Generadores y reproductores de señales eléctrica.

Hace apenas una década todavía se seguían usando los sistemas de grabación y reproducción analógica mediante variaciones de campos magnéticos en materiales ferromagnéticos flexibles. Hoy ya se considera una tecnología antigua que se sigue usando para casos específicos y en equipos de almacenamiento de datos. Pero está siendo sustituida por la tecnología óptica y almacenamiento electrónico. Aprende cómo funcionaban los sistemas magnéticos del siglo pasado.

Grabación magnética.

Este sistema fue inventado en 1898 por el danés Valdemaro Poulsen y su primera aplicación fue el dictáfono, aparato que permitía grabar sonidos en un cilindro de metal. Pronto evolucionaría para poder grabar en un alambre de acero, lo que permitiría grabaciones de hasta una hora. Más tarde se mejoró la tecnología porque el alambre se rompía, se fracturaba o se enrredaba con mucha facilidad haciendo que el sonido se cortara o se distorsionara enormemente. Así llegamos a utilizar una cinta de plástico recubierta por sustancias magnéticas.

Hoy en día tenemos un proceso de grabación magnética que nos permite grabaciones de varias horas por medios tradicionales con generadores magnéticos. El esquema lo puedes ver en la siguiente imagen.

En el anterior sistema, para la grabación y reproducción del sonido entran en juego las propiedades del magnetismo.

Cualquier sustancia magnética que recibe la influencia de un campo magnético exterior se verá afectada por la afectación de sus imanes moleculares. Por ejemplo imagina un componente cuyas cargas eléctricas tienen la siguiente disposición en el vacío (sin influencia de cualquier otro material o fenómeno físico).

Ahora supón que dicho componente se posiciona entre un imán. Esto hará que los dipolos magnéticos de los electrones se alineen con el campo magnético del imán y se queden ordenados según éste.

Como puedes apreciar, el componente ferromagnético ha ordenado sus dipolos magnéticos a favor del campo magnético del imán. Este proceso es el mismo que el producido en una cinta magnética.

La cinta magnética es una cinta de plástico de 6,35mm de ancho y 0.015mm de espesor, que está recubierta ambas caras por una capa de óxido de hierro, sustancia muy rica en iones magnéticos al ser una sustancia ferromagnética. Cada partícula de óxido (o imán molecular del compuesto), pasa por el cabezal magnético y queda orientado de acuerdo a la señal eléctrica que produzca el cabezal en el momento del paso de la cinta (recuerda que un electroimán produce un campo magnético al paso de una corriente y que mientras mayor sea la corriente, mayor será la intensidad del campo electromagnético). Si, además esa corriente es variable de acuerdo a una señal eléctrica de sonido, las posiciones de los imanes moleculares del óxido de la cinta, quedarán orientados según dicha señal. Esto lo pueden ver en la figura B de la primera imagen.

En la figura C, puedes ver que la longitud de onda de la frecuencia que se graba depende de la velocidad de paso de la cinta magnética sobre el cabezal magnético. A mayor velocidad de la cinta, menor será la frecuencia del audio mientras que a menor velocidad de la cinta, mayor frecuencia de señal. Por eso es importante que la cinta se mueva a velocidad constante para poder capturar las máximas frecuencias posible.

Para reproducir el tono del sonido, se agregan un número de images por milímetro cuadrado de la cinta, haciendo que la excitación del campo electromagnético aumente o disminuya tocando entonces la amplitud de la señal. La suma aritmética de los instantes de la señal es lo que produce el tono, el ritmo y las diferentes frecuencias de una señal de audio.

Y el proceso es reversible de la forma que una cinta magnética imantada (grabada), pueda excitar sobre un cabezal especial una corriente eléctrica variable en función de los dipolos dispuestos sobre la pista magnética.

Requisitos del cabezal.

Está claro que cuando grabamos o reproducimos una señal eléctrica de un dispositivo magnético, tenemos que tener en cuenta que las propiedades magnéticas del mismo pueden variar según la constitución del cabezal, el tipo de material usado en la cinta, el número de grabaciones que hay tenido, el desgaste, la frecuencia de la señal, etc., etc. Dos factores a tener en cuenta son la constitución del cabezal y el estado de la cinta magnética.

Imagina que grabamos una cinta magnética con una señal eléctrica de 200Hz y 400Hz. Una señal de 400Hz producirá una mayor tensión eléctrica sobre el cabezal grabador y un campo electromagnético mas grande que una señal de 200Hz (mayor frecuencia, mayor amplitud de tensión).

Esta situación se dará hasta los 3500Hz, pues a partir de ésta frecuencia aparece otro fenómeno de distorsión del entrehierro del cabezal. El cabezal magnético tiene un entrehierro (el espacio entre polos del electroimán), que afecta a la longitud de onda de la señal magnetizada.

A la izquierda (figura A), puedes ver como la longitud de onda de la señal es mayor que el espacio del entrehierro del cabezal. En esta situación los dipolos magnéticos del óxido se van colocando de acuerdo a la tensión de la señal y no hay problema en la reproducción de la señal. Pero supón que la longitud de onda es igual que el espacio del entrehierro (figura B). En esta situación ambos semiciclos de la señal actúan sobre el mismo espacio de cinta magnética, por lo cual los dipolos magnéticos se anulan al recibir la misma tensión y opuesta.

Por tanto te puedes dar cuenta que cuando sobre un cabezal magnético actúan frecuencias superiores, se está limitando la frecuencia, tono e intensidad de la señal que se reproduzca (a mayor frecuencia, menor será la tensión producida y menor será la calidad del audio).

Estos fallos a la frecuencia se pueden solucionar de varias maneras, pero la más habitual suele ser aumentar la velocidad de la cinta o reduciendo el espacio del entrehierro del cabezal.

Problemas relacionados con el magnetismo.

Del curso de electrónica para novatos ya sabes que en los materiales ferromagnéticos queda un magnetismo remanente. Y esto es un problema en las cintas grabadas, ya que el magnetismo remanente del cabezal podría modificar los iones magnéticos de la cinta, con lo que podría borrar parte de la información. Para evitar eso algunas opciones son desconectar el cabezal de grabación en la reproducción de la cinta, incluyendo un orificio dentro de la carcasa de la cinta que impide su borrado accidental (el mecanismo hace que no se pueda bajar del sistema de acople el cabezal de grabado).

La unión de ambas medidas impide el borrado por magnetismo remanente. Pero mejorando la seguridad de borrado accidental hay que saber como se comporta el magnetismo en una sustancia. Y para ello usamos la curva llamada histéresis y que sacamos con el circuito siguiente:

El circuito consta de una bobina con núcleo de hierro (el cabezal magnético), y se alimenta a través del conmutador que cambia el sentido de la corriente por la bobina. Cuando el conmutador está en sentido superior (es decir la corriente va de positivo a negativo en sentido analógico), la corriente circula por el sentido de la flecha y el campo creado por "H".

Cuando el conmutador está en la parte inferior, lo hará en sentido contrario por lo que el flujo magnético cambia como si hablesemos de polo norte-sur y viceversa.

Sobre el eje horizontal (abscisas), está calibrado a H y el de las ordenadas (vertical), se calibra mediante la densidad de flujo β. Supon que el comuntador está en la parte superior y el potenciómetro en el valor máximo. empezando a bajar el potenciómetro el campo magnetizante H comenzará a actuar y magnetizará al núcleo del cabezal siguiendo la variación de la curva de cero hasta el punto A (14000 gauss de intensidad magnética y 11 gilberts/cm de campo magnetizante o FMM).

Si variamos el valor del potenciómetro hasta el máximo de nuevo, veremos que la fuerza magnética H se anula, pero la inducción β no, ya que queda a un valor de 13000 gauss. Es decir que la intensidad del campo magnético no sigue el mismo camino que la fuerza magnetizante. En este caso recorre un nuevo camino A-B conservando un magnetismo remanente.

Para hacer que desaparezca una fuerza magnetizante hay que aplicar una fuerza magnetica inversa con un valor de -6 gilberts/cm (punto C). Esta fuerza se llama fuerza coercitiva.

Al cambiar el sentido del conmutador y realizar lo mismo, obtendremos una curva similar al campo positivo, pero de sentido inverso.

Si no se eliminara este remanente magnético, las cintas por su paso en el cabezal de reproducción, podrían ser borradas al influir dicho magnetismo remanente en el óxido de hierro. Y esto se solucionó modulando una señal de alta frecuencia con la señal de audio mediante un oscilador incluido en el sistema del magnetófono. Esta señal circula al mismo tiempo de la señal de audio con lo que, como la señal alterna de alta frecuencia es de mayor amplitud, sus ciclos eliminan el magnetismo remanente (el ciclo positivo y el ciclo negativo de la alta frecuencia se comportan como desmagnetizantes del núcleo). Mientras la señal de baja frecuencia, reordena los iones magnéticos del óxido de hierro grabando la señal de baja frecuencia en la cinta. Y para evitar el desfase por frecuencia, se hace que la alta frecuencia tenga la misma longitud de onda que el entrehierro.

Cabezal borrador.

Es un cabezal que se pone antes del cabezal de lectura/grabación y es muy similar al cabezal reproductor salvo la diferencia que sobre éste cabezal de borrado se aplica una señal de 100KHz. El cabezal de borrado suele ser el doble del cabezal de lectura y también tener doble entrehierro para ser más eficáz en su tarea.