a gravação dos sons. Neste caso, os pedaços de material metálico acumulado neste ponto podem dispersar as linhas do campo magnético, impedindo que atuem sobre a fita. Da mesma forma, na captação esse material impede que as partículas atuem sobre a bobina induzindo a corrente correspondente ao sinal.

Se quisermos ter uma gravação estereofônica precisamos de dois canais. Para estes, as cabeças são duplas, conforme mostra a figura 10, utilizando duas faixas da fita magnetizável.

 

Na gravação estéreo temos duas pistas gravadas.
Na gravação estéreo temos duas pistas gravadas.

 

Na verdade, nas fitas que utilizamos nos toca-fitas, e que podem tocar nos dois sentidos (no sistema auto-reverse dos toca-fitas de carro) são empregadas quatro faixas de gravação conforme mostra a figura 11.

 

Na fita cassete comum temos 4 pistas gravadas.
Na fita cassete comum temos 4 pistas gravadas.

 

Nestas fitas temos o registro dos sons duas vezes (um para cada canal) na ida e mais duas vezes, na volta da fita.

Um ponto importante para se obter um registro "limpo" dos sons é que a fita esteja totalmente desmagnetizada no momento em que o sinal é aplicado. Para garantir que isso ocorre, desorientando as partículas, os gravadores possuem uma bobina adicional que gera um campo de alta frequência a partir de um oscilador. Esta bobina, denominada "apagadora" apaga qualquer informação que esteja previamente na fita, desorientando as partículas e deixando-as prontas para uma nova orientação.

O interessante do processo é que, uma vez orientadas segundo o sinal aplicado ao eletro-imã, as partículas mantém suas posições originais, ou seja, "gravam" a informação correspondente a esse som.

Para recuperar a informação, reproduzindo o som temos de pensar num processo inverso.

Devemos então passar a fita diante de uma bobina que possa "captar" o campo das partículas orientadas, gerando em função disso um sinal.

Para que o processo funcione o primeiro ponto importante a ser observado é o relacionado com a velocidade da fita.

A velocidade com que a fita se movimenta diante da bobina deve ser a mesma que foi utilizada durante o registro.

Se isso não ocorrer, conforme mostra a figura 12, teremos uma modificação do comprimento de onda do sinal gerado, ou seja, da frequência, e os sons se tornarão mais graves ou mais agudos.

 

Alterando a velocidade a freqüência do sinal muda.
Alterando a velocidade a freqüência do sinal muda.

 

O leitor sabe perfeitamente que a voz se torna mais "grossa" quando o toca-fitas, por algum motivo movimenta a fita mais devagar do que deve.

O segundo ponto importante a ser observado é que a cabeça que vai "sentir" o campo magnético da fita deve estar a mais próxima possível e alinhada com esta fita.

O atrito da cabeça com a fita libera partículas as quais tendem a se acumular no local e que, com o tempo, prejudicam a reprodução.

Assim, o sistema reprodutor consiste simplesmente num bom amplificador ligado às cabeças de leitura e de circuitos que sejam capazes de manter constante a velocidade da fita.

Os amplificadores que trabalham nos reprodutores de fita, como toca-fitas, walkman e gravadores devem ter uma sensibilidade elevada, pois o sinal que a bobina captadora fornece é muito fraco, da ordem de poucos microvolts.

 

OS SISTEMAS MODERNOS

Partindo da idéia original, o gravador evoluiu bastante passando dos enormes tipos "de rolo" como o mostrado na figura 13, para os tipos compactos em que a fita vinha em cassetes e que hoje é o mais difundido e agora o DCC.

 

DCC - Gravador de fita com som digitalizado.
DCC - Gravador de fita com som digitalizado.

 

Os aparelhos modernos permitem a reprodução fiel de sons até uma frequência máxima de 20 kHz (nos tipos profissionais) com tempos de gravação bastante longos.

No gravador cassete comum, os sons ainda são registrados na forma de variações da intensidade do campo magnético criado, ou seja, do grau de magnetização.

No entanto, com o tempo e também por outros fatores, este campo pode enfraquecer o que leva a deterioração da fita não sem antes apresentar uma perda gradual da qualidade da reprodução.

Uma maneira que está sendo adotada atualmente, e que promete muito, de se contornar este problema é a que utiliza a gravação digital.

Em lugar de gravarmos as variações de intensidade que cobrem uma faixa contínua, ou seja, corresponde a uma gravação analógica, convertemos os sons em informações digitais.

Informações digitais significam que na fita temos regiões magnetizadas ou não magnetizadas que passam a representar zeros e uns (níveis baixos e altos), conforme mostra a figura 14.

 

A gravação digital
A gravação digital

 

Desta forma, uma região magnetizada que represente um nível alto (um), mesmo que perca um pouco de sua magnetização ainda pode ser reconhecida como nível alto e isso impede a perda da informação e portanto a distorção.

O DCC, criado pela Philips é justamente o sistema que faz uso da gravação digital de som em fita cassete. Bastante compacto, ele deve substituir a fita cassete comum, com uma gravação digital muito mais fiel (seu som é comparado ao dos CDs) com muito menor possibilidade de deterioração ou perda dos sinais gravados.

A gravação digital ainda apresenta a possibilidade de se colocar num display informações como a música que está sendo tocada, sua duração, autor, etc.

O próximo passo, poderia argumentar o leitor, será a gravação da imagem.

Na realidade ele já foi dado e o gravador de videocassete é justamente isso. Como ele funciona é algo que veremos num futuro artigo.

 

Na época em que foi escrito artigo o CD e oi DVD ainda não haviam nascido e apostava-se ainda na gravação digital em fita magnética. Isso não "pegou" e o DCC nunca chegou a ser adotado.

 M

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