GRABACION DE TELEVISION CONTENIDO TEMATICO

Transcripción

1 1 GRABACION DE TELEVISION CONTENIDO TEMATICO 1. Introducción. 2. Fundamentos de grabación magnética. 3. El medio de grabación magnética. 4. Polarización en grabación 5. Longitud de onda de grabación. 6. Reproducción. 7. Rango dinámico. 8. Dimensiones de las cabezas y velocidad de cinta 9. Velocidad de escritura. 10. Densidad de grabación. 11. Grabación de vídeo. 12. Grabación cuádruplex. 13. Grabación helicoidal. 14. Grabación por azimut. 15. Grabación en FM. 16. Formatos de grabación. 17. Grabación con color debajo. 18. Servosistemas. 19. Código de tiempo (TC) 20. Grabación digital en cinta. 21. Características de las grabadoras digitales de cinta. 22. Formatos de grabación digital en cinta. 23. Edición y postproducción de vídeo. 24. Técnicas de edición. 25. Edición por ensamble. 26. Edición por inserción. 27. Edición A-B Roll. 28. Postproducción. 29. Postproducción digital. 30. Grabación en discos magnéticos. 31. Servidores de vídeo. 32. Grabación óptica. 33. Principio de funcionamiento. 34. Características de la información grabada. 35. Disco compacto (CD) 36. CD de audio. 37. DVD 38. Características del DVD. 39. Capacidad de almacenamiento. 40. Sistema de seguimiento del láser.

2 2 GRABACION DE TELEVISION 1. Introducción El aspecto de grabación constituye uno de los campos más importantes de la radio y la televisión, ya que gracias a las técnicas de grabación y edición, es posible la producción de programas de gran calidad visual y sonora, permitiendo su conservación para usos futuros, ya sea transmisión, archivo, intercambio o venta. Las técnicas de grabación de sonido permiten actualmente la reproducción sonora, no sólo con gran fidelidad, sino dando al oyente la sensación espacial del sonido, como si estuviera sumergido en el entorno original en que fue grabado. Aunque en las últimas décadas la evolución de las técnicas de grabación ha sido muy rápida, éstas se reducen básicamente a dos, dependiendo del medio en que se registra o graba la señal y de la técnica utilizada para ello. Así, los sistemas de grabación pueden ser magnéticos u ópticos. Actualmente, casi todos estamos familiarizados con ambos tipos de grabación, al menos como usuarios o consumidores. Las computadoras utilizan discos magnéticos como elementos de almacenamiento y también CDs o discos compactos en el registro se realiza por medios ópticos. Algo similar ocurre con las grabadoras y reproductoras de vídeo o audio. Las grabadoras magnéticas que utilizan videocasettes o casettes de cinta magnética forman parte del equipamiento habitual en viviendas y automóviles, lo mismo que en fechas más recientes los discos digitales de vídeo (DVD) y los discos compactos de audio, de uso creciente, utilizan técnicas ópticas de grabación y reproducción. Trataremos aquí de los conceptos básicos relacionados con la grabación de señales, bien sean de audio o vídeo, utilizando medios magnéticos u ópticos. Estudiaremos primero las técnicas básicas de grabación magnética. 2. Fundamentos de la grabación magnética En términos generales, el magnetismo estudia los fenómenos relacionados con los campos magnéticos y sus efectos sobre los materiales. Los fenómenos magnéticos incluyen ciertos efectos en la materia, mediante los cuales los movimientos de las partículas cargadas producen fuerzas transversales al movimiento de éstas. Estos fenómenos se atribuyen a los campos eléctricos de las cargas en movimiento y es bien conocido que cualquier carga en movimiento produce también un campo magnético. Los electrones que orbitan alrededor de los núcleos atómicos tienen una propiedad cuántica, designada como spin, que da origen a un momento magnético. Debido a otra propiedad cuántica, la fuerza de intercambio, dos electrones pueden tener el mismo nivel de energía si sus spins son opuestos. Esto significa que, en la mayoría de los átomos, el momento magnético

3 3 de los electrones queda anulado, lo que ocurre en las substancias diamagnéticas y paramagnéticas. La interacción de la materia con un campo magnético producido por cargas en movimiento da lugar a diversos mecanismos de magnetización, que dependen del tipo de material y que, básicamente, son: Ferromagnetismo: Es una propiedad que presentan ciertos metales, aleaciones y compuestos del hierro, tierras raras y elementos actínidos, en que los momentos magnéticos internos se organizan espontáneamente en una dirección común, lo que da lugar a una permeabilidad considerablemente mayor que la del vacío y al fenómeno de histéresis magnética. Si la temperatura de un material ferromagnético se aumenta por encima de un cierto punto, designado como temperatura Curie, el material pierde su magnetización abruptamente y se vuelve paramagnético. Desde el punto de vista del tema que nos ocupa en este capítulo, este es el tipo de materiales de interés. Diamagnetismo: Es la propiedad que presentan lalgunos materiales, como los metales alcalinos, halógenos y gases nobles, cuya permeabilidad relativa es inferior a 1 y son repelidos por lo imanes, tendiendo a posicionarse a ángulos rectos con las líneas de fuerza del campo magnético. Paramagnetismo: Es una propiedad que presentan algunos materiales que, cuando son sumergidos en un campo magnético, se magnetizan paralelamente al campo y en una magnitud proporcional a la intensidad del campo magnético, excepto a muy bajas temperaturas o en campos magnéticos muy intensos. La permeabilidad de los materiales paramagnéticos es ligeramente mayor que la del vacío y es independiente de la intensidad de campo. Entre este tipo de materiales se encuentran algunos compuestos intermetálicos de níquel y titanio. Antiferromagnetismo: Es la propiedad que poseen algunos metales, aleaciones y sales de elementos de transición, por la cual los momentos magnéticos atómicos forman alineamientos ordenados que se alternan para producir un momento total nulo, cuando no hay campo magnético aplicado. Ferrimagnetismo: Es el tipo de magnetismo en que los momentos magnéticos de átomos o iones vecinos tienden a alinearse de forma no paralela y, por lo general, antiparalela entre sí. Sin embargo, los momentos son de magnitudes diferentes, con lo que la magnetización resultante es apreciable. Las ferritas son el ejemplo más común de materiales ferrimagnéticos. Los materiales ferromagnéticos se caracterizan por sus curvas de magnetización y sus curvas de histéresis. Curva de magnetización. Supóngase un material ferromagnético, inicialmente sin magnetizar, de forma cilíndrica y sobre el cual se enrolla una bobina, en la forma en que se muestra en la figura 1.

4 4 Núcleo de material ferromagnético Fuente de corriente Fig. 1 Si no circula corriente por la bobina, el campo magnético (H) y la densidad de flujo magnético (B) serán cero (punto a de la figura 2). Según aumenta la corriente en la bobina, la intensidad de campo magnético aumentará, dando lugar a que aumente la densidad de flujo magnético en la forma que indica la curva a b de la figura, con una región aproximadamente lineal hasta un cierto punto c, en que se alcanza la saturación, es decir, aumentos considerables de corriente, o intensidad de campo, no producen ya aumento del flujo en forma apreciable (Bsat). Si se tratara de un material no magnético, al reducir la corriente a cero, la magnetización y, por consecuencia el flujo, volverían a cero. Sin embargo, en un material ferromagnético que ha alcanzado un cierto nivel de magnetización, al reducir el campo a cero, el flujo no se reduce a cero y se mantiene un flujo magnético remanente en el material (Br en la figura). Esta es la propiedad que tienen los imanes permanentes, que aunque no tengan ningún campo magnético externo aplicado, mantienen indefinidamente un flujo remanente. B B sat b c B r a Fig. 2. Curva de magnetización H Curva de histéresis. Una vez que el material ferromagnético ha sido magnetizado, el flujo se mantiene en su valor de remanencia (b). Si se quiere reducir el flujo a cero, es necesario aplicar un campo magnético externo opuesto, es decir, invertir el sentido de la corriente. Para un cierto valor del campo Hc, el flujo llegará a cero, correspondiente al punto c en la figura 3. Ese valor del campo que reduce el flujo a cero se designa como fuerza oercida. Si el campo aumenta más en el mismo sentido, se alcanzará nuevamente una región de saturación en que ahora, el sentido del flujo será opuesto (-Bmax) y correspondiente al punto d. De nuevo, si se reduce el campo a cero, el flujo no volverá a cero, sino que se mantendrá un flujo remanente,

5 5 negativo en este caso (-Br punto e). Si, otra vez se quiere reducir el flujo a cero, es necesario aplicar un campo magnético, ahora positivo, hasta alcanzar el valor de coerción (Hc), correspondiente al punto f. Un aumento del campo en la misma dirección, da lugar de nuevo a que se alcance la región de saturación positiva (Bmax). Fig. 3. Curva o ciclo de histéresis El resultado de lo anterior es la curva cerrada de la figura 3. Esta curva se designa como ciclo de histéresis y, dependiendo de las aplicaciones, los diferentes tipos de materiales ferromagnéticos, presentan también diferentes ciclos de histéresis. Esto da lugar a dos tipos genéricos de materiales ferromagnéticos: duros y suaves. Los materiales duros tienen un flujo remanente alto y su curva de histéresis es casi cuadrada, en tanto que en los suaves, el flujo remanente es pequeño. Los materiales duros son adecuados para los medios de almacenamiento, es decir, cintas o discos y otras aplicaciones como las memorias de núcleos magnéticos, en tanto que los materiales suaves son adecuados para transformadores y, en el tema que nos ocupa, para las cabezas o cabezales de grabación y reproducción. El sistema más simple de grabación magnética consiste de un electroimán en forma de anillo o cuadro, con núcleo ferromagnético suave al que se designa como cabeza o cabezal, situado frente a una película ferromagnética dura, depositada sobre una cinta de acetato, que se desliza a velocidad constante frente a la cabeza, como se muestra en la figura 5.

6 6 Fig. 5. Sistema básico de grabación Puesto que el núcleo del electroimán de la cabeza es ferromagnético, el flujo se concentrará principalmente en el núcleo, de modo que en el núcleo se abre un entrehierro (gap), justo frente a la cinta. En esta región, el flujo se desborda y abraza a la película ferromagnética que recubre la cinta, magnetizándola de manera permanente (recuérdese que el material ferromagnético de la cinta es del tipo duro), en forma proporcional a la corriente de la señal aplicada a la cabeza. 3. El medio de grabación magnética La grabación magnética se remonta a 1897 en que el inventor danés Valdemar Poulsen inventó una grabadora rudimentaria utilizando alambre como medio magnético y que la llamó telegraphone. No pudo comercializar con éxito su invento y vendió sus patentes en En los años siguientes, diversas empresas y organizaciones en varios países fueron mejorando la grabación magnética, progresando de la grabación de sonido en alambre a la grabación en cinta. La grabación de vídeo sólo sería un hecho hasta medidados de la década de Las grabadoras de alambre se utilizaron en las décadas de 1930 y 1940, hasta que fueron reemplazadas por las grabadoras de cinta. La calidad de grabación de audio con estas máquinas es pobre, comparada con la grabación en cinta y se usaron comúnmente en dictáfonos y en aeronaves para grabar datos de vuelo. Inicialmente la grabación se realizaba con polarización de corriente continua, hasta que en 1939 se descubrió que la polarización con corriente alterna (véase sección 2.1) mejoraba considerablemente la calidad. En 1947 la empresa estadounidense Ampex introdujo una grabadora, el modelo 200, que revolucionó la industria de grabación y fue la primera máquina comercial de alta fidelidad. Desde entonces, la grabación magnética ha ido mejorando de

7 7 forma continua, con mejores diseños de las cabezas, y el desarrollo de materiales magnéticos mejores. Todas las cintas magnéticas utilizadas en grabación de audio y vídeo se componen de partículas magnéticas, fijadas a un material plástico mediante un adhesivo. Las variaciones en las propiedades físicas del material magnético, adhesivo y plástico dan como resultado una amplia variedad de cintas, si bien es el material magnético empleado el que mayormente determina el comportamiento eléctrico de la cinta. Las partículas metálicas o de óxido empleadas en las cintas magnéticas son, en realidad, imanes microscópicos en forma de aguja, de alrededor de 0.5 micras de largo y 0.05 micras de ancho. Cada una de estas partículas produce un campo magnético de intensidad constante. Estas partículas pueden imaginarse como conmutadores binarios con sólo dos posibles estados magnéticos. Cuando se aplica un campo magnético externo de polaridad opuesta a una partícula individual, la polaridad magnética de la partícula conmutará con una cierta intensidad de campo. La intensidad de campo magnético necesaria para que la partícula conmute su estado se designa como coercividad 1 de la partícula. No todas las partículas tienen la misma coercividad, de modo que en su conjunto, la coercividad sigue una distribución gaussiana. Se considera que una cinta está borrada cuando sus partículas magnéticas están orientadas al azar de modo que no presenta una polarización o magnetización neta a nivel macroscópico. Si se aplica un campo magnético externo, creciente, a una cinta borrada, las partículas de menor coercividad irán polarizándose. Según aumente el campo, más y más partículas se polarizarán y, cuando todas se hayan polarizado se dice que la cinta, en este caso, está saturada. Si luego se quita el campo magnético externo, las partículas mantendrán un estado de magnetización remanente, según se vio al tratar el ciclo de histéresis en la sección 1, que se designa como retentividad. Cuanto mayor sea la retentividad de una cinta, mayor será el nivel de la señal de salida al leerla. Las cintas con coercividad alta, requieren de campos magnéticos mayores para su grabación y borrado. Estas cintas se designan como de alta polarización (high-bias) y están menos sujetas a un fenómeno designado como autoborrado que degrada la respuesta en alta frecuencia. Las cintas de alta polarización pueden presentar problemas de compatibilidad con equipos antiguos. Los principales materiales magnéticos empleados en las cintas de audio y vídeo son el óxido férrico, óxido férrico contaminado con cobalto, dióxido de cromo y las partículas metálicas. Las principales características de estos materiales se resumen en la siguiente tabla: Material Retentividad Coercividad Oxido férrico 1200 gauss 300 oersteds Oxido férrico con cobalto 1500 gauss 600 oersteds Dióxido de cromo 1500 gauss 1500 oersteds Partículas metálicas 3000 gauss 1100 oersteds 1 Véase en la sección 1 la parte correspondiente al ciclo de histéresis.

8 8 4. Polarización en grabación De la curva de magnetización de la figura 1, es importante notar que la relación entre el flujo magnético y la intensidad de campo o la corriente de señal que produce el campo, no es lineal. En tanto que la señal aplicada no entre en la zona no lineal de la curva de histéresis, la señal grabada corresponderá a la señal aplicada, pero si la excursión de la señal aplicada es suficientemente grande como para entrar en la región de saturación o en la zona cercana a cero, la señal grabada quedará distorsionada. Por consecuencia, la señal reproducida será una réplica fiel de la señal original, siempre y cuando se mantenga el funcionamiento en la región lineal de la curva. La solución a este problema es la aplicación de una señal senoidal de amplitud mucho mayor que la señal de información y de una frecuencia de cinco o más veces la máxima frecuencia de ésta, que se designa como polarización y que se suma a la señal, en la forma ilustrada en la figura 6. La magnitud de polarización requerida es crítica y varía entre cintas de diferentes fabricantes y aún entre cintas de la misma marca y afecta al nivel de grabación, respuesta en frecuencia y distorsión de forma compleja. Fig. 6. Polarización de c.a. en grabación En el caso de grabación de sonido, la frecuencia de la señal de polarización de c.a., es del orden de 75 a 95 KHz y, esta señal, simplemente se suma a la señal de información. Conviene hacer notar que no se trata de un proceso de modulación, sino de suma de señales en la cabeza grabadora. En la grabación de vídeo se hace uso de otras técnicas para minimizar la distorsión. 5. Longitud de onda de grabación Otro factor que afecta a la cantidad de información que se puede grabar en una cinta es la longitud de onda de grabación. La menor longitud de onda que se puede grabar en una cinta es del orden de la mitad de la longitud del entrehierro de la cabeza. La longitud de onda de graba-

9 9 ción es la distancia, a lo largo de una pista en una cinta magnética, que ocupa un ciclo completo de la señal y es un factor que juega un papel muy importante en la forma en que se comportan las señales reproducidas. Fig. 7. Longitud de onda de grabación El concepto de longitud de onda de grabación se ilustra en la figura 1. En este ejemplo, una corriente de señal de 1 Hz se aplica a la cabeza grabadora de una máquina en que la velocidad de la cinta es constante y de 15 cm/s. Durante el primer semiciclo de la señal, la polaridad del campo a través del entrehierro de la cabeza se supone con la orientación de los polos de sur a norte a la izquierda y de norte a sur a la derecha, según se indica por las flechas. Durante el medio segundo que existe esa polaridad, habrán pasado frente a la cabeza 7.5 cm de cinta. Durante el siguiente semiciclo, la polaridad del campo en el entrehierro se invierte y el ciclo completo habrá ocupado 15 cm de cinta. Así, la longitud de cinta ocupada por un ciclo completo de la señal, está determinado por dos factores: uno, la velocidad de la cinta y otro la frecuencia de la señal. Supóngase ahora que la velocidad de la cinta se mantiene constante, que la cabeza está fija y que la frecuencia de la señal aumenta a 10 Hz. Ahora, 10 ciclos de la señal ocuparán una longitud de 15 cm al grabarse en la cinta. La longitud de onda de grabación es ahora de 1.5 cm, como se muestra en la figura 1, en que cada ciclo completo se indica por un segmento mitad negro y mitad blanco. De acuerdo a lo anterior, según aumenta la frecuencia, la longitud de onda de grabación disminuye. Por otra parte, si se aumenta la velocidad de la cinta, la longitud de onda de grabación aumenta, o digamos que se estira ; es decir, pasa más cinta frente a la cabeza para

10 10 completar un ciclo de la señal. En resumen, la longitud de onda de grabación puede definirse como: λ (longitud de onda de grabación) = velocidad de la cinta frecuencia de la señal Utilizando la fórmula anterior, puede verse fácilmente que, por ejemplo, una grabadora de audio de alta calidad, en que la velocidad de la cinta es de 15 cm/s, cuando graba una señal de 15 KHz, da lugar a una longitud de onda de grabación de cm. En grabadoras de casette de audio la velocidad usual es de 1 7 /8 pulgadas/seg (4.76 cm/s), la longitud de onda de grabación a 15 khz es de 3.17 micras. De lo anterior se infiere que para grabar frecuencias altas hay dos posibles soluciones: aumentar la velocidad de la cinta o reducir el entrehierro, o ambas combinadas. La velocidad máxima de la cinta está limitada por las condiciones mecánicas, ya que es difícil trasportar una cinta suavemente frente a la cabeza a velocidades altas y, además, hace que sea mayor la cantidad de cinta necesaria para la grabación. En audio, la velocidad práctica máxima es del orden de unos 75 cm/s. El ancho del entrehierro también está limitado por condiciones físicas. Cuanto menor sea éste, mayor será la energía requerida para magnetizar la cinta con el nivel adecuado requerido para la señal reproducida. Este no es un problema muy serio para el caso de audio, en que la frecuencia máxima de la señal a grabar es de 15 a 20 khz, pero sí lo es en el caso de vídeo en que la frecuencia máxima es del orden de 5 MHz. 6. Reproducción La reproducción o lectura de la señal grabada, utiliza básicamente, el mismo sistema utilizado en la grabación. La diferencia es que ahora, el flujo magnético producido por la señal grabada, induce un campo magnético en el entrehierro de la cabeza al pasar frente a él que, a su vez, genera una corriente eléctrica en la bobina de la cabeza. El voltaje inducido en las terminales de la bobina de la cabeza, que actúa ahora como elemento sensor, está dada por la siguiente expresión que no es sino una forma de la ley de Faraday: V dφ = Nu (1) dx donde: N es el número de espiras de la bobina, u la velocidad y Φ, el flujo magnético producido por la cinta. Conviene hacer notar que para que se induzca un voltaje en la bobina de la cabeza, es necesario que el campo a través del entrehierro varíe, es decir, que la cinta esté en movimiento. Si la cinta está parada frente a la cabeza no hay variación del flujo magnético en el tiempo y, por consecuencia no hay voltaje inducido. No sólo el flujo debe variar respecto al tiempo para producir un voltaje de salida; el voltaje inducido depende también de la rapidez con que varía el flujo en el tiempo, es decir, de la derivada del flujo respecto al tiempo. Esto signi-

11 11 fica que el voltaje de salida durante la reproducción depende de cuán cercanas están empaquetadas las longitudes de onda de grabación, lo que a su vez, determina la frecuencia de la señal reproducida. Si se traza una gráfica del voltaje de salida respecto a la frecuencia de la señal grabada, se ve que el voltaje aumenta con la frecuencia a una razón de 6 db por octava, como se muestra en la figura 8. La razón de esto es que el campo magnético variable, de acuerdo a la ley de Faraday-Lenz induce más energía cuanto más rápidamente varía, lo que limita la respuesta en bajas frecuencias. Para compensar esto es necesario introducir ecualización en la reproducción de la cinta a fin de que la respuesta en frecuencia sea plana. Un aspecto adicional es que el desgaste de la cabeza, el polvo o basura y el desalineamiento, también son factores que introducen pérdidas en altas frecuencias. Para una correcta grabación y reproducción, la cabeza debe estar en contacto con la cinta. El nivel de la señal de salida de la cabeza decae a razón de 1 db por cada 2.2 micras de separación de la cinta a frecuencias de vídeo. Fig. 8. Voltaje de salida en función de la frecuencia durante la lectura o reproducción. Es evidente que si el voltaje de salida de la cabeza reproductora crece al aumentar la frecuencia, el nivel de la señal reproducida no será el mismo que el de la señal de información grabada, por lo que es necesario compensar esta característica incorporando un filtro cuya respuesta sea inversa a la característica anterior, es decir, la respuesta en amplitud del filtro debe ser de 6 db/octava. También puede utilizarse preacentuación o preénfasis para reforzar las bajas frecuencias durante la grabación, de tal forma que la corriente de grabación decaiga 6 db/octava. sin embargo estas técnicas tienen un límite impuesto por el rango dinámico, que se describe en la sección 3.4. En la figura 8 se aprecia también que, a partir de una cierta frecuencia, que está relacionada con la velocidad de transporte y las dimensiones de la cabeza, particularmente el entrehierro, el nivel de señal alcanza un punto de saturación y luego decrece bruscamente. La explicación de este comportamiento es que la longitud de onda de grabación disminuye al aumentar la frecuencia, para una velocidad de cinta constante. Cuando esta longitud de onda es igual al ancho del entrehierro de la cabeza, se alcanza el punto nulo, ya que entre las piezas polares

12 12 de la cabeza se tienen dos medias longitudes de onda de la señal grabada, de polaridades opuestas y los campos se cancelan. 7. Rango dinámico Se define como rango dinámico, a la relación en db, entre los niveles máximo y mínimo de señal que puede manejarse sin distorsión. En el caso de la grabación magnética, el límite mínimo está determinado por el ruido y el máximo, por el nivel de saturación del material ferromagnético de la cinta o disco. Por lo general, las cintas utilizadas para grabación tanto de audio como de vídeo, permiten un rango dinámico del orden de 70 db, lo que representa más de diez octavas en el caso de procesos de grabación directa. Las grabadoras de audio de alta calidad, que manejan señales en un rango de frecuencias entre 20 Hz y 20 KHz, pueden utilizar técnicas de grabación directa, es decir, utilizando polarización de c.a. como se describe en la sección 3.1, ya que el rango de frecuencias entre 20 y 20 khz comprende alrededor de diez octavas. Sin embargo, el rango dinámico de diez octavas es insuficiente para grabar señales de vídeo cuyo ancho de banda es de 4 a 5 MHz, según el sistema utilizado, que alcanza unas 17 octavas. 8. Dimensiones de las cabezas y velocidad de la cinta En el caso de grabación de señales de televisión, cuyo ancho de banda es considerablemente mayor que el de audio, es necesario que el nulo en la figura 8, se localice a frecuencias del orden de 5 MHz o más. Para conseguir esto hay dos posibilidades: una es reducir el entrehierro todo lo posible; la otra, aumentar la longitud de onda de grabación aumentando la velocidad de la cinta respecto a la cabeza grabadora/reproductora. En la práctica, se utilizan ambas técnicas simultáneamente. Los entrehierros de las cabezas utilizadas en las máquinas de grabación de vídeo son de dimensiones microscópicas, típicamente de 0.3 micras en las máquinas VHS. Las cabezas de vídeo están hechas de ferrita prensada, o bien de ferrita monocristalina. Un material utilizado para formar el entrehierro en las cabezas de algunas máquinas de la marca Sony, es una capa de dióxido de silicio (vidrio), en la forma que se ilustra en la figura 10.

13 13 Fig. 10. Cabeza grabadora/reproductora. Hay, sin embargo, limitaciones prácticas para reducir el ancho del entrehierro. Según este ancho se reduce, su reluctancia disminuye y, con ello, también la sensibilidad de la cabeza, de modo que es necesario un compromiso entre la anchura del entrehierro y la sensibilidad en reproducción. Las dimensiones prácticas del entrehierro, para máquinas de tipo doméstico, se sitúan entre 0.3 y 0.6 micras. En la figura 11 se ilustran dos tipos comunes de cabezas fijas típicamente usadas en grabación de audio. Fig. 11. Cabezas fijas para grabación de audio. El otro factor, la velocidad de la cinta, requiere también consideración. Si la velocidad de la cinta se hace muy grande, es posible desplazar el nulo de la figura 8 a una frecuencia superior a la frecuencia máxima de grabación/reproducción. Si se supone un ancho del entrehierro de 0.6 micras, el nulo en la curva de la figura 8 se tendría cuando la longitud de onda de grabación fuera, también, de 0.6 micras. para mantenerse suficientemente lejos del nulo y de la zona no lineal de la curva, la longitud de onda de grabación deberá ser del orden del doble del ancho de la cabeza, es decir de 1.2 micras. Esta longitud correspondería a la máxima frecuencia de la señal grasbada, en el caso de vídeo, digamos, de 5 MHz. Utilizando estas cifras en la fórmula (1), se tiene que:

14 14 velocidad de la cinta = longitud de onda de grabación frecuencia máxima = m Hz = 6 m/s Es evidente que, para grabar señales de vídeo es necesaria una velocidad de cinta muy elevada, de modo que para grabar un programa de una hora se requerirían metros (21.6 Km) de cinta en las condiciones analizadas, es decir un sistema con la cabeza fija y movimiento longitudinal de la cinta. En realidad, en el sistema VHS, la velocidad de grabación es de 6.9 m/s, pero esta no es la velocidad real de la cinta, sino la velocidad de escritura, que se trata en la sección siguiente. 9. Velocidad de escritura El término velocidad de escritura no tiene el mismo significado cuando se trata de medios magnéticos que cuando se habla de medios ópticos (CD o DVD). Aquí nos referimos a los primeros. En realidad, lo que es importante para conseguir longitudes de onda de grabación muy pequeñas en la práctica, además del ancho del entrehierro, es la velocidad relativa entre la cinta y la cabeza. Esta velocidad relativa es la que se designa como velocidad de escritura. La forma de conseguir velocidades de escritura elevadas, con velocidades de cinta razonablemente bajas, es utilizando cabezas giratorias. En este caso, las pistas grabadas no son longitudinales, sino inclinadas transversalmente, lo que plantea importantes problemas de sincronismo de las señales grabadas. Es importante hacer notar que el empleo de cabezas giratorias se utiliza para grabar señales de vídeo, en tanto que para la grabación de señales de audio se emplean cabezas fijas. 10. Densidad de grabación La densidad lineal de grabación expresa el número de inversiones de flujo magnético por unidad de longitud a lo largo del material magnetizable, bien sea cinta o disco. En un ciclo hay dos inversiones de flujo, o bits, por lo que la densidad de grabación puede expresarse como: ( ) 1 2 bits/ cm = 2 = (1.2) λ λ Otro término que se emplea para expresar la densidad de grabación es el de densidad superficial de grabación 2 que expresa el número de bits por unidad de área y es igual al número de pistas/cm multiplicado por la densidad lineal, es decir: bits/ cm pistas = (1.3) λ cm 2 2 En las máquinas cuádruplex se conseguían densidades de grabación del orden de 100 kbit/cm 2. En las máquinas helicoidales tipo C y Betacam, del orden de 1 Mbit/cm 2 y, en el formato digital D5, la densidad de grabación es superior a 10 Mbit/cm 2. 2 En inglés se designa como area packing density.

15 Grabación de vídeo Con el desarrollo de los sistemas ópticos de grabación y la tendencia actual de su uso cada vez mayor, el tratamiento de las máquinas de grabación en cinta puede, en cierta medida, considerarse casi histórico. Sin embargo, tanto en el terreno profesional como doméstico se conserva aún gran cantidad de material grabado en cinta, particularmente en los grandes centros de producción de televisión. La cantidad de programas y otros materiales televisivos almacenada y conservada en diferentes formatos de grabación durante muchos años, eventualmente se irá convirtiendo a los formatos actuales, pero esto es un proceso que puede llevar mucho tiempo y con frecuencia es necesario utilizar los materiales antiguos en su forma original, de modo que aparte del aspecto histórico, es en cierta medida justificable un tratamiento básico de los tipos de máquinas y formatos de grabación de vídeo. A diferencia de la grabación de sonido, ya mencionada, la grabación de vídeo no fue realmente posible sino hasta mediados de los años cincuenta del siglo XX. De hecho John L. Baird trabajó alrededor de 1928 en un sistema de grabación de vídeo en disco, similar a los discos de acetato, pero no tuvo éxito y el tema fue objeto de estudio e investigación durante muchos años. El mayor problema en la grabación de vídeo, en este caso analógico, estriba en las propias características de la señal de vídeo y el gran ancho de banda que se requiere, lo que conlleva una elevada velocidad de escritura. 12. Grabación cuádruplex Lo tratado hasta aquí, en general es válido tanto para la grabación de audio como de vídeo. En el caso de audio de alta fidelidad, el ancho de banda necesario alcanza unas diez octavas, en tanto que el de vídeo se extiende a 17 octavas. Debido a los problemas mencionados en las secciones anteriores, si la cabeza está fija respecto a la cinta en movimiento, apenas es posible grabar diez octavas. Para poder grabar (o reproducir) señales de frecuencias mayores es posible, según se mencionó, reducir el ancho del entrehierro para reducir la longitud de onda de grabación, o lo que es lo mismo aumentar la frecuencia, o bien aumentar la velocidad de transporte de la cinta, lo que plantea problemas de estabilidad mecánica y, además, aumenta la longitud necesaria de cinta para un tiempo de grabación de duración determinada. El límite práctico de la velocidad de la cinta, para grabación con cabezas fijas es del orden de 75 cm/s. Por otra parte, se determinó que el ancho mínimo práctico para el entrehierro es de unas 0.9 micras, un espacio muy pequeño. Suponiendo un entrehierro de estas dimensiones, para grabar señales de vídeo sería necesaria una velocidad de cinta superior a 25 m/s (90 km/h). Para solucionar este problema surgió la idea de utilizar cabezas girando a elevada velocidad que grabaran pistas a través del ancho de la cinta y no a lo largo de ésta. Esta técnica, por otra parte, obliga a emplear un sistema de control y sincronismo muy preciso, de modo que durante la reproducción las cabezas puedan situarse exactamente sobre las pistas grabadas a fin de poder leerlas correctamente. El problema, aunque complejo, podía resolverse. El concepto de cabezas giratorias dio lugar a tres sistemas de grabación de vídeo en cinta. El prime-

16 16 ro designado como de barrido 3 arqueado 4, utilizó cintas de 2 pulgadas 5 de ancho que se movía bajo un disco giratorio con tres o cuatro cabezas equidistantes en el lado en contacto con la cinta, de modo que grababan pistas en forma de arco sobre ésta. Aunque fue el método más simple de barrer la cinta no se consiguió que funcionara satisfactoriamente y fue pronto abandonado. En el segundo sistema, designado como de barrido transversal, se usó también cinta de 2 de ancho frente a un disco, que pronto se reemplazó por un tambor giratorio con cuatro cabezas como se muestra en la figura 12. Fig 12. Sistema de grabación transversal. La pieza se amoldaba a la superficie cilíndrica del tambor mediante una pieza o zapata con un canal en forma de U, en el que se hacía el vacío para mantener la forma curvada de la cinta. Las cabezas, al girar perpendicularmente a la dirección de la cinta grababan pistas prácticamente transversales en ella. El audio, por otra parte se grababa longitudinalmente mediante cabezas fijas fuera del sistema del tambor. La forma de las pistas en la cinta grabada se ilustra en la figura 13. Este sistema de grabación se designó también como cuádruplex. Fig. 13. Formato de las pistas en grabación transversal o cuádruplex. 3 Utilizamos el término barrido como equivalente del término en inglés scan que significa, entre otras cosas, barrido o exploración. 4 El término en inglés es arcute system 5 La expresión en pulgadas del ancho de las cintas es de uso común y lo utilizaremos aquí. Una pulgada equivale a 2.54 cm.

17 17 El sistema transversal o cuádruplex fue el primero que funcionó satisfactoriamente y, aunque tanto principalmente en los Estados Unidos como en Japón se había trabajado durante años en este tema, fue la empresa estadounidense Ampex a quien se debe indiscutiblemente la invención de una máquina grabadora/reproductora de vídeo realmente operativa. La primera de ellas se presentó a la industria de la radiodifusión en los Estados Unidos en la primavera de 1956 y tuvo aceptación inmediata, iniciándose entonces la era de la grabación de vídeo que constituyó una verdadera revolución en la producción de televisión. La primera máquina que se comercializó realmente, fue la VR-1000 que se muestra en la figura 14. Fig. 14. Grabadora Ampex VR-1000 Este tipo de máquina sufrió diversas mejoras a lo largo de los años y los diversos modelos producidos estuvieron en uso hasta principios de la década de 1980, en que fue siendo gradualmente reemplazada por máquinas helicoidales. Las máquinas cuádruplex siempre se destinaron a uso profesional, ya que sus dimensiones y precio no hacían posible su utilización doméstica. En las máquinas cuádruplex, la cinta se mueve a 15 pulg/s (38.1 cm/s) y las cabezas giran a 15,000 rpm (250 rps) en los sistemas de 625 líneas y a 14,400 rpm (240 rps) en los de 525 líneas. El diámetro del tambor y la zapata de guía de la cinta en forma de U están diseñadas de forma tal que, por lo menos, una de las cuatro cabezas está en contacto con la cinta en cualquier momento y de modo que una cabeza entre en contacto con la cinta, antes de que la cabeza previa deje de hacerlo. Este solapamiento permite la grabación de la señal sobre la cinta de forma ininterrumpida como se ilustra en la figura 15. La velocidad relativa entre la cinta y las cabezas es de alrededor de 140 km/h.

18 Grabación helicoidal Fig. 15. Solapamiento de cabezas en la reproducción. El tercer sistema de grabación de vídeo fue el de barrido helicoidal, en que la cinta se enrolla en forma helicoidal alrededor de un cilindro o tambor, como se ilustra esquemáticamente en la figura 16. Fig. 16. Sistema de grabación helicoidal. En el tambor se tienen una o más cabezas que barren la cinta diagonalmente en la forma que se ilustra en la figura 17.

19 19 Fig. 17. Forma de grabación en máquinas helicoidales. Las técnicas de grabación helicoidal habían sido ya investigadas, pero su progreso fue detenido por dos razones: primero, la pista de vídeo en una grabadora helicoidal forma un ángulo pequeño con respecto a la dirección de movimiento y cualquier inestabilidad en el movimiento de la cinta produce errores de base de tiempo o sincronismo del orden de varios microsegundos, que no cumplen con las tolerancias establecidas en los estándares de transmisión. Sin embargo, las pistas en el formato cuádruplex, están casi a ángulos rectos con la dirección de movimiento de la cinta, lo que da lugar a que los errores introducidos en la señal de vídeo por las variaciones de velocidad, sean pequeños y pueden corregirse con relativa facilidad. En la figura 18 se muestra el detalle del tambor y cabeza de grabación de una máquina helicoidal. Fig. 18. Detalle del tambor y cabeza de grabación de una máquina helicoidal. Desde el punto de vista mecánico, las máquinas helicoidales son más complejas que las cuádruplex, en particular, en el sistema de transporte de la cinta y en los servosistemas necesarios. Las cintas deben enrollarse sobre el tambor en una longitud apreciable y pasar por un número de guías y cabezas fijas. El sistema helicoidal se intentó inicialmente con cintas de 2, aunque se abandonó rápidamente. En la figura 19 se muestra una de las máquinas helicoidales desarrolladas por Ampex, el modelo VR-660, en que se ve la forma en que se enrolla la cinta sobre el tambor

20 20 Fig. 19. Grabadora helicoidal de 2 Ampex, VR-660. En el terreno profesional, se desarrollaron máquinas helicoidales en Europa por la empresa alemana Bosch y conjuntamente por Ampex (Estados Unidos) y Sony (Japón), las primeras utilizaron un formato designado como B y las segundas otro designado como C, en ambos casos con cintas de 1 de ancho, más manejable que las cintas de 2, que estuvieron en uso hasta hace pocos años. En la figura 20 se ilustra la forma del transporte de la cinta en una máquina helicoidal tipo C. Fig. 20. Transporte tipo C Todas las máquinas de casette o cartucho son helicoidales y en éstas es necesario, además, un mecanismo para extraer la cinta del cartucho y enrollarla sobre el tambor de manera automática. Para este tipo de máquinas, la empresa japonesa Sony desarrolló un sistema de transporte relativamente complejo en forma de anillo que incorporó a las primeras grabadoras de casette, el modelo U-Matic con cintas de ¾ y luego, en las de uso doméstico Betamax con cintas de ½, que se ilustra en la figura 21.