FITAS MAGNÉTICAS POR CHRISTIAN HERRERA

Fitas Magnéticas
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Autor do belíssimo e científico trabalho abaixo transcrito: Herrera, G. Christian - Departamento de Engenharia Elétrica, UFMG.

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Descrição A mídia magnética em áudio e suas principais características Categoria Eletrônica e tecnologia.

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Obra feita em Domingo, 23 Abril de 2006. Transcrição para este blog: Joaquim Martins Cutrim. E-mail: joaquim777@gmail.com

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A utilização dos fenômenos eletromagnéticos e das características de materiais magnéticos proporciona praticidade e segurança, aliados ao baixo custo e à qualidade, na gravação e reprodução de dados. Uma abordagem superificial do fenômeno físico é apresentada juntamente com os principais tipos de fitas, além do processo de fabricação, cuidados no manuseio e armazenagem e principais aplicações, com enfoque nas fitas magnéticas de áudio.1. Introdução: A gravação magnética é o método de se preservar sons, imagens e dados na forma de sinais elétricos através da magnetização seletiva de partes de um material megnético. O princípio da gravação magnética foi demonstrado pelo engenheiro dinamarquês Valdemar Poulsen em 1900, quando ele apresentou seu invento chamado o telegrafone, que gravava magneticamente a voz num condutor metálico. Nos anos seguintes à invenção de Poulsen, dispositivos utilizando uma ampla variedade de mídias para gravação magnética foram desenvolvidos por pesquisadores na Alemanha, Inglaterra e nos Estados Unidos. Os principais foram as fitas e os discos magnéticos, que além de serem usados para gravar e reproduzir sinais de áudio e vídeo também armazenam dados de computador e medições de instrumentos utilizados em pesquisa científica e médica. As fitas magnéticas proporcionam um meio econômico e compacto de preservar e reproduzir várias formas de informação. Gravações em fita podem ser lidas e apagadas facilmente, permitindo que ela seja reutilizada várias vezes sem perda de qualidade na gravação. Por essas razões, as fitas são as mais usadas entre as várias mídias de gravação magnética. 2. Aplicações Hoje em dia multimídia é sinônimo de informação e comunicação interativas. Companhias de mídia e telecomunicações, fabricantes de equipamentos e computadores, produtores de cinema e música fazem parte do crescente mercado de comunicação multimídia. O que possibilita tal revolução é a capacidade de armazenar grandes quantidades de dados numa mídia que alie baixo custo e qualidade. As fitas magnéticas, com sua imbatível capacidade de armazenamento, pequeno tamanho e alto grau de confiabilidade, são baratas e eficazes. Como se não bastasse, as tecnologias de gravação em fitas magnéticas ainda não alcançaram os limites físicos. Ao contrário do armazenamento de dados utilizando métodos óticos, onde a densidade e a velocidade de gravação são limitadas pelo comprimento de onda e pela potência do feixe de laser, não existem barreiras análogas para gravação magnética. Algumas de suas aplicações serão mostradas a seguir: 1. Áudio para consumo: Música é parte do cotidiano das pessoas em todo o mundo. Existem, em média, três ou quatro aparelhos de gravação/reprodução de som em cada lar. 2,1 bilhões de mídias "virgens" (e.g. fitas cassetes e MiniDiscs) são usadas por ano. São disponíveis no mercado vários tipos de fitas, cada uma com um nível de qualidade e preço a atender às mais diversas demandas. 2. Vídeo para consumo: O rápido passo de desenvolvimento na tecnologia de televisão e vídeo e o uso de novos equipamentos com capacidades cada vez maiores, são um desafio para a qualidade e versatilidade das mídias de gravação magnética. Em todo o mundo hoje existem cerca de 1 bilhão de aparelhos de vídeo cassete VHS e a demanda por fitas virgens ultrapassa 1,4 bilhões por ano. 3. Áudio para estúdio: Para aplicações em estúdio, a qualidade da fita a ser utilizada na gravação é um ponto levado ao limite da exigência. Gravadores multi-pista analógicos e digitais, equipamentos de masterização, rádio/TV e duplicadores são o mercado crescente e as fitas devem acompanhar a evolução tecnológica dos equipamentos onde serão utilizadas. 4. Vídeo para estúdio: Os profissionais de vídeo cada vez mais se vêem em situações extremas para gravar seus filmes. Nesse campo, também, os usuários demandam perfeição. 5. Mídia de dados: Hoje em dia é impossível imaginar a vida sem os computadores pessoais. Hardwares mais poderosos possibilitam a execução de aplicativos altamente sofisticados, que utilizam grandes volumes de dados, demandando mídias com alta capacidade de armazenamemto. A perfeita segurança dos dados após milhões de leituras depende diretamente da qualidade do revestimento magnético da mídia (e.g. disquete, hard disk). 3. Fabricação A produção atual de fitas magnéticas é um processo complexo e, seguindo as tendências mundiais da indústria, subdividido. A formulação tem que ser correta. Os materiais são combinados de acordo com as detalhadas especificações. Os solventes e os agentes colantes, juntamente com os outros componentes da formulação, são misturados com os pigmentos magnéticos apropriados, de acordo com o produto final em questão. Para o revestimento é necessário uma emulsão finíssima com as delicadas partículas magnéticas. Em alguns casos, a parte traseira do filme de poliéster é revestida com material não-magnético, o que otimiza as propriedades mecânicas da fita. O revestimento subsequente da superfície do filme com material apropriado é executado em salas limpas numa velocidade de 1000 metros por minuto. No próximo estágio, o bloco constituído de uma chapa de filme, que pode ultrapassar 30 quilômetros de comprimento, é cortado no tamanho adequado por ferramental de altíssima precisão. Este é um dos estágios decisivos na fabricação de fitas de alta qualidade. Finalmente, essas panquecas são inseridas nos respectivos cartuchos (cassetes). 4. O Processo de gravação e reprodução de áudio A cabeça de gravação consiste num minúsculo núcleo de ferrite de níquel-zinco laminado em forma de C com um gap adjacente à fita (fig. 1). A onda sonora, convertida em sinal elétrico, é aplicada à bobina enrolada no núcleo (cabeça) produzindo um campo magnético variante no tempo no gap. O resultado é que, acompanhando a corrente teremos aumentos e diminuições da intensidade do campo criado pela bobina, o que vai influir exatamente no setor da fita que esteja passando diante do gap naquele momento, ordenando as partículas magnéticas. O comprimento de onda do sinal a ser gravado determina a distância ao longo da fita na qual o campo magnético impresso deve ser invertido, e a amplitude do sinal determina a extensão da magnetização da fita. Fig. 1. Sistema de gravação em fita magnética: Na reprodução, os domínios magnéticos orientados da fita induzem uma corrente na bobina que é o retrato do som gravado. Inicialmente, como a fita não está magnetizada, as partículas magnéticas estão completamente desordenadas no material, de tal forma que a soma dos campos magnéticos é nula e não há indução de corrente na bobina. Existem alguns problemas inerentes ao sistema de gravação magnética de áudio. Um deles é a dificuldade do sistema de gravação em organizar completamente os domínios magnéticos. A orientação aleatória desses domínios resulta em ruído aleatório, que soa como um chiado. Como as baixas freqüências são mais efetivas em magnetizar a fita, e como a variação aleatória na magnetização é um efeito microscópico, o chiado de fita é um fenômeno de alta freqüência. Vários sistemas foram desenvolvidos com o objetivo de solucionar este problema, o principal deles é o Dolby Noise Reduction. Nesse sistema as componentes de alta freqüência do sinal a ser gravado são amplificadas antes do sinal ser impresso na fita, assim suas amplitudes são bem maiores que o chiado da fita. Na reprodução, as altas freqüências são atenuadas após serem lidas da fita, reduzindo suas amplitudes ao nível correto. Outro problema reside na inércia apresentada pelos domínios magnéticos em responder ao campo magnético aplicado, requerindo, então, um campo maior que o esperado para magnetizar o óxido da fita. Este efeito, conhecido como histerese, causa distorção da onda sonora na fita. Para contornar este problema, um sinal senoidal de 100 kilohertz é adicionado à onda imediatamente antes dela ser impressa na fita. Conhecido como equalização de polarização (bias), este sinal tem o efeito de linearizar a mídia não-linear, eliminando a distorção quase que completamente. 5. Tipos de fitas As fitas magnéticas para gravação: são divididas, basicamente, em 4 classes de acordo com a partícula magnética usada: 1. Fitas de óxido de ferro: Compostas pelo óxido de ferro gama sem modificação (g F2O3). Fruto da evolução de performance das primeiras fitas de óxido de ferro, que foi conseguida através da diminuição de tamanho da partícula magnética e uma melhora considerável na forma e aparência. Sua partícula magnética ainda é prejudicada pela presença de "dendrites" e buracos. Em se tratando da relação comprimento/largura, consegue níveis de 4:1 até 6:1. 2. Fitas de dióxido de cromo: Um composto sintético, com propriedades magnéticas que, em muitas situações, são mais destacadas que as do óxido de ferro. A partícula magnética fundamental tem o tamanho dos óxidos de ferro da categoria 1, mas sua forma é quase perfeita: um cristal simples, com relação de comprimento/largura 8:1, sem "dendrites" ou buracos. Em compensação, tem 500 oersted de coerção, superior aos 300 da categoria anterior. Como resultado da melhora na forma, suas partículas magnéticas podem ser alinhadas mais facilmente na direção do movimento da fita, que aliada à alta coerção, resulta numa melhora na performance magnética em ondas de pequeno comprimento. 3. Fitas de óxido de ferro modificados quimicamente: Tem partículas com forma e tamanho iguais aos do óxido de ferro puro da categoria 1. A melhora no desempenho é conseguida com a adição cuidadosa de pequenas quantidades de impurezas, tais como cobalto metálico ou magnetite (Fe3O4) ou outro óxido também. O efeito destas "impurezas" é aumentar a coerção das partículas magnéticas, melhorando assim sua eficiência magnética. A formação de cristal não é melhorada. Além disso, há uma tendência de instabilidade química que resulta em alguma instabilidade magnética indesejada na prática. 4. Fitas de óxido de ferro altamente desenvolvidas: Usam o óxido ferroso puro, idêntico ao da categoria 1 como partícula magnética; assim possuem as mesmas características de estabilidade do g F2O3, que o tornou o composto magnético para fitas com maior popularidade, desde sua criação em 1936. Aqui a melhora na performance do composto é conseguida através da forma de sua partícula, que é um cristal perfeito, de relação comprimento/largura de 10:1. A ausência de "dendrites" e buracos dá ao projetista a capacidade de aumentar a densidade magnética, a eficiência magnética do revestimento e apresenta maior facilidade para orientação magnética. Oferece bons resultados para altas e baixas freqüências e consegue uma redução significativa nos ruídos de modulação causados pela descontinuidade magnética. Exemplo típico: MRX2. Fig. 2. Resposta em freqüência A figura 2 indica as diferenças na resposta em fre-qüência das 4 categorias, quando gravadas com polarização eletrônica cuidadosamente otimizada para cada tipo e sinais gravados a -20dB SPL (abaixo do nível), o que significa 2% de THD a baixas freqüências. Com o propósito de mostrar as diferenças nas respostas entre esses 4 tipos de fita, a gravação de pré-ênfase foi mantida no valor ótimo para óxido de ferro gama. A categoria 2 apresentou a mesma sensibilidade em baixas freqüências que a 1; já as categorias 3 e 4 apresentaram altos níveis de saída para baixas freqüências, resultando aproximadamente em uma sensibilidade maior em 2 dB  e habilidade maior para aceitar uma gravação de sinal a nível alto. A categoria 4 apresentou ainda uma eficiência maior para altas freqüências, que resultou em mais 8 dB de sensibilidade a 10kHz quando comparado com a categoria 1 e praticamente 2,5dB a menos em sensibilidade quando comparado com a categoria 2. Já a figura 3 mostra uma curva típica de saída versus polarização para sinais de 3 freqüências: 333Hz, 3kHz e 10kHz. Os pontos de máximo são os recomendáveis para minimizar os ruídos de modulação da fita. Um gravador de fita cassete flexível é aquele com chave de polarização em dois níveis. Acrescenta-se uma posição para fitas de óxido férrico, qual normalmente indica "standard", "normal" ou "regular". Com a chave nesta posição, o gravador opera da mesma forma que os que não tem esta chave. Em gravadores que possuem esta chave de polarização em dois níveis, a segunda posição é especificada com CrO2, o símbolo de dióxido de cromo. Esse tipo de fita exige 40 a 50% a mais de corrente de polarização. Fig. 3. Curva da saída versus polarização para a categoria 1. 6. Manuseio e arquivo A falta de cuidado no manuseio das fitas podem gerar problemas durante a reprodução. As normas mais importantes podem ser classificadas em duas áreas típicas de aplicação: 1. Utilização no estúdio As fitas devem ser climatizadas antes do uso, para que se adaptem à temperatura e à umidade do ambiente. As peças do equipamento que entram em contato com a fita devem ser mantidas sempre limpas, livres de partículas e sujeira. A tensão da fita no equipamento deve corresponder aos valores especificados pelo fabricante. O aquecimento e a exposição da fita a campos magnéticos favorecem o efeito da sobreimpressão (uma parte da fita magnetiza a outra). 2. Arquivo Uma fitoteca deve estar equipada com ar condicionado ou ter, pelo menos, um termômetro e um higrômetro para permitir um controle constante das condições climáticas (tabela 1). Logo após a climatização, a fita deverá ser colocada em um envoltório de polietileno e, finalmente, em um recipiente apropriado para arquivo final. Fundamentalmente as fitas magnéticas devem ser armazenadas em posição vertical.: Umidade relativa Estúdio: de 15ºC a 26ºC, 45% a 70% de humidade. Arquivo: 15ºC a 22ºC 40% a 60% Tabela 1: Condições climáticas nas áreas operacionais e de arquivamento, limites superior e inferior. 7. Conclusão Há mais de 50 anos as fitas magnéticas demonstram ser portadoras seguras e estáveis de diversas categorias de informação. Sem que se aprofundasse em demasia na abordagem física foi possível adquirir um embasamento razoável do assunto, compreendendo os princípios básicos e as principais aplicações. 8. Referências: 1. J. Smit, Magnetic properties of materials. McGraw-Hill, CA, cap.7, 1971. 2. M. B. Martin, "High fidelity from cassetes systems," Audio. New York, pp. 20-32, Oct. 1973. 3. M. Clifford, "Cassete tape recording bias," Audio. New York, pp. 44-50, Nov. 1973. 4. http://www.britannica.com/ 5. http://www.emtec.com/ mail: joaquim777@gmail.com do original do amigo Christian Herrera (Texto transcrito do Site do Herrera). * Fita TDK Super Avlyn - Site Ivox Lembro-me há muito tempo quando ainda era "audiota" que possuia gravadores e reprodutores de fita cassete e achava-se produtos de qualidade de origem importada, já que no Brasil a Basf e a Scotch surgiram no auge da era do som e, as fitas TDK Avlyn era o que tinha de mais sofisticado para os audiófilos requintados. Uma fita cassete de Bias alto, ou seja: sua resposta aos sons tantos de baixa como de altas frequências era uniforme e possuia um Bias Noise de -60.5 dB SPL. Algo extraordinário para a época, levando-se em consideração que uma fita de bias normal possuia -55 dB SPL. Lembro aos interessados que cada -3 db SPL é a metade do sinal de ruido. Se -55 dB SPL é normal com -58 SPL era metade do ruido e -6l dB SPL quatro vezes menos ruido que uma fita normal. Esta era portanto uma Super Avlyn ou seja Fita TDK Super Avlyn, primeiro fabricante no Mundo que conseguiu tal feito. Por falar em fabricante de fitas, que eu saiba são poucos. As marcas são muitas mas os fabricantes realmente são TDK, Maxel, Basf e Scotch que me lembro. Se o audiófilo conseguir achar uma fita TDK SA e ainda usa reprodutor cassete, compre correndo. Esta é coisa fina. Extraído do site: http://www.ivox.com.br/opiniao/?id=109818 * E-mail: joaquim777@gmail.com